2.1 AREN (Arenga pinnata)
Pohon aren (Arenga pinnata) merupakan pohon yang belum banyak dikenal. Banyak bagian yang bisa dimanfaatkan dari pohon ini, misalnya akar untuk obat tradisional dan peralatan, batang untuk berbagai macam peralatan dan bangunan dan daun muda atau janur untuk pembungkus atau pengganti kertas rokok [7].
Adapun produk utama tanaman aren adalah nira yang biasanya diolah menjadi gula aren dan tuak, kolang-kaling, ijuk, dan tepung. Setiap pohon dapat menghasilkan 15 liter nira per hari dengan rendemen gula 12%. Sementara ijuk yang dihasilkan rata-rata 2 kg/pohon/tahun, kolang-kaling 100 kg/pohon/tahun, dan tepung 40 kg/pohon bila tanaman tidak disadap niranya. Kayu aren dapat diolah menjadi mebel atau kerajinan tangan [16].
Batang aren dibungkus oleh pelepah daun dan ijuk yang melekat pada pangkal pelepah [16]. Batang aren terdiri dari dua bagian yaitu bagian luar (perifer) yang bewarna hitam dan keras serta bagian sentral (empulur) yang berwarna putih dan lunak [6]. Tepung (pati) yang diperoleh dari ekstraksi bagian sentral batang biasanya dilakukan setelah pohon tidak lagi produktif menghasilkan nira. Empulur batang aren berkadar tepung 48,9 %. [16].
2.2 ARANG
Arang merupakan bahan padat berpori yang mengandung 85–95 % karbon dan dihasilkan melalui proses karbonisasi pada suhu tinggi) [17]. Sebagian besar pori – pori arang masih tertutup oleh hidrokarbon, tar dan senyawa organik lain yang komponennya terdiri dari karbon tertambat (fixed carbon), abu, air, nitrogen dan sulfur [10].
Arang juga dapat berarti residu hitam berbentuk padatan berpori yang dihasilkan dengan menghilangkan kandungan air dan komponen volatile dari bahan-bahan yang mengandung karbon melalui pemanasan pada suhu tinggi [13].
Selain sebagai sumber energi untuk menghasilkan panas, arang juga dimanfaatkan sebagai adsorben (penyerap) melalui proses aktivasi yang disebut dengan arang aktif [18]. Bioarang merupakan arang yang diperoleh dari hasil karbonisasi aneka macam bahan hayati atau biomassa sebagai bahan baku, misalnya kayu, pelepah, dedaunan, sekam padi atau limbah pertanian lainnya [19]. Arang selanjutnya digunakan menjadi briket arang melalui proses pengolahan. Adapun sifat fisika dan kimia arang dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Kimia Arang [20]
Variabel Ketentuan Kerapatan 0,45 g/cm3 Kerapatan total 1,38 – 1,46 g/cm Porositas 70 % Permukaan dalam 50 m Kekuatan pemampatan 26 N/mm2 Berat bagian terbesar 80 – 220 kgm3
Kandungan air 5 – 8 %
Kandungan karbon 80 – 90%
Kandungan abu 1 – 2 %
Nilai kalori 29 – 33 MJ/kg
Zat – zat yang mudah menguap 10 – 18 % Adapun manfaat arang dipaparkan sebagai berikut:
1. Sumber panas
Arang digunakan sebagai bahan bakar industri metalurgi sebelum revolusi industri. Arang juga dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor, dimana arang atau kayu dibakar di dalam generator gas kayu untuk
menggerakkan mobil atau bus [21]. Sampai saat ini, masyarakat masih menggunakan arang untuk memasak atau memanggang.
2. Sumber unsur hara P dan K
Arang berasal dari berbagai sumber dan komposisi bahan yang berbeda. sehingga menyebabkan kemampuan mempengaruhi penyediaan fosfor dan kalium pada tanah. Arang juga mempunyai potensi sebagai penyerap dan pelepas unsur hara dalam bidang kesuburan tanah [22].
3. Media seni rupa
Arang digunakan dalam seni rupa seperti pensil atau krayon. Arang memiliki sifat lembut, ringan dan hitam sehingga sangat disenangi pelukis dalam membuat sketsa sebab sketsa yang dihasilkan sangat jelas [21].
2.3 KARBONISASI
Karbonisasi didefinisikan sebagai suatu proses penghancuran zat organik menjadi arang pada keadaan tanpa udara [22]. Karbonisasi atau pirolisis adalah proses dekomposisi kimia dengan meggunakan pemanasan tanpa adanya oksigen. Proses ini atau disebut juga proses karbonasi atau yaitu proses untuk memperoleh karbon atau arang, disebut juga ”High Temperature carbonization” [23]. Karbonisasi biomassa atau yang lebih dikenal dengan pengarangan adalah suatu proses untuk menaikkan nilai kalor biomassa dan dihasilkan pembakaran bersih dengan sedikit asap.
Adapun proses pengarangan atau karbonisasi terbagi atas empat tahap, yaitu: 1. Tahap penguapan air, yaitu pada suhu 100 – 105 oC.
2. Tahap penguraian hemiselulosa dan selulosa menjadi larutan piroglinat, yaitu pada suhu 200 – 240 oC.
3. Tahap proses depolimerisasi dan pemutusan ikatan C-O dan C-C, yaitu pada suhu 240 – 400 oC.
4. Tahap pembentukan lapisan aromatik, yaitu pada suhu lebih dari 400 oC dan lignin masih terus terurai hingga suhu 500 oC. Pada suhu lebih dari 600 oC, terjadi proses pembesaran luas permukaan arang [11].
Hasil karbonisasi berupa arang yang tersusun atas karbon dan berwarna hitam. Proses karbonisasi merupakan bagian dari proses pirolisis, yaitu
pembakaran tanpa menggunakan oksigen. Adapun tujuannya ialah melepaskan zat terbang (volatile matter) yang terkandung dalam biomassa tersebut [24]. Volatile matter terdiri dari metan, senyawa hidrokarbon, hidrogen dan nitrogen. Sementara karbon yang terkandung di dalam bahan akan tetap karena pembakaran dilakukan tanpa oksigen (O2) [12].
Laju pembakaran arang tergantung pada laju reaksi antara karbon dan oksigen pada permukaan dan laju difusi oksigen pada lapis batas dan bagian dalam dari arang. Reaksi permukaan terutama membentuk CO. Diluar partikel, CO akan bereaksi lebih lanjut membentuk CO2. Pembakaran akan menyisakan material berupa abu. Karbon yang terkandung dalam arang akan bereaksi dengan oksigen pada permukaan membentuk CO menurut reaksi berikut :
C + 1/2 O2 CO [25]
Permukaan karbon juga bereaksi dengan karbondioksida dan uap air dengan reaksi reduksi sebagai berikut
C + CO2 2CO
C + H2O CO + H2 [25]
Selama proses karbonisasi, gas-gas yang bisa terbakar seperti CO, CH4, H2 , formaldehid, metana, asam formiat dan asam asetat serta gas yang tidak bisa terbakar seperti CO2 dan H2O akan dilepaskan [25].
2.4 KARAKTERISTIK BIOARANG
Adapun bioarang yang dihasilkan tentunya harus sesuai dengan kriteria yang berlaku sehingga bioarang dapat disebut layak sebagai bahan bakar. Penetapan kualitas arang umumnya dilakukan terhadap kombinasi sifat kimia dan fisika yaitu:
1. Sifat Fisika : Kadar air
Kadar air merupakan kandungan air dalam arang dengan kondisi kering udara. Pada saat arang keluar dari tungku pengarangan, kadar air yang terkandung sangat kecil, biasanya kurang dari 1%. Proses penyerapan air dari
udara sangat cepat, sehingga dalam waktu singkat kadar air mencapai kadar air keseimbangan dengan udara sekitarnya. Arang yang berkualitas baik yang dipasarkan adalah arang yang mempunyai kadar air 5-10 % [26].
2. Sifat Kimia : Kadar abu
Kadar abu merupakan jumlah sisa dari akhir proses pembakaran. Residu tersebut berupa zat-zat mineral yang tidak hilang selama proses pembakaran. Salah satu unsur utama abu adalah silika dan pengaruhnya kurang baik terhadap nilai kalor yang dihasilkan. Kadar abu setiap arang berbeda-beda tergantung jenis kayu, letak kayu dalam pohon, dan kandungan kulit kayu. Arang yang baik mempunyai kadar abu sekitar 3% [26].
Kadar zat menguap
Zat mudah menguap adalah zat selain air, yaitu karbon terikat dan abu yang terdapat di dalam arang, yang terdiri atas cairan dan sisa yang tidak habis dalam proses karbonisasi. Kadar zat mudah menguap ini tergantung pada proses pengarangan dan temperatur yang diberikan. Apabila proses karbonisasi lama dan temperatur karbonisasi ditingkatkan akan semakin menurunkan persentase kadar zat menguapnya [26].
Kadar karbon terikat
Kadar karbon terikat adalah fraksi C dalam arang. Kadar karbon terikatdipengaruhi oleh kadar zat mudah menguap dan kadar abu. Semakin besar kadar zat menguap dan kadar abu maka akan menurunkan kadar karbon terikat. Kadar karbon terikat dalam arang kayu berkisar 50-95 %. Arang kayu yang berkulitas baik yang mempunyai kadar karbon terikat antara 70-80 % [26].
Nilai kalor bakar
Nilai kalor bakar adalah nilai panas yang ditimbulkan oleh arang akibat adanya reaksi pembakaran pada volume tetap. Arang dengan nilai kalor bakar yang tinggi sangat disukai, baik untuk keperluan rumah tangga ataupun industri [26].
Menurut Smisek dan Cerny (1970) [27] arang yang berkualitas harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:
1. Mempunyai kandungan arang (fixed carbon) diatas 75% 2. Cukup keras ditandai dengan tidak mudah dan hancur 3. Kadar abunya tidak lebih dari 5%
4. Kadar zat menguapnya tidak lebih dari 15% 5. Kadar airnya tidak lebih dari 15%
6. Tidak tercemar oleh unsur-unsur yang membahayakan atau kotoran lainnya
2.4 ANALISIS EKONOMI
Ketersedian bahan bakar minyak bumi terbatas dan sifatnya tidak terbarukan, sehinga diprediksikan akan terjadi kelangkan bahan bakar minyak dan menimbulkan adanya krisis energi [1]. Kebutuhan minyak bumi yang semakin besar merupakan tantangan yang perlu diantisipasi dengan mencari sumber energi alternatif [2]. Untuk itulah diperlukan suatu alternatif dalam pembuatan bahan bakar dengan pemanfaatan dari bahan organik misalnya dengan pemanfaatan pelepah aren.
Pohon aren (Arenga pinnata) merupakan pohon yang belum banyak dikenal. Banyak bagian yang bisa dimanfaatkan dari pohon ini, misalnya akar untuk obat tradisional dan peralatan, batang untuk berbagai macam peralatan dan bangunan dan daun muda atau janur untuk pembungkus atau pengganti kertas rokok [7]. Salah satu pemanfaatan dari aren adalah dengan memanfaatkan pelepah aren untuk dijadikan bioarang
Adapun analisis ekonomi estimasi pembuatan bioarang dari pelepah aren adalah sebagai berikut
Pelepah Aren = Rp 600 / kg [28]
Rendemen yang didapat pada kondisi optimum adalah sebesar 67,9 %
Sehingga diperoleh arang sebesar : 0,679 x 1 kg = 679 g = 0,679 kg
Harga jual arang adalah sebesar Rp. 4000 / kg arang [29] 0,679 x Rp. 4000 = Rp. 2716
Laba yang diperoleh tiap produksi 1 kg pelepah aren adalah