Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO

NERACA MASSA DAN PENGEMBANGAN PROSES

MANDIRI ENERGI PADA PABRIK CPO

HERMASLIN PASARIBU

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

ABSTRAK

HERMASLIN PASARIBU. Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO. Dibimbing oleh TAJUDDIN BANTACUT.

Pabrik kelapa sawit menggunakan energi dalam jumlah besar sehingga keterbatasan pasokan bahan bakar fosil di masa yang akan datang menjadi kendala produksi. Tujuan penelitian ini adalah menghitung kebutuhan energi rasional produksi CPO dan mengkaji kecukupan energi melalui pemanfaatan hasil samping. Model neraca massa dikembangkan untuk menggambarkan kebutuhan dan kecukupan energi tersebut. Hasil perhitungan model berdasarkan kinerja rasional, pabrik kelapa sawit 60 ton tandan buah segar/jam dapat menghasilkan rendemen sebesar 26,80%. Volume hasil samping biomassa yaitu tandan kosong, serat, cangkang, dan limbah cair masing-masing 14.265,3 kg, 4.612,9 kg, 1.958,7 kg dan 21.057 kg. Potensi energi yang dapat dimanfaatkan dari hasil samping tersebut adalah sebesar 65.006.768 kkal. Energi tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik pabrik 1.020 kWh dan uap panas 30 ton bahkan menghasilkan kelebihan energi sebesar 1.021,78 kWh. Dengan demikian, pabrik CPO dapat mandiri energi dengan pemanfaatan hasil samping sebagai sumber energi, sehingga dapat dibatasi dalam penggunaan bahan bakar fosil dan listrik dari jaringan umum.

Kata kunci: biomass pabrik kelapa sawit, mandiri energi, model neraca massa

ABSTRACT

HERMASLIN PASARIBU. Mass Balance and Development of Energy Independent Process in CPO Mills. Supervised by TAJUDDIN BANTACUT.

Palm oil mill consumes large amounts of energy so that the limited supply of fossil fuels in the future become a production constraint. The purpose of this study was to calculate the rational energy requirements of CPO production and assess the adequacy of energy through the utilization by-products of byproducts. Mass balance model was developed to describe the need and the sufficiency of energy. The results of the model calculations based on the rational performance, palm oil mill with capacity of 60 tons fresh fruit bunches/hour produce crude palm oil at 26.80% yield. This production coupled with biomass by-products include empty bunches, fiber, shells, and liquid waste 1,4265.3 kg, 4,612.9 kg, 1,958.7 kg and 21,057 kg respectively. These by-product potentially consist of energy as much as 65,006,768 kcal. This energy can be used to meet the energy needs of 1,020 kWh of electrical plant and steam 30 tons with an excess energy of 1,021.78 kWh. Palm oil mills can be a surplus energy production system. Therefore it is recommended that palm oil mills should be restricted in using fossil energy and electricity from public network.

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian

pada

Departemen Teknologi Industri Pertanian

NERACA MASSA DAN PENGEMBANGAN PROSES

MANDIRI ENERGI PADA PABRIK CPO

HERMASLIN PASARIBU

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

Judul Skripsi : Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO

Nama : Hermaslin Pasaribu NIM : F34100021

Disetujui oleh

Dr Ir Tajuddin Bantacut, MSc Dosen Pembimbing

Diketahui oleh

Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti Ketua Departemen

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini ialah Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Tajuddin Bantacut selaku pembimbing. Di samping itu, ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya termasuk juga teman-teman, dosen dan staf departemen Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan Penelitian 2

Ruang Lingkup Penelitian 2

METODE 2

Kerangka Pemikiran 2

Jenis dan Sumber Data 3

Pemodelan Neraca Massa dan Energi 3

Pengolahan dan Analisis Data 10

HASIL DAN PEMBAHASAN 10

Model Neraca Massa dan Energi Level I 10

Model Neraca Massa dan Energi Level II 10

Model Neraca Massa dan Energi Level III 11

Pemanfaatan Hasil Samping Industri Minyak Sawit 12

Rancangan Proses Produksi CPO Mandiri Energi 16

SIMPULAN DAN SARAN 17

Simpulan 17

Saran 17

DAFTAR PUSTAKA 17

LAMPIRAN 21

DAFTAR TABEL

Keterangan simbol pada Gambar 2 4

Faktor efisiensi pada model Level II 6

Keterangan simbol pada Gambar 3 7

Faktor efisiensi model Level III 9

Hasil perhitungan model Level I 10

Hasil perhitungan model Level II 11

Hasil perhitungan model Level III dan faktual pabrik 11

Kandungan kalori tandan buah segar 12

Potensi energi limbah cair kelapa sawit (LCPKS) 14 Potensi energi biomassa pabrik kelapa sawit 60 ton/jam 15 Potensi uap berbasis hasil samping pabrik kelapa sawit 60 ton/jam 15

DAFTAR GAMBAR

Model neraca massa Level I 3

Model neraca massa Level II 3

Model neraca massa Level III 6

Hasil perhitungan model Level III 12

Sistem biogas berbasis LCPKS 14

Sistem pemanfaatan biomassa kelapa sawit 15

Diagram pengolahan kelapa sawit 60 ton/jam mandiri energi 16

DAFTAR LAMPIRAN

Data Pengolahan Kelapa Sawit PT X bulan Juni 21

Matriks Perhitungan Model Level II 22

Hasil Perhitungan Matriks Model Level II 22

Matriks Perhitungan Model Level III 23

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Proses produksi pada pabrik kelapa sawit membutuhkan energi dalam jumlah yang besar. Energi rata-rata pengolahan per ton tandan buah segar (TBS) adalah sebesar 17-20 kWh dan 0,35-0,5 ton uap panas (Chavalparit 2006; Vijaya et al. 2008; Sommart dan Suneerat 2011). Sejalan dengan kesinambungan dan mungkin pertambahan permintaan terhadap minyak sawit dan produk olahannya maka akan terjadi peningkatan kebutuhan energi.

Pada proses produksi crude palm oil (CPO), sumber energi terbesar yang digunakan berasal dari bahan bakar fosil yang ketersediaannya mengalami penurunan setiap tahun (The Colorado River Comission of Nevada 2002). Di Indonesia, total cadangan minyak bumi diperkirakan habis dieksplorasi dalam 32 tahun mendatang (ESDM 2012). Oleh sebab itu, dalam beberapa tahun ke depan, terbatasnya persediaan bahan bakar fosil akan menjadi kendala utama proses produksi industri termasuk pabrik kelapa sawit.

Tandan buah segar sebagai bahan baku memiliki kandungan energi yang tinggi. Sebagian energi tersebut terbuang ke lingkungan dalam bentuk hasil samping seperti tandan kosong, cangkang, serat, dan limbah cair. Berdasarkan basis kering, tandan kosong kelapa sawit mengandung heating value antara 9,6-19 MJ/kg, cangkang 17-21 MJ/kg, dan serat 4,6-5 MJ/kg (Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein 2002; Pleanjai et al. 2007; Kavalek et al. 2012; WURFBR 2013). Beragam kajian telah dilakukan dan merekomendasikan cara pemanfaatan hasil samping pabrik minyak sawit tersebut. Tandan kosong kelapa sawit, serat, dan cangkang dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler (Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein 2002; Pleanjai et al. 2007; Kavalek et al. 2012; Singh et al. 2013; WURFBR 2013). Tandan kosong dan serat dengan kelembaban masing-masing 60-70% dan 17-40% dikeringkan terlebih dahulu sebelum dimanfaatkan sedangkan cangkang dapat langsung dimanfaatkan (NL Agency 2003; Sing et al. 2010). Limbah cair kelapa sawit dengan sistem kolam anaerobik dapat menghasilkan biogas yang mengandung 40-70% metan (Ma 1999). Penelitian tersebut bersifat parsial sehinggga penerapannya dalam sistem terpadu sulit dilakukan. Oleh karena itu, penelitian terhadap sistem terpadu produksi CPO dengan memanfaatkan hasil penelitian tersebut perlu dilakukan.

2

Tujuan Penelitian

Tujuan utama penelitian ini adalah pengembangan rancangan proses produksi pabrik kelapa sawit mandiri energi. Kajian sistem produksi dari pengembangan aliran proses berdasarkan prinsip-prinsip kesetimbangan massa dan energi. Untuk mencapai tujuan ini, langkah-langkah utama yang dilakukan: 1. Menganalisis kesetimbangan massa dalam produksi CPO.

2. Menghitung potensi rasional energi yang dapat dihasilkan dari pemanfaatan hasil samping pabrik menggunakan model neraca massa dan energi.

3. Membangun aliran proses produksi mandiri energi serta minimal input (less input) dan optimal output.

Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian ini difokuskan pada aliran massa pada proses produksi berdasarkan prinsip-prinsip kekekalan massa, membuat perhitungan kebutuhan energi optimal, analisis potensi energi yang dapat dihasilkan dari hasil samping produksi CPO sebagai dasar perancangan aliran massa dan energi tertutup pada proses produksi CPO. Penelitian dilakukan pada pabrik kelapa sawit yang menghasilkan CPO dan kernel dengan kapasitas 60 ton tandan buah segar/jam. Oleh karena itu, model kesetimbangan massa dan energi fokus dan dibatasi pada pabrik tersebut.

METODE

Kerangka Pemikiran

Tandan buah segar (TBS) mengandung minyak/lemak, serat, cangkang, tandan kosong, yang dapat dikonversi menjadi energi (materials bearing energy). Oleh karena itu, pengolahan TBS menjadi CPO dapat dilakukan dengan memanfaatkan energi yang terkandung di dalamnya. Pada tahap pendahuluan, pemanfaatan hasil samping atau bahan yang belum dimanfaatkan secara optimal digunakan sebagai sumber energi. Apabila tidak mencukupi, maka tahap berikutnya adalah menggunakan sebagian kandungan utama (minyak/lemak) untuk energi.

Untuk memudahkan, kajian dilakukan dengan membuat model kesetimbangan massa dan energi berdasarkan hukum kekekalan massa dan energi. Hubungan tersebut menunjukkan kuantifikasi massa dan energi dalam setiap tahapan proses sehingga diketahui jumlah potensial yang dapat dimanfaatkan dalam sistem produksi.

3 kebutuhan, maka sistem produksi memerlukan input atau tambahan energi dari luar sistem sehingga sistem tersebut disebut dengan tidak mandiri energi.

Jenis dan Sumber Data

Data yang digunakan adalah data primer dan data sekunder. Data primer diperoleh dari pengamatan langsung terhadap sistem input-output proses produksi CPO, kebutuhan energi selama proses, dan sumber energi yang digunakan untuk menggerakkan pabrik. Data sekunder berasal dari studi literatur seperti buku, sumber elekronik, jurnal nasional dan internasional, laporan penelitian, skripsi, majalah, laporan perusahaan dan buku statistik.

Pemodelan Neraca Massa Model Neraca Massa Level I

Model sistem pengolahan CPO sederhana (Level I) dengan asumsi bahwa produksi CPO dalam satu kompartemen untuk melihat hubungan input, produk dan waste. Model neraca massa sederhana ini dapat dilihat pada Gambar 1. Perincian model menjadi model berikutnya adalah untuk memperbaiki akurasi perhitungan. Model ini mengacu pada proses produksi CPO dengan basis perhitungan pada kapasitas olah 60 ton TBS/jam.

Keterangan: I= Input, P= Produk, W= Waste, sehingga I= P+L dan efisiensi (E)= P/I.

Model Neraca Massa Level II

Pada level ini, model dikembangkan dengan membangun kompartemen menurut stasiun proses pengolahan kelapa sawit sehingga mendekati keadaan faktual. Kompartemen tersebut adalah stasiun penerimaan buah, perebusan, perontokan buah, pengempaan, pemurnian minyak, dan stasiun pengolahan biji.

Gambar 1 Model neraca massa Level I

W

P I Sistem pengolahan CPO

4

Model neraca massa Level II dapat dilihat pada Gambar 2.

Pada model neraca massa Level II, terdapat 13 peubah yang terdiri dari 1 peubah bebas (I1) dan 12 peubah terikat (X1, X2, X3, X4, dan X5; P5 dan P6; W1,W2,W3,W5, dan W5) (Gambar 2). Peubah bebas merupakan input massa, sedangkan peubah terikat merupakan hasil output dari proses.

Dari 13 peubah terikat didapatkan beberapa persamaan yang dapat diklasifikasikan menjadi persamaan kesetimbangan massa dan persamaan efisiensi. Berikut ini adalah persamaan matematika dan penjelasan dari 13 peubah yang digunakan pada model neraca massa Level II.

Persamaan keseimbangan massa:

Efisiensi persamaan matematika pada penerimaan buah (a1) a1 =�

1 I1 =

� . ℎ

� . ℎ

Berdasarkan pengamatan di lapangan, rata-rata TBS yang tidak layak olah (mentah, rusak, dan sebagainya) sebesar 0,5%. Stasiun penerimaan buah

Tabel 1 Keterangan simbol pada Gambar 2

Kompartemen Keterangan (stasiun)

I Penerimaan tandan buah segar

II Perebusan

5 merupakan stasiun sebelum dilakukannya pengolahan terhadap kelapa sawit. TBS yang keluar dari stasiun ini yaitu 99,5%, sehingga nilai a1 adalah 0,99.

Kompartemen 2

TBS yang keluar dari stasiun rebusan disebut sterilized fruit bunches (SFB). DitJend PPHP (2006) menyebutkan bahwa SFB yang dihasilkan dari stasiun perebusan yaitu 88,5%, jadi nilai a2 adalah 0,89.

Kompartemen 3

Bobot brondolan dari tandan buah segar yaitu sebesar 64,5% masing-masing terdiri atas serat dan minyak (mesocarp), serta cangkang dan kernel (Pleanjai et al. 2004). Nisbah brondolan dengan SFB yang dirontokkan adalah 0,73. Jadi, nilai a3 adalah 0,73. brondolan dari tandan buah segar yaitu sebesar 64,5% masing-masing terdiri atas serat dan minyak (mesocarp), serta cangkang dan kernel (Pleanjai et al. 2004). Nisbah crude oil dengan buah brondolan adalah 0,77 sehingga nilai a4 adalah 0,77. Kompartemen 5

Efisiensi dalam menghasilkan pure oil atau CPO (a5) a5 = P5_�

6

Gambar 3 Model neraca massa Level III (Keterangan simbol pada Tabel 3) a5 = P6

�5 =

ℎ � ℎ

ℎ � ℎ

Persentasi kernel yang dihasilkan pada pengolahan kelapa sawit sebesar 6%, sedangkan biji utuh yang diolah 13% terhadap TBS (Lorestani 2006). Sehingga nilai a6 adalah 0,46.

Berdasarkan uraian di atas, nilai faktor-faktor efisiensi dapat dilihat pada Tabel 2.

Model Neraca Massa Level 3

Model Level III menggunakan rincian tahapan proses pada beberapa stasiun pengolahan kelapa sawit sebagai kompartemen seperti pada Gambar 3. Kompartemen pada level ini adalah stasiun penerimaan buah, stasiun perebusan, stasiun perontokan buah, pengempaan buah, penyaringan kotoran, pemisahan sludge, pengurangan kadar air minyak pada oil purifier, pengurangan kadar air

minyak pada vacuum dryer, pemisahan serat, pemisahan cangkang, pengurangan kadar air kernel.

Tabel 2 Faktor efisiensi pada model Level II Simbol Nilai

a1 0,99

a2 0,89

a3 0,73

a4 0,77

7

Model neraca massa Level III meliputi 23 peubah yang terdiri atas 1 peubah bebas (I1) dan 22 peubah terikat (X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10 ; P8 dan P11 ; dan W1, W2, W3, W5, W6, W7, W8, W9, W10, dan W11) (Gambar 3). Dari 22 peubah terikat didapatkan beberapa persamaan yang dapat diklasifikasikan menjadi persamaan kesetimbangan massa dan persamaan efisiensi. Berikut ini adalah persamaan matematika dan penjelasan dari 23 peubah yang digunakan pada model neraca massa Level III.

Persamaan Keseimbangan Massa:

Tabel 3 Keterangan simbol pada Gambar 3

Kompartemen Keterangan

VII Pengurangan air pada oil pirifier VIII Pengurangan air pada vacuum dryer

IX Pemisahan serat

X Pemisahan cangkang

XI Pengurangan kadar air kernel

8

Kompartemen 9 : X5– X9 – W9 = 0………(3.9) Kompartemen 10 : X9 – X10 – W10 = 0………(3.10) Kompartemen 11 : X10 – P11 – W11 = 0………(3.11) Persamaan Efisiensi:

Nilai faktor efisiensi a1 a2, a3, a4 pada model Level III sama dengan model Level II. Kompartemen 5

Efisiensi penyaringan (tahap awal pemurnian) crude oil (a5) a5 = X6

�4 =

ℎ �

ℎ �

Singh et al. (2010) menyebutkan bahwa terdapat padatan (endapan) dengan proporsi yang beragam selain campuran minyak (35-45%), dan air 45-55% pada minyak hasil pengempaan. Endapan pada proses pemurnian sekitar 2-4% terhadap TBS (Chavalparit et al. 2006; Lorestani 2006; Pleanjai et al. 2004) atau setara 5-7% terhadap CPO. Nisbah crude oil hasil penyaringan terhadap hasil pengempaan adalah 0,95. Jadi, nilai a5 adalah 0,95.

Kompartemen 6

Menurut Lorestani (2006), crude oil hasil pengempaan (43% terhadap TBS) mengandung slugde sebanyak 2 % terhadap TBS. Nisbah sludge terhadap total crude oil yang dimurnikan adalah 0,05,sehingga nilai a6 adalah 0,05.

Kompartemen 7 2014). Sehingga crude oil hasil pengurangan kadar air pada purifier adalah 31%. Nisbah crude oil hasil pengurangan kadar air dengan crude oil total adalah 0,75. Kompartemen 8

9

Kompartemen 9

Efisiensi pada Depericarper (a9) a9 = X9 (Lorestani 2006). Sehingga nisbah dalam pemisahan serat (a9) yaitu 0,48.

Kompartemen 10

Efisiensi pada pemisahan kernel dan cangkang(a10) a10 =X10

�9 =

ℎ � ℎ

ℎ � ℎ

Persentasi kernel yang dihasilkan pada pengolahan kelapa sawit sebesar 7%, sedangkan biji utuh yang diolah 13% (Lorestani 2006). Sehingga nisbah dalam menghasilkan kernel (a10) sebesar 0,54.

Kompartemen 11

Efisiensi pada pengeringan kernel(a11) a11 =

P11

�10 =

ℎ � � ℎ

� �

Persentasi kernel terhadap TBS yang dihasilkan pada pengolahan kelapa sawit sebesar 7%, dengan kadar air 1% (Lorestani 2006). Sehingga nisbah dalam menghasilkan kernel kering (a11) adalah 0,86.

Berdasarkan uraian di atas, faktor-faktor efisiensi dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Faktor efisiensi model Level III

10

Pengolahan dan Analisis Data

Data kuantitatif dihitung dengan menggunakan perangkat computer Microsoft Excel. Efisiensi digunakan sebagai koefisien peubah. Kandungan energi hasil samping dihitung berdasarkan nilai kalor (heating value) masing-masing komponen. Kandungan energi total dihitung dengan mengalikan massa produk dengan nilai kalor komponen.

Kandungan Energi (kkal) = Massa x Nilai kalor

HASIL DAN PEMBAHASAN

Neraca Massa Level I

Basis perhitungan neraca massa Level I berdasarkan kapasitas olah pabrik 60 ton tandan buah segar/jam. Neraca massa sederhana ini dapat dilihat pada Tabel 5.

Pada neraca massa Level I, rendemen CPO yang dihasilkan sebesar 26,15%. Nilai tersebut berada pada kisaran rendemen CPO terbaik yaitu 22-28% (Wijbrans dan Zupthen 2011; Ohimain et al. 2013). Berdasarkan hasil perhitungan, dapat dilihat bahwa terdapat peluang peningkatan produksi CPO. Selain itu, hasil perhitungan menunjukkan besarnya jumlah hasil samping proses. Perhitungan model ini hanya menghitung kesetimbangan massa secara garis besar dalam satu kompartemen sehingga perlu dikembangkan dengan merinci aliran massa yang mendekati proses faktual pada pabrik.

Neraca Massa Level II

Basis perhitungan pada neraca massa Level II sama dengan Level I. Nilai rendemen CPO yang dihasilkan dengan menggunakan perhitungan model neraca massa Level II (Tabel 6) yaitu 26,1%. Nilai rendemen ini tidak jauh berbeda dengan neraca massa Level I yaitu lebih kecil 0,05%. Tetapi, hal tersebut menunjukkan adanya koreksi dan peningkatan akurasi terhadap perhitungan.

Tabel 5 Hasil perhitungan model Level I

11

Neraca massa Level II memperlihatkan bahwa produk dihasilkan dari stasiun pemurnian minyak dan stasiun pabrik biji sedangkan hasil samping dihasilkan pada stasiun penerimaan buah, perebusan (pengukusan), perontokkan buah, pemurnian minyak, dan stasiun pabrik biji (Gambar 2). Namun, model Level II belum dapat menggambarkan aliran massa secara faktual.

Neraca Massa Level III

Neraca massa Level III merupakan pengembangan neraca massa Level I dan II menghasilkan aliran massa yang lebih kompleks sehingga detail perubahan dan aliran massa terlihat lebih jelas. Sebagai contoh, pada kompartemen 4 sebelum diolah pada stasiun pemurnian minyak, terlebih dahulu dilakukan tahap pengendapan dan penyaringan dengan menggunakan sand trap tank dan vibrating screen. Neraca massa Level III dapat dilihat pada Tabel 7.

Pada neraca massa Level III (Tabel 7), nilai rendemen CPO yang dihasilkan yaitu 26,80% lebih besar dari pada Level I,II dan faktual pabrik. Hasil perhitungan yang lebih baik menunjukkan bahwa pabrik masih dapat meningkatkan rendemen. Meningkatnya rendemen menunjukkan proses produksi yang semakin efisien. Oleh karena itu, hasil perhitungan model Level III digunakan sebagai dasar perhitungan pemanfaatan hasil samping pada pengembangan aliran proses mandiri energi. Aliran massa Level III dapat dilihat pada Gambar 4.

Tabel 7 Hasil perhitungan model Level III dan faktual pabrik Komponen Model Level III Faktual Pabrik

Massa (kg) Massa (kg)

Tabel 6 Hasil perhitungan model Level II

12

Pemanfaatan Hasil Samping Industri Minyak Sawit

Hasil samping industri minyak sawit berupa limbah padat (biomassa) yakni cangkang, serat, dan tandan kosong kelapa sawit dan limbah cair. Beberapa kajian telah dilakukan terhadap pemanfaatan biomassa tersebut (Rushdan et al. 2007; Yong 2007; Singh et al. 2010; Ahmad et al. 2011; Pattanapangchai dan Limmeechokchai 2011; Singh et al. 2013). Pemanfaatan yang paling prospektif adalah sebagai sumber energi. Selain biomassa, limbah cair juga potensial sebagai sumber energi. Limbah cair pabrik kelapa sawit dapat menghasilkan biogas yang terdiri atas gas metan yang merupakan penyebab pemanasan global (Begum dan Mohd 2013). Limbah cair tersebut terutama berasal dari pemurnian minyak (60%), perebusan tandan buah segar (36%), dan hidrocyclone (4%) (Ma 2000). Tabel 8 menjelaskan kandungan kalori komponen kelapa sawit.

Karakteristik Hasil Samping Industri Minyak Sawit a. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

Setiap produksi satu ton crude palm oil (CPO) diperlukan 5,8 ton tandan buah segar dan menghasilkan tandan kosong kelapa sawit setara 20-28,5% (Pleanjai et al. 2004; Lorestani 2006; Kavalek 2012; Embrandini et al. 2013).

Gambar 4 Hasil perhitungan model Level III (Keterangan simbol pada Tabel 3)

Tabel 8 Kandungan kalori tandan buah segar

Komponen Persentase

(%)

Nilai Heating

Value (kkal/kg)

Referensi

TKKS 20-28,5 2.294 Prasertsan dan Prasertsan 1996; Pleanjai et al. 2007

Serat 10-15 4.589 Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein et al. 2002

Cangkang 5-7 5.114 Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein et al. 2002

CPO 22-28 9.465 Wijbrans dan van Zupthen 2011; Ohimain et al. 2013

Kernel 4-7 9,6 Nasution et al. 2014; Calori24.com

13 Alam et al. (2008) menambahkan bahwa TKKS mewakili 9% total produksi limbah padat kelapa sawit.

Tandan kosong kelapa sawit, berdasarkan basis bobot kering mengandung bahan organik yang terdiri atas N, P, K dan Mg masing-masing 0,8%, 0,1-0,7%, 2,4-2,8%, dan 0,2-0,8% (Baharuddin et al. 2009). Oleh sebab itu, TKKS dapat digunakan sebagai pupuk organik yang dapat langsung disebar kelahan atau dengan terlebih dahulu diinsenerasi (Singh et al. 2010). Selain digunakan sebagai pupuk organik, tandan kosong kelapa sawit potensial dimanfaatkan sebagai bahan baku pulp dan industri kertas (Law dan Jiang 2001; Rushdan 2007; Singh et al. 2013).

Pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit sebagai sumber energi terbarukan dilakukan dalam rangka pengurangan ketergantungan terhadap minyak bumi. Sebagai bahan bakar boiler, TKKS dengan kelembaban 60-70% harus dikeringkan terlebih dahulu sebelum digunakan (Singh et al. 2010). Energi pada TKKS sebesar 2.294 kkal/kg sehingga dari pabrik 60 ton dapat diperoleh 32.724.633 kkal.

b. Serat Kelapa Sawit

Komposisi berdasarkan bobot kering serat kelapa sawit terdiri dari N, P, K, Mg, dan Ca masing-masing 0,29-1,4%, 0,07-0,08%, 0,47-1,18%, 0,02%, dan 0,11% (NL Agency 2003; DitJen PPHP 2006). Selain itu, serat kelapa sawit juga mengandung komponen biokimia berupa selulosa, hemiselulosa, dan lignin masing-masing 34,5%, 31,8%, dan 25,7% (DitJen PPHP 2006). Komposisi serat tersebut memberi peluang industri pembuatan papan partikel.

Serat kelapa sawit merupakan bahan bakar utama yang digunakan untuk boiler sebelum cangkang dan tandan kosong kelapa sawit dengan kandungan energi 4.589 kkal/kg (Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein 2002; Pleanjai et al. 2007) sehingga dari pabrik 60 ton dapat diperoleh energi 21.168.481 kkal. Serat tersebut dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi pembangkit listrik untuk menggerakkan pabrik. Sebelum dimanfaatkan, perlu dilakukan pengeringan terlebih dahulu karena serat masih mengandung kelembaban 17- 40% (NL Agency 2003).

c. Cangkang Kelapa Sawit

Cangkang kelapa sawit dihasilkan melalui proses pemecahan biji pada stasiun pabrik biji. Komposisi biokimia cangkang kelapa sawit berdasarkan bobot kering terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin masing-masing 20,8%, 22,7%, dan 50,7%. Komposisi cangkang yaitu N, P, K masing-masing yaitu 0,3-0,6%, 0,01%, dan 0,15% (WURFBR 2013). Oleh karena itu, cangkang dapat dimanfaatkan sebagai arang, karbon aktif dan papan partikel (Tim PT. SP 2000).

14

d. Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

LCPKS merupakan suspensi koloid yang terdiri atas 95-96% air, 0,6-0,7% minyak, 4-5% padatan total yang terdiri atas 2-4% padatan tersuspensi (Mohammad et al. 2008). LCPKS mengandung bahan organik BOD, COD, minyak dan grease, padatan total dan padatan tersuspensi dalam jumlah yang beragam (Rupani et al. 2012; Ma 1995,2000; Lohsomboon et al. 2002). Bahan organik yang terdapat pada LCPKS tersebut menimbulkan kerusakan lingkungan apabila tidak dilakukan penanganan. Penanganan dan pemanfaatan LCPKS yaitu sebagai pupuk cair dan sumber penghasil biogas.

Pemanfaatan Hasil Samping Sebagai Sumber Energi

Proses produksi pada pabrik membutuhkan energi listrik dan uap panas dalam jumlah besar. Pabrik kelapa sawit membutuhan energi sebesar 17-20 kWh dan 0,35-0,5 ton uap panas per ton tandan buah segar (Chavalparit 2006; Vijaya et al. 2008; Sommart dan Suneerat 2011). Pemenuhan kebutuhan energi tersebut dilakukan dengan pemanfaatan hasil samping.

Hasil perhitungan neraca massa mendapatkan bahwa jumlah tandan kosong kelapa sawit, serat, cangkang dan limbah cair masing-masing adalah 14.265,3 kg, 4.612,9 kg, 1.958,7 kg dan 21.057 kg. Hasil samping tersebut dapat digunakan sebagai bahan bakar pembangkit energi. Potensi energi limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) dapat dilihat pada Tabel 9.

Berdasarkan perhitungan pada Tabel 9, potensi energi metan yang dihasilkan pabrik 60 ton adalah 1.096.875 kkal. Potensi energi tersebut dapat dimanfaatkan dengan mengembangkan teknologi sistem biogas seperti pada gambar 5.

Tabel 9 Potensi energi limbah cair kelapa sawit (LCPKS)

Komponen Jumlah Referensi

Bobot LCPKS (kg) 21.058

massa jenis LCPKS 1200 kg/m3 Ahmad et al.2011

Volume LCPKS (m3) 17,55

setiap m3 LCPKS menghasilkan 20-28 m3 biogas

Ma et al.1999;Chotwattanasak dan Puetpaiboon 2011

Volume biogass (m3) 438,75

Biogas mengandung 45-70% metan Ma et al. 1999

Volume metan (m3) 219,375

Nilai kalor metan 4,740-6,150 Ma et al. 1999 Total potensi energi metan (kkal) 1.096.875

15 Limbah cair dengan potensi energinya tersebut menunjukkan bahwa LCPKS merupakan salah satu sumber energi selain biomass. LCPKS dan biomassa yaitu TKKS, serat dan cangkang memiliki potensi energi untuk pengembangan pabrik mandiri energi. Potensi energi biomassa pabrik 60 ton/jam berdasarkan nilai heating value komponen kelapa sawit (Tabel 8) dapat dilihat pada Tabel 10.

Berdasarkan Tabel 10, total potensi energi biomassa adalah 63.909.839 kkal, sehingga total potensi kalori hasil samping pabrik 60 ton/jam berdasarkan Tabel 9 dan Tabel 10 adalah 65.006.768 kkal. Potensi energi yang terkandung dalam biomassa tersebut dimanfaatkan dengan menjadikan biomassa sebagai bahan bakar boiler untuk menghasilkan uap panas yang dapat dikonversi menjadi energi listrik oleh turbin uap dan generator. Rangkaian proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 6.

Hasil samping seluruhnya dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk pengembangan pabrik mandiri energi. Pabrik kelapa sawit dengan kapasitas olah 60 ton/jam membutuhkan listrik 1.020 kWh dan 30.000 kg uap panas. Hasil perhitungan pada Tabel 11 menunjukkan bahwa total potensi uap faktual mampu memenuhi kebutuhan uap pabrik bahkan dapat dipenuhi dengan memanfaatkan TKKS saja.

Tabel 10 Potensi energi biomassa pabrik kelapa sawit 60 ton/jam Biomassa Jumlah (kg) Potensi energi (kkal)

TKKS 14.265 32.724.633

Cangkang 1.959 10.016.779

Serat 4.613 21.168.481

Total 20.828 63.909.893

Gambar 6 Sistem pemanfaatan biomassa kelapa sawit (KESDM 2011)

a

Tabel 11 Potensi uap berbasis hasil samping pabrik kelapa sawit 60 ton/jam Hasil samping Jumlah (kg) Potensi uap faktual (kg)

16

Surplus uap panas dikonversi menjadi energi listrik. Berdasarkan perhitungan potensi energi hasil samping (Tabel 11; Lampiran 6), potensi energi listrik dari hasil samping dapat memenuhi kebutuhan pabrik bahkan menghasilkan excess energi listrik sebesar 1.021,78 kWh. Excess energi ini dapat digunakan untuk keperluan diluar pabrik.

Rancangan Proses Produksi CPO Mandiri Energi

Energi yang diperoleh dari pemanfaatan hail samping pabrik kelapa sawit kapasitas olah 60 ton TBS/jam melebihi energi yang diperlukan sehingga pabrik dapat dikembangkan sebagai sebuah sistem produksi mandiri energi. Berikut ini merupakan diagram pengolahan kelapa sawit mandiri energi (Gambar 7).

17

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Proses pengolahan kelapa sawit dapat dikembangkan menjadi mandiri energi. Hasil samping pabrik 60 ton/jam yaitu TKKS 14.265 kg, cangkang 1.959 kg, serat 4.613 kg, dan LCPKS 21.058 kg memiliki kalori sebesar 65.006.768 kkal. Energi tersebut dapat menghasilkan uap faktual sebanyak 70.835,66 kg. Uap faktual tersebut dapat memenuhi kebutuhan energi pabrik dengan kapasitas olah 60 ton/jam yaitu 1.020 kWh dan 30 ton uap panas bahkan surplus 1.022 kWh. Oleh karena itu, pabrik pengolahan kelapa sawit dapat dikembangkan sebagai sistem produksi mandiri energi. Pabrik pengolahan kelapa sawit tidak memerlukan input energi berupa bahan bakar minyak untuk operasional pabrik

Saran

Beberapa saran yang perlu diperhatikan untuk meningkatkan hasil penelitian yaitu:

1. Pengembangan model neraca massa yang lebih rinci sampai pada tahapan proses pada masing-masing alat/mesin pengolahan perlu dilakukan untuk meningkatkan akurasi perhitungan.

2. Pengembangan model perlu dilakukan pada pabrik kelapa sawit dengan kapasitas olah beragam seperti 30, 45, dan 90 ton TBS/jam.

3. Kebijakan pembatasan penggunaan bahan bakar fosil dan listrik umum untuk pabrik CPO dapat dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah N, Sulaiman F. 2013. The Palm Oil Waste in Malaysia, Biomass

Now-Sustainable Growth and Use. Tersedia pada

http://www.intechopen.com/boks/biomass-now/sustainable-growth-and-use/the -oil-palm-waste-in-malaysia.

Ahmad A, Ghufran R, Wahid Z A. 2011. Bioenergy from anaerobic degradation of lipids in palm oil mill effluent. Environ Sci Biotech. 10:353-376

Alam MZ, Muyibi SA, Kamaludin N. 2008. Production of activated carbon from oil palm empty fruit bunches for removal of zinc. In Twelfth International Water Technology Conference (IWTC12). Alexandria: Egypt.

Begum S, M.Saad MF. 2013. Techno-economic Analysis of Electricity Generation from Biogas Using Palm Oil Waste. Asian J Sci research. 6(2): 290-298

Baharuddin AS, Wakisaka M, Shirai Y, Abd Aziz S, Abdul Rahman NA, Hassan MA. 2009. Co-composting of empty fruit bunches and partially treated palm oil mill effluents in pilot scale. Int J Agric Res. 4(2):69–78

18

Chavalparit WH, Rulkens APJ, Mol S, Khaodir. 2006. Option For Environmental Sustainability Of The Crude Palm Oil Industry in Thailand Through Enhancement Of Industrial Ecosystem. Environ Dev Sust. 8:271-287

Chungsiriporn J, Prasertsan S, Bunyakan C. 2006. Minimization of water consumtion and process optimization of palm oil mills. Clean Tech Environ Policy. 8:151-158

[DJPHP] Direktorat Jenderal Pengolahan Hasil Pertanian. 2006. Pedaoman Pengelolaan Limbah Industri Kelapa Sawit. Jakarta (ID).

Embrandiri A, H.Ibrahim M, Singh RP. 2013. Palm Oil Mill Wastes Utilization; Sustainability in the Malaysian Context. Int J Sci Research Public, Vol 3.Issue III.

Husain Z, Zainal ZA, Abdullah M. Z. 2002. Briquetting of palm fibre and shell from the processing of palm nuts to palm oil. Biomass and Bioenergy. 22:505-509

Kautsar FI. 2006. Aplikasi Produksi Bersih pada Industri Kelapa Sawit Studi Kasus di PT Z Provinsi Riau. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Kavalek M, Bohumil H, Josef P. 2012. Analysis of Usability of shells from Processing of Palm Nuts to Palm Oil as Solid Fuel. Czech University of Life Science Prague.

Kementrian ESDM. 2011. Indo-Bioenergi dan Revitalisasi Bio-energi Nasional. Seminar Nasional.

Kramandita R, Bantacut T, Romli M, Makmoen M. 2014. Utilizatian of palm oil mills wastes as source of energy and water in the production process of crude palm oil. J of Chem and Materials Research. ISSN (Paper) 2224-3224.

Law KN, Jiang XF. 2001. Comparative papermaking properties of oil palm empty fruit bunch. Tappi J. 84(1):1-13

Law KN, Wan Rosli WD. (2000). CMP and CTMP of a fast growing tropical wood: Acacia mangium. Tappi J. 83(7):61-68

Lohsomboon P, Palapleevalya P, Worathanakul P, Jirajjariyavech A, Liangsakul R. 2002. Competitiveness for Thai Industry through Environmental Management Benchmarking- Case Study: Palm Oil Idustry, Thailand Environmental Institute.

Lorestani AA, Zinatizadeh. 2006. Biological treatment of palm oil mill effluent (POME) using an up-flow anaerobic sludge fixed film (UASFF) bioreactor [Thesis]. Malaysia: University Sains Malaysia.

Ma AN. 1995. A novel treatment for palm oil mill effluent. Palm Oil Res Inst Malaysia (PORIM). 29:201-212

Ma AN. 1999. Treatment of palm oil mill effluent. Oil palm and environment: malaysia perspective. Malaysia Oil Palm Growers’Council, pp 277.

Ma AN. 2000. Environmental management for the palm oil industry. Palm Oil Dev . 30:1-10

Mahajoeno E, Lay BW, Suthajho SH, Siswanto. 2008. Potensi Limbah Cair Pabrik Minyak Kelpa sawit untuk Produksi Biogas. Biodiversitas. 9:48-52 Ohimain, Elijah I, Sylvester C, Izah, Francis AU, Obieze. 2013. Material-mass

19 Pattanapongchai A, Limmeechokchai B. 2011. Least cost energy planning in Thailand: A case of biogas upgrading in palm oil industry. Sci Tech. 33(6): 705-715

Pleanjai S, Gheewala SH, Garivait S. 2007. Environmental Evaluation of Biodisel Production from Palm Oil in a Life Cycle Perspective. Energy Environ, Assessment. Am J Applied Sci. 10(11):1351-1355

Rahmat TA. 2002. Audit Energi pada Produksi Crude Palm Oil (CPO) di PTP. Nusantara VII (Persero) Unit Usaha Rejosari – Lampung selatan [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Rushdan I, Latifah J, Hoi WK, Mohd Nor MY. 2007. Commercial_ scale Production of Soda Pulp and Medium Paper From Oil Palm Empty Fruit Bunches. Tropical forest science. 19(3):121-126

Rupani PF,Singh RP, Ibrahim MH, Esa N. 2010. Review of Current Palm Oil Mill Effluent (POME) Treatmen Methods: Vermicomposting as a Sustainable Practice. World Applied Sciences. 11(1):70-81

Singh P, Sulaiman O, Hashim R, Peng LC, Singh RP. (2013). Using biomass residues from oil palm industry as a raw material for pulp and paper industry: potensial benefits and threat to the environment. Environ Dev Sustain. 15:367-383

Singh RP, Ibrahim MH, Esa N. (2010a). Composting of waste from palm oil mill: A sustainable waste management practice. Review in Environ Sci Biotech. 9:331–344

Singh P, Sulaiman O, Hashim R, Rupani PF, Leh CP. (2010b). Biopulping of lignocellulosic material using different fungal species: A review. Review in Environ Sci Biotech. 9:165–172

Sommart K, Suneerat P. 2011. Assessment and Improvement of Energy Utilization in Crude Palm Oil Mill. IACSIT. Singapura

Sudiyani Y. 2009. Utilization of Biomass Waste Empty Bunch Fiber of Palm Oil for Bioethanol Production. Research Workshop on Suistanable.

Tim PT SP. 2000. Produksi Bersih Pengolahan Tandan Buah Segar di Pabrik Kelapa Sawit. Makalah Lokakarya Pelaksanaan Produksi Bersih pada Industri Minyak Sawit. Pekanbaru, 2-3 Maret 2000.

Vijaya S, Ma AN, Choo YM, Nik Meriam NS. 2008. Life cycle inventory of the production of crude palm oil – A gate to gate case study of 12 palm oil mills. Oil palm research. 20:484-494

[UU] Undang-undang No 30.2007. Tentang Energi.

Yong TLK, Keat TL, Mohamed AR, Bathia S. 2007. Potential of hydrogen from oil palm biomass as a source of renewable energy worldwide. Energy Policy.35:5692-5701

20

Wan RWD, Law KN. 2011. Oil palm fibre as paper making material: potential and challenges. Bioresources. 6(1):901-917

Wijbrans R, van Zupthen H. 2011. LCA GHG Emission in Production and Combustion of Malaysian Palm Oil biodiesel. J Oil Palm Environ. 2:86-92 Word Growth. 2011. Manfaat Minyak sawit bagi Perekonomian Indonesia. Bente

AD, Rico-Hesse R. 2006. Model of dengue virus infection. Drug Discov Today Dis Models. 3(1):97-103. doi: 10.1016/j.ddmod. 2006.03.014

21

LAMPIRAN

22

Lampiran 2 Matriks Perhitungan Model Level II

Variabel X1 X2 X3 X4 X5 W1 W2 W3 W5 W6 P5 P6

1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

2 1 -1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0

3 0 1 -1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0

4 0 0 1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0

5 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 0 -1 0

6 0 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 0 -1

7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

8 0.89 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9 0 0.73 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 0 0 0.77 -1 0 0 0 0 0 0 0 0

11 0 0 0 0.50 0 0 0 0 0 0 -1 0

12 0 0 0 0 0.46 0 0 0 0 0 0 -1

Lampiran 3 Hasil Perhitungan Matriks Model Level II

Persamaan Nilai Input Nilai Variabel Simbol

1 60000 59700.000 X1

2 0 52834.500 X2

3 0 40682.565 X3

4 0 31325.575 X4

5 0 9356.990 X5

6 0 300.000 W1

7 59700 6865.500 W2

8 0 12151.935 W3

9 0 15662.788 W5

10 0 5052.775 W6

11 0 15662.788 P5

24

Lampiran 5 Hasil Perhitungan Matriks Level III

Persamaan Nilai Input Nilai Variabel Simbol

1 60000 59700 X1

2 0 52834.5 X2

3 0 38569.185 X3

4 0 29698.2725 X4

5 0 8870.91255 X5

6 0 28213.3588 X6

7 0 23981.355 X7

8 0 19784.6179 X8

9 0 4258.03802 X9

10 0 2299.34053 X10

11 0 300 W1

12 59700 6865.5 W2

13 0 14265.315 w3

14 0 1484.91362 W5

15 0 4232.00382 W6

16 0 4196.73713 W7

17 0 3956.92358 W8

18 0 4612.87453 W9

19 0 1958.69749 W10

20 0 321.907675 W11

21 0 15827.6943 P8

25 Lampiran 6 Hasil perhitungan potensi hasil samping pabrik kelapa sawit

Bahan Baku Biomassa Model Level III Aktual Pabrik 60 ton/jam 60 ton/jam

TKKS (kkal) 32.724.633 30.280.800

Cangkang (kkal) 10.016.779 18.410.400

Serat (kkal) 21.168.481 33.040.800

a

Cangkang (kg uap) 14.951,98 27.481,08

Serat (kg uap) 31.598,05 49.319,78

a

LCPKS (kg uap) 1.637,29

Total 97.035,16 122.000,81 Rata-rata efisiensi boiler dalam menghasilkan uap adalah 73%

Uap aktual yang dihasilkan boiler :

TKKS (kg uap) 35.658,92 32.995,96

Cangkang (kg uap) 10.914,94 20.061,19

Serat (kg uap) 23.066,58 36.003,44

a

Uap untuk produksi Listrik (kg uap) 20.400 20.400

Uap untuk pengolahan (kg uap) 30.000 30.000

Total 50.400 50.400

Uap berlebih (kg uap) 20.435,66 38.660,59

Potensi listrik dari uap berlebih (kWh) 1.021,78 1.993,03 a

27

RIWAYAT HIDUP