Penelitian dilakukan selama kurang lebih 8 bulan dari bulan April sampai November 2009. Penelitian dilakukan di Laboratorium Pengawasan Mutu, Laboratorium Teknik Kimia, Laboratorium DIT Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. KARAKTERISASI BAHAN BAKU 1. Analisis Kadar Air dan Kadar Serat
Analisis kadar air dan kadar serat dilakukan untuk mengetahui kondisi awal biomassa jagung (tongkol dan kelobot). Hasil analisis kadar air dan kadar serat disajikan pada Tabel 8.
Tabel 8. Hasil Analisis Kadar Air dan Kadar Serat Tongkol dan Kelobot Jagung Komponen Nilai Kadar air (%) Tongkol Kelobot Kadar serat Selulosa (g/100 g) Hemiselulosa (g/100 g) Lignin (g/100 g) Silika (g/100 g) 6.03 ± 0.13 8.42 ± 0.08 29.30 32.58 3.90 0.03
Kadar air merupakan salah satu faktor yang sangat mempengaruhi proses pirolisis. Kadar air biomassa jagung (tongkol dan kelobot) yang digunakan sebagai bahan baku pada proses pirolisis adalah kurang dari 10%. Kadar air yang terlalu tinggi akan mengurangi rendemen produk pirolisis. Menurut Raveendran et al. (1996), peristiwa evolusi kadar air secara umum terjadi pada suhu kurang dari 100°C. Pada suhu ini air dalam bahan akan menguap, kadar air bahan akan berkurang, dan selanjutnya kandungan bahan yang lain akan terdekomposisi. Nilai kadar air yang rendah akan mempercepat proses pembakaran dan penguapan air dalam bahan. Sedangkan nilai kadar air yang tinggi akan mempengaruhi proses pemanasan dan pembakaran yang berlangsung lebih lama untuk menguapkan air pada bahan. Penguapan yang terlalu lama akan memperlambat waktu bahan yang terbakar sehingga mengurangi jumlah asap yang dihasilkan. Banyaknya jumlah asap akan mempengaruhi rendemen cairan hasil pirolisis.
Analisis kadar serat dilakukan untuk mengetahui kandungan selulosa, hemiselulosa, lignin, dan silika bahan sebelum proses pirolisis. Bobot biomassa awal pada proses pirolisis adalah 50 gram. Dari hasil analisis kadar serat, bahan awal (tongkol dan kelobot jagung) mengandung 29.30% selulosa, 32.58% hemiselulosa, 3.90% lignin, dan 0.03% silika yang berarti bahwa dalam 50 gram bahan awal mengandung 14.65 gram selulosa, 16.29 gram hemiselulosa, 1.95 gram lignin, dan 0.015 gram silika. Komponen-komponen ini akan mengalami dekomposisi pada saat proses pirolisis berlangsung. Nilai kadar serat (lignoselulosa) pada tongkol dan kelobot ini lebih kecil jika dibandingkan dengan kandungan lignoselulosa pada tongkol. Menurut Garrote et al. (2007), pada tongkol jagung, kandungan selulosa sebesar 34.3%, hemiselulosa sebesar 40.53%, dan lignin sebesar 18.8%.
Kandungan silika pada campuran tongkol dan kelobot jagung sebesar 0.03%. Menurut Ravendran et al. (1996) menyatakan silika pada padatan tidak mempengaruhi kerja katalis tetapi berpengaruh terhadap struktur padatan yang dihasilkan serta reaktivitasnya.
2. Penentuan Suhu Pada Proses Pirolisis
Penentuan suhu pada proses pirolisis ini digunakan untuk mengetahui suhu tongkol dan kelobot terdekomposisi. Untuk mengetahui suhu tongkol dan kelobot akan terbakar dan mulai terdekomposisi, dapat dilakukan analisis thermogravimetrik (Gani dan Naruse, 2006). Menurut Jindarom et al. (2003), analisis termogravimetrik digunakan untuk menentukan karakteristik suhu degradasi bahan, suhu susut bahan maksimum atau puncak suhu degradasi, dan suhu dekomposisi akhir yaitu suhu dimana 90% massa bahan telah hilang.
Analisis termogravimetrik ini dilakukan dengan Perkin-Elmer
Thermo Balance, model TGA 7 yang prosesnya dikontrol dengan
komputer. Bahan sekitar 10 mg dimasukkan ke tabung dan dialirkan gas nitrogen dengan tekanan 20 cm3 /menit. Nitrogen ini berfungsi untuk mengusir oksigen yang terdapat di dalam tabung. Sampel bahan
dipanaskan pada suhu 105oC selama 12 menit untuk menghilangkan kadar air. Kemudian dipanaskan sampai suhu 1000oC untuk mengetahui reaksi dekomposisi bahan. Hasil analisis thermogravimetrik tongkol dan kelobot jagung disajikan pada Gambar 10 dan Gambar 11.
Gambar 10. Hasil Thermogravimetric Analyzer (TGA) tongkol jagung
Pada analisis thermogravimetrik ini, biomassa jagung (tongkol dan kelobot) dibakar sampai suhu 1000°C selama 1 jam. Gambar 10 menunjukkan bahwa pada pembacaan alat Thermogravimetric Analyzer
(TGA) terdapat tiga zona pada analisis thermogravimetrik tongkol. Zona
pertama, tongkol mulai terbakar pada suhu 34.28-176.91oC dimana terjadi evolusi kadar air bahan. Dekomposisi mulai terjadi pada suhu 176.91oC dan perubahan senyawa volatil berakhir pada suhu 983.41oC. Zona dua antara suhu 176.91-388.97oC dengan weight loss sebesar 56.221%. Pada zona dua ini, hemiselulosa dan selulosa terdekomposisi. Zona ketiga pada
range suhu 388.97-983.41oC dengan weight loss sebesar 15.579%. Pada zona tiga lignin akan terdekomposisi. Pada penelitian Ioannidou et al (2009), evaporasi uap pada tongkol jagung terjadi pada suhu di atas 110°C; pada tahap kedua terjadi pada suhu 210-390°C, dan tahap ketiga terjadi pada suhu 390-900°C.
Gambar 11 menunjukkan bahwa pada pembacaan alat
Thermogravimetric Analyzer (TGA) terdapat empat zona pada analisis
thermogravimetrik kelobot. Zona pertama, kelobot mulai terbakar pada suhu 28.44-204.71oC dimana terjadi evolusi kadar air bahan. Dekomposisi mulai terjadi pada suhu 204.71oC dan perubahan senyawa volatil berakhir pada suhu 981.34oC. Zona dua antara suhu 204.71-367.92oC dengan
weight loss sebesar 50.192%. Pada zona dua ini dihasilkan nilai weight loss terbesar. Zona ketiga pada range suhu 367.92-840oC dengan weight
loss sebesar 31.46%. Zone keempat pada range suhu 840-981.34oC. Pada uji thermogravimetrik kelobot ini terjadi weight loss sebesar 95.338% dari suhu 28.44-981.34oC.
Analisis thermogravimetrik ini menunjukkan reaksi utama pirolisis yaitu depolimerisasi, dekarboksilasi, dan pemecahan senyawa pada rentang suhu pirolisis. Menurut Ritcher (2004), secara bertahap, pirolisis biomassa akan mengalami peruraian : (i) hemisellulosa terdegradasi pada 200-260oC, (ii) selulosa pada 240oC-350oC, dan lignin pada 280oC sampai 500oC. Dari ketiga komponen lignoselulosa, lignin merupakan komponen yang sulit untuk terdekomposisi. Dekomposisi lignin terjadi sangat lambat.
Perbedaan struktur kimia ketiga komponen mengakibatkan perbedaan kemudahan terdekomposisinya komponen. Hemiselulosa terdiri dari berbagai macam sakarida (xylosa, manosa, glukosa, galaktosa, dan sebagainya), yang tampak acak, struktur amorf (tak berbentuk), banyak cabang sehingga sangat mudah untuk dipisahkan dari inti dan mudah terdegradasi menjadi bahan yang mudah menguap ke luar (CO, CO2, dan beberapa hidrokarbon) pada suhu rendah. Selulosa terdiri dari polimer glukosa yang panjang tanpa cabang, memiliki struktur yang sangat baik dan kuat, dan stabilitas panas yang tinggi. Lignin penuh dengan cincin aromatik dengan bebagai macam cabang, aktivitas ikatan kimianya tertutup dan sulit.
Tongkol dan kelobot jagung memiliki karakteristik yang hampir sama, suhu degradasi senyawa-senyawanya juga terjadi pada suhu yang relatif sama. Berdasarkan hasil uji thermogravimetri tongkol dan kelobot yang terdegradasi dari suhu 28.44oC dan berakhir pada 983.41oC, suhu yang digunakan dalam proses pirolisis tongkol dan kelobot ini adalah 250, 350, 450, 550, dan 700°C.