INVENTORI DATA PASCAPANEN DAN EKSTRAKSI
MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas Linn.)
SKRIPSI
DANIEL PRAMUDITA
F14061871
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
Data Inventory of Postharvest and Extraction of Jatropha curcas Oil
Daniel Pramudita and Armansyah H. Tambunan
Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, Bogor, West Java, Indonesia.
e-mail: leinad.atidumarp@gmail.com
ABSTRACT
Decreasing stock of petroleum and the global warming it causes has led to the development of production technology of plant oil, such as Jatropha curcas Linn. In Indonesia, it also is supported by national policy of plant oil as biodiesel. J. curcas is suitable for Indonesia since it can grow well in dry and marginal lands. Plant oil production causes concerns that it consumes large amount of conventional fuels, fertilizers, and pesticides, so that it will harm the ecosystem. Life cycle assessment can be used to quantify how beneficial the oil production is in terms of energy use and emission released to environment. The purpose of this research is to develop a data inventory of postharvest and extraction of Jatropha curcas oil, and a program for simulation of the process. In this analysis, some simulations were done in transportation and oil extraction phases. Emissions of process were calculated from its energy consumption. Then, environmental impacts were calculated from the emissions. Results showed the process releasing least emission per litre CJCO was process where fruits were peeled on farms and seeds were grinded before extraction.
Keywords: Jatropha curcas oil, life cycle assessment, data inventory, simulation, energy, emission
ABSTRAK
Penurunan persediaan minyak dalam perut bumi dan pemanasan global yang disebabkan pemakaiannya membuat teknologi produksi minyak dari tanaman seperti jarak pagar (Jatropha curcas Linn.) mulai dikembangkan. Hal juga dilakukan di Indonesia, ditandai dengan dikeluarkannya kebijakan nasional tentang penyediaan bahan bakar nabati dalam bentuk biodiesel. Jarak pagar sangat cocok untuk dikembangkan di Indonesia karena selain merupakan tanaman non pangan, jarak pagar dapat tumbuh dengan baik di tanah kering dan lahan marjinal. Produksi minyak dari tanaman menimbulkan kekhawatiran akan pemakaian bahan bakar konvensional, pupuk, dan pestisida yang tinggi, dan dampak yang ditimbulkannya ke ekosistem. Life cycle assessment (LCA) dapat digunakan untuk mengukur seberapa menguntungkannya produksi minyak jarak pagar dalam hal penggunaan energi dan emisi yang ditimbulkannya. Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat suatu inventori data pascapanen dan ekstraksi minyak jarak pagar yang dapat disimulasikan dalam suatu program. Dalam analisis ini dilakukan beberapa simulasi yaitu pada subproses transportasi bahan dan ekstraksi minyak. Emisi dari proses dihitung dari konsumsi energi di setiap tahapan proses yang dilalui. Dari nilai emisi yang diperoleh, besarnya dampak-dampak lingkungan yang disebabkannya dapat dihitung. Hasil analisis menunjukkan bahwa proses ekstraksi minyak jarak pagar menghasilkan emisi per liter minyak paling rendah jika buah dikupas lebih dulu di lahan dan bijinya dibuat jadi tepung sebelum diekstraksi minyaknya.
DANIEL PRAMUDITA. F14061871. Inventori Data Pascapanen dan Ekstraksi Minyak Jarak Pagar (Jatropha curcas Linn.) Mentah. Di bawah bimbingan Armansyah H. Tambunan. 2011.
RINGKASAN
Cepatnya peningkatan kebutuhan manusia akan sumber energi, khususnya bahan bakar fosil
berupa minyak bumi, mengakibatkan persediaan minyak dalam perut bumi semakin berkurang.
Pemakaian bahan bakar fosil sebenarnya juga berefek negatif bagi lingkungan karena mempercepat
terjadinya pemanasan global. Oleh karena itu teknologi produksi minyak dari tanaman (plant oil) sebagai salah satu sumber energi terbarukan mulai dikembangkan. Salah satu tanaman non pangan
yang dapat menghasilkan minyak adalah jarak pagar (Jatropha curcas Linn.). Jarak pagar memiliki rendemen minyak biji tinggi (23% - 35%) dan dapat tumbuh di daerah kering dan lahan marjinal.
Hal penting yang perlu dikaji dalam produksi minyak jarak pagar secara besar adalah
prospek ekonominya, pengaruhnya terhadap lingkungan sosial masyarakat, dan dampaknya terhadap
lingkungan alam. Evaluasi dampak-dampak dari setiap tahapan, mulai dari awal sampai akhir, dari
suatu proses dapat dilakukan dengan Life Cycle Assessment (LCA). LCA memerlukan adanya data yang lengkap mengenai suatu proses, dalam batasan yang hendak dievaluasi, sebagai bahan analisis.
Tujuan dari penelitian ini adalah mengembangkan suatu inventori data dari data-data pascapanen dan
ekstraksi minyak jarak pagar (crude Jatropha curcas oil, CJCO) yang dikoleksi, diseleksi, dan dianalisis. Inventori data ini akan disimpan dalam suatu program komputer yang juga dapat
memodifikasi data masukan yang digunakan.
Analisis data proses dimulai dengan menentukan terlebih dulu subproses yang akan dilalui
dari simulasi-simulasi yang dilakukan. Buah hasil panen akan dikupas daging buahnya untuk diambil
bijinya. Jika pengupasan dilakukan di pabrik, maka yang ditransportasikan adalah buahnya, sedangkan
jika pengupasannya di lahan berarti bijinya yang diangkut ke pabrik. Biji kemudian dikeringkan
sebelum diekstraksi minyaknya. Bahan masukan untuk ekstraksi dapat berupa biji utuh, tepung biji,
atau tepung kernel. Jika bahan dalam bentuk tepung, maka harus dilakukan grinding sebelum ekstraksi. Untuk membuat tepung kernel, kernel harus dipisah dari cangkang biji terlebih dulu.
Kebutuhan energi dari sumber energi yang digunakan pada tiap subproses dihitung
berdasarkan data spesifikasi dan pengujian yang telah dilakukan. Dari nilai kebutuhan energi ini dapat
dihitung besarnya senyawa-senyawa emisi yang dihasilkan berdasarkan nilai faktor emisi yang
dikeluarkan oleh International Panel on Climate Change. Dengan menggunakan nilai ekuivalensi dampak lingkungan yang dikompilasi dalam CML-IA Database versi 3.9, dari nilai emisi tersebut
dapat dihitung besarnya nilai dampak-dampak lingkungan yang disebabkan. Dampak lingkungan yang
dianalisis dalam penelitian ini adalah global warming potential (GWP100), ozone depletion potential,
Selain emisi dan dampak lingkungan, yang menjadi fokus adalah pemakaian energi proses.
Dari jumlah energi tersebut, ada bagian yang berupa energi terbarukan, yaitu energi dari matahari
yang digunakan pada pengeringan dengan alat pengering tipe efek rumah kaca (ERK). Persentase
energi terbarukan dari keseluruhan energi yang dibutuhkan disebut sebagai renewability. Rangkaian proses yang dianalisis menghasilkan sumber energi dalam bentuk CJCO sebagai produk utama dan
waste dari ekstraksinya. Jika waste juga digunakan sebagai bahan bakar untuk proses produksi, maka dapat dihitung seberapa energi produksi nettonya.
Analisis yang sudah dilakukan menunjukkan bahwa kebutuhan energi dan pengeluaran emisi
akan lebih sedikit jika buah dikupas di lahan (biji diangkut ke pabrik). Pengepresan dengan emisi dan
dampak lingkungan paling sedikit sampai paling besar adalah berturut-turut pengepresan tepung biji,
pengepresan tepung kernel, pengepresan dengan pengepres double stage screw dan pengepresan dengan pengepres single stage screw. Ekstraksi minyak dari biji utuh dengan pengepres single stage screw menghasilkan CJCO paling sedikit, yaitu 65.09 l/ton buah. Akan tetapi, jika diperhitungkan penggunaan waste sebagai bahan bakar, yang paling hemat energi per liter CJCO-nya adalah proses
INVENTORI DATA PASCAPANEN DAN EKSTRAKSI
MINYAK JARAK PAGAR (
Jatropha curcas Linn
.)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Teknik Mesin dan Biosistem
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh
Daniel Pramudita
F14061871
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
ii
Judul Skripsi : Inventori Data Pascapanen dan Ekstraksi Minyak Jarak Pagar (Jatropha curcas Linn.)
Nama : Daniel Pramudita
NIM : F14061871
Menyetujui,
Pembimbing,
Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr.
NIP. 19620918 198703 1 001
Mengetahui,
Ketua Departemen
Dr. Ir. Desrial, M. Eng
NIP 19661201 199103 1 004
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Inventori Data
Pascapanen dan Ekstraksi Minyak Jarak Pagar (Jatropha curcas Linn.) adalah hasil karya saya
sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada
perguruan tinggi manapun. 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.
Bogor, Agustus 2011
Yang membuat pernyataan
Daniel Pramudita
iv
© Hak cipta milik Daniel Pramudita, tahun 2011
Hak cipta dilindungi
v
BIODATA PENULIS
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 17 Desember 1987 sebagai
anak pertama dari Mardhonius Supardiyono dan Rita Marleta Dewi.
Tahun 2000 penulis lulus dari SD Mater Dei Pamulang dan kemudian
menyelesaikan studi di SLTP Mater Dei pada tahun 2003. Selanjutnya
penulis lulus dari jurusan IPA SMUN 34 Jakarta pada tahun 2006 dan
kemudian melanjutkan pendidikan ke tingkat perguruan tinggi di
Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB
(USMI). Setahun kemudian penulis diterima sebagai mahasiswa
Departemen Teknik Pertanian IPB. Selama di IPB penulis aktif di
berbagai organisasi seperti Keluarga Mahasiswa Katolik IPB (sebagai anggota Biro Pendidikan dan
Pengembangan periode 2007-2008), Paduan suara KEMAKI (Puella Domini), dan IAAS LC IPB
(sebagai anggota Department of Human Resources and Development periode 2007-2009). Penulis
juga pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Fisika Dasar (2007-2008) dan Gambar Teknik
(2010). Pada tahun ajaran 2008-2009 penulis berkesempatan mengikuti program pertukaran pelajar
URSEP di University of the Ryukyus, Okinawa. Di sana penulis aktif dalam organisasi Okinawa
International Cultural Exchange Seinenkai (OICES). Tahun 2010 penulis melakukan praktik lapangan
di Pabrik Gula Tjoekir, Jombang dengan judul laporan “Aspek Teknik dan Energi dalam
Pengolahan Gula Tebu di PT. Perkebunan Nusantara X (PERSERO) Unit Pabrik Gula Tjoekir,
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat karunia dan
perlindunganNya selama penulis melaksanakan rangkaian kegiatan penelitian dan penulisan skripsi.
Penelitian dengan judul “Inventori Data Pascapanen dan Ekstraksi Minyak Jarak Pagar
(Jatropha curcas Linn.)” ini dilaksanakan di Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor,
dari April sampai dengan Juli 2011. Skripsi ini berisi analisis data proses dan inventori data emisi dan
dampak lingkungan dari pascapanen dan ekstraksi minyak jarak pagar (Jatropha curcas Linn). Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr. selaku dosen pembimbing akademik yang
telah memberikan bimbingan dan nasihat hidup kepada penulis sejak persiapan hingga
pelaksanaan penelitian dan penulisan laporan akhir.
2. Bapak Dr. Ir. Parlaungan Adil Rangkuti dan Dr. Ir Lilik Pujantoro, M.Agr. selaku dosen penguji
atas saran dan masukan yang telah diberikan.
3. Bapak Mardison dari Balai Penelitian dan Pengembangan Mekanisasi Pertanian yang telah
membantu penulis memahami proses ekstraksi minyak jarak pagar dan memperoleh data dari
laporan penelitian yang telah dilakukan.
4. Keluarga tercinta (bapak, mama, Cia, dan Betu) yang telah memberikan doa, dukungan semangat,
dan masukan.
5. Teman-teman Maksiater’z (Ferry, Justian, Adit, Rio, Wendhy, Glen, Gana, dan Bayang) yang
telah menjadi teman terbaik sejak masa tingkat persiapan bersama.
6. Diana Rumondang yang telah memberi bantuan dan dukungan moral selama pelaksanaan
penelitian dan penyusunan laporan akhir.
7. Teman-teman satu bimbingan (Tetty, Dian, Mas Furqon, Kak Sulastri, Mas Bayu, Bang Kiman,
Pak James, dan Pak Lamhot) yang telah membantu dan memberi masukan untuk penelitian ini.
8. Mas Firman dan Mas Darma yang telah memberi bantuan teknis dan informasi selama penelitan.
9. Keluarga besar TEP 43 dan TEP 44 (Ensemble) yang telah menemani dan membantu penulis
tumbuh dan belajar selama masa perkuliahan di jurusan Teknik Pertanian.
10. Teman-teman KEMAKI, IAAS LC IPB, dan Panitia Natal CIVA 2007 dan 2009 yang telah
membantu penulis mengembangkan diri selama masa studi di IPB.
11. Teman-teman kosan Joglo, Wisma Asri, dan Perwira 43 atas dukungan dan bantuannya.
Penulis berharap semoga laporan akhir penelitian ini dapat menjadi literatur yang
bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkannya.
Bogor, Agustus 2011
vii
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ... x
I. PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan Penelitian ... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
A. Jarak Pagar (Jatropha curcas Linn.) ... 3
B. Life Cycle Assessment (LCA) ... 8
III. METODOLOGI ... 13
A. Waktu dan Tempat ... 13
B. Alat dan Bahan ... 13
C. Batasan Penelitian ... 13
D. Tahapan Penelitian ... 13
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 17
A. Hasil Pemilihan Data ... 17
B. Analisis Data Tiap Subproses ... 18
C. Dampak Lingkungan dari Proses Produksi Minyak Jarak Pagar Mentah ... 20
D. Perbandingan Nilai Dampak Lingkungan dari Simulasi yang Dilakukan... 22
E. Aspek Energi dari Proses Produksi Minyak Jarak Pagar Mentah ... 28
F. Program Pengolah Data untuk LCI Produksi Minyak Jarak Pagar Mentah ... 32
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 37
A. Kesimpulan ... 37
B. Saran ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 38
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Tanaman, daun, dan buah jarak pagar ... 3
Gambar 2. Daur hidup Jatropha curcas Linn. sampai pemakaian biodiesel ... 4
Gambar 3. Bibit stek jarak pagar ... 5
Gambar 4. Bibit jarak pagar yang baru dipindahkan ke lahan ... 6
Gambar 5. Proses produksi minyak jarak pagar mentah ... 8
Gambar 6. Tahapan-tahapan Life Cycle Assessment dalam ISO 14040-14043 ... 9
Gambar 7. Diagram alir pelaksanaan penelitian ... 14
Gambar 8. Perbandingan nilai GWP100 dari transportasi buah dan transportasi biji ... 21
Gambar 9. Perbandingan nilai GWP100 dari proses dengan pengepresan single stage screw dan dengan pengepresan double stage screw ... 21
Gambar 10. Perbandingan nilai GWP100 dari transportasi buah dan transportasi biji ... 22
Gambar 11. Perbandingan nilai GWP100 dari tiap simulasi proses... 23
Gambar 12. Perbandingan nilai human toxicity dari tiap simulasi proses ... 23
Gambar 13. Perbandingan nilai freshwater aquatictoxicity dari tiap simulasi proses ... 24
Gambar 14. Perbandingan nilai marine aquatictoxicity dari tiap simulasi proses... 25
Gambar 15. Perbandingan nilai terrestrial ecotoxicity dari tiap simulasi proses ... 26
Gambar 16. Perbandingan nilai photochemical oxidation dari tiap simulasi proses ... 26
Gambar 17. Perbandingan nilai acidification dari tiap simulasi proses... 27
Gambar 18. Perbandingan nilai eutrophication dari tiap simulasi proses ... 27
Gambar 19. Perbandingan nilai ELU dari tiap simulasi proses ... 28
Gambar 20. Perbandingan nilai energi proses produksi dari tiap simulasi proses ... 30
Gambar 21. Perbandingan nilai renewability dari tiap simulasi proses ... 30
Gambar 22. Perbandingan nilai energi waste dari tiap simulasi proses ... 31
Gambar 23. Perbandingan nilai energi produk dari tiap simulasi proses... 31
Gambar 24. Perbandingan nilai energi netto dari tiap simulasi proses ... 32
Gambar 25. Tampilan jendela utama aplikasi ... 32
Gambar 26. Tampilan jendela environmental impact dari semua simulasi yang dilakukan . 33 Gambar 27. Tampilan jendela energi dari semua simulasi yang dilakukan ... 34
Gambar 28. Tampilan jendela data emisi dari semua simulasi yang dilakukan ... 34
Gambar 29. Tampilan jendela simulasi proses yang dipilih ... 35
Gambar 30. Tampilan jendela LCI dari simulasi proses yang dipilih ... 35
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Urutan subproses yang dilalui dari tiap simulasi proses ... 15
Tabel 2. Data literatur untuk pengolahan data proses ... 17
x
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Properti crude Jatropha curcas oil (CJCO) dan cangkang biji Jatropha curcas
Linn. ... 41
Lampiran 2. Faktor emisi sumber energi ... 42
Lampiran 3. Nilai ekuivalensi dampak-dampak lingkungan dari senyawa-senyawa emisi ... 43
Lampiran 4. Perhitungan data subproses transportasi buah ... 44
Lampiran 5. Perhitungan data subproses pengupasan buah ... 45
Lampiran 6. Perhitungan data subproses transportasi biji ... 46
Lampiran 7. Perhitungan data subproses pengeringan biji ... 47
Lampiran 8. Spesifikasi decorticator dan grinder biji dan kernel ... 48
Lampiran 9. Perhitungan data subproses decorticating ... 49
Lampiran 10. Perhitungan data subproses grinding biji dan kernel ... 50
Lampiran 11. Perhitungan data subproses pengepresan biji utuh ... 52
Lampiran 12. Perhitungan data subproses pengepresan tepung biji dan tepung kernel ... 54
Lampiran 13. Perhitungan data subproses pemanfaatan waste ... 56
Lampiran 14. Inventori data emisi simulasi produksi minyak jarak pagar mentah ... 59
Lampiran 15. Hasil analisis dampak lingkungan (midpoint damage) simulasi produksi minyak jarak pagar mentah ... 60
I. PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Dalam dunia modern dimana teknologi terus berkembang, kebutuhan manusia akan sumber
energi semakin terasa. Produksi dan konsumsi minyak komersial terus meningkat seiring
perkembangan teknologi dan ekonomi di negara maju dan berkembang. Jika melihat laju
peningkatan konsumsi saat ini, kebutuhan minyak bumi akan mencapai puncaknya pada tahun
2015 (Santosa, 2005). Seiring waktu, mulai disadari bahwa persediaan minyak dalam perut bumi
semakin berkurang. Pemakaian bahan bakar fosil juga berpengaruh besar terhadap lingkungan,
dalam kaitannya dengan pemanasan global. Dunia mulai mengalihkan perhatiannya pada
sumber-sumber energi terbarukan yang lebih ramah lingkungan. Teknologi produksi minyak dari tanaman
(plant oil) mulai dikembangkan untuk menghasilkan bahan bakar nabati (BBN) sebagai pengganti bahan bakar minyak (BBM).
Sudah banyak tanaman yang menjadi sumber BBN. Di USA, biji bunga matahari diperas
untuk menghasilkan minyak. Di Brazil, bioetanol diproduksi dari tebu dan sudah dikomersialkan
sebagai campuran BBM. Di Indonesia juga ada beberapa tanaman yang potensial sebagai sumber
BBN. Yang paling banyak ada tentu saja kelapa sawit. Pemakaian kelapa sawit sebagai sumber
BBN menimbulkan masalah, karena tanaman ini juga digunakan untuk produksi bahan-bahan
pangan. Karena itu, tanaman non pangan lebih disarankan untuk dijadikan sumber BBN.
Salah satu tanaman non pangan yang dapat menghasilkan minyak adalah jarak pagar
(Jatropha curcas Linn.). Jarak pagar lebih disukai dibanding tanaman lain di Indonesia karena rendemen minyaknya paling tinggi, yaitu sekitar 25% - 35%. Keuntungan lainnya, jarak pagar
dapat dikembangkan di daerah kering dan lahan marjinal, sehingga cocok dikembangkan di
daerah-daerah transmigrasi dan lahan-lahan kritis (Direktorat Budidaya Tanaman Tahunan, 2007).
Pengembangan minyak jarak di Indonesia juga didukung oleh kebijakan pemerintah dalam
rangka menjamin pasokan energi dalam negeri. Peraturan Presiden RI No. 5 Tahun 2006 tentang
kebijakan energi nasional menyebutkan bahwa penyediaan biofuel pada tahun 2025 minimal 5%
dari kebutuhan energi nasional. Badan Penelitian dan Pengembangan Departemen Pertanian pada
tahun 2006 melakukan pengembangan kebun bibit jarak di 14 provinsi, termasuk bibit tanaman
dan unit mesin pemroses biji jarak. Balitbang juga sudah mengembangkan teknologi perbanyakan
jarak dengan kultur jaringan. Ke depannya, diharapkan jarak pagar dapat diproduksi dalam jumlah
besar di Indonesia.
Produksi minyak jarak pagar secara besar-besaran harus direncanakan secara matang. Hal
penting yang perlu dikaji adalah prospek ekonominya, pengaruhnya terhadap lingkungan sosial
masyarakat, dan dampaknya terhadap lingkungan alam. Untuk hal yang disebutkan terakhir ini,
Indonesia mulai mendapat sorotan akibat adanya rencana untuk mengembangkan perkebunan
kelapa sawit dalam skala besar. Ada semacam tuduhan miring bahwa produksi kelapa sawit
2
diserap dan besarnya emisi yang dikeluarkan. Hal serupa juga mungkin terjadi jika kelak
pemerintah mencanangkan penanaman jarak pagar dalam skala besar.
Dampak terhadap lingkungan dari setiap kegiatan manusia, khususnya industri, mulai
mendapat perhatian besar dari komunitas internasional. Teknik manajemen lingkungan yang
sudah dikembangkan oleh negara-negara maju dan diprediksi akan memegang peranan penting di
masa depan adalah Life Cycle Assessment (LCA). LCA pada dasarnya adalah suatu tool untuk mengevaluasi dampak-dampak dari setiap tahapan, mulai dari awal sampai akhir, dari suatu proses.
LCA memerlukan adanya data yang lengkap mengenai suatu proses, dalam batasan yang hendak
dievaluasi, sebagai bahan analisis. Oleh karena itu, adanya Life Cycle Inventory dalam bentuk
database yang dipadukan dengan pemodelan menjadi hal yang sangat penting. Negara-negara maju di Eropa, USA, dan Jepang sudah berada di garis terdepan. Di ASEAN, Thailand menjadi
pelopor LCA, dan saat ini Malaysia pun sudah mulai mengembangkannya.
Indonesia sebagai salah satu negara agraris terbesar di dunia tentunya juga harus mulai
menerapkan LCA, terlebih setelah adanya isu mengenai kerusakan alam akibat kelapa sawit. LCA
untuk jarak pagar nantinya akan mencakup seluruh tahapan mulai dari budidaya, pengepresan
minyak, hingga produksi biodiesel, atau bahkan sampai ke pemakaiannya. Sebagai langkah awal,
LCA dapat diterapkan pada proses produksi minyak jarak pagar mentah (crude Jatropha curcas oil), yaitu proses pascapanen hingga menghasilkan minyak jarak, yang sudah dilakukan hingga saat ini. Masalahnya adalah data yang tersedia di lapangan belum diketahui kecukupannya dan
juga belum terorganisasi. Oleh karena itu diperlukan inventarisasi data yang nantinya dapat
dimanfaatkan untuk penelitian-penelitian LCA jarak pagar selanjutnya.
B.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat suatu inventori data dari data-data pascapanen dan ekstraksi minyak jarak pagar
yang dikoleksi, diseleksi, dan dianalisis.
2. Mengembangkan suatu program yang mampu menyimpan dan memodifikasi data LCI
3
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.
Jarak Pagar (
Jatropha curcas Linn.
)
Jatropha curcas Linn. termasuk famili Euphorbiaceae, genus Jatropha, spesies
Jatropha curcas. Jarak pagar merupakan tanaman semak besar berbentuk pohon kecil atau belukar dengan tinggi mencapai 5 m, berbatang kayu berbentuk silindris, bercabang tidak teratur
dan bergetah, dan memiliki bentuk daun menjari yang tersusun selang-seling. Tanaman ini dapat
hidup sampai dengan 50 tahun. Jarak pagar merupakan tanaman yang tidak tahan cuaca dingin,
namun juga tidak sensitif terhadap panjang hari. Jarak merupakan tanaman xerophytic yang beradaptasi dengan baik pada kondisi-kondisi arid dan semi-arid (Direktorat Budidaya Tanaman
Tahunan Deptan, 2007).
Dari eksplorasi pendahuluan yang dilakukan oleh Pusat Penelitian dan Pengembangan
Perkebunan (Puslitbangbun), jarak pagar di Indonesia memiliki ciri-ciri umum sebagai berikut:
bunga : umumnya uniseksual
kulit batang : keperak-perakan, hijau kecoklatan
warna daun : hijau muda, hijau tua
pucuk dan tangki daun : kemerahan, kehijauan
bentuk buah : agak elips, bulat
jumlah biji per buah : 1 - 4 (umumnya 3)
Gambar 1. Tanaman, daun, dan buah jarak pagar.
(sumber: Irwanto, 2006)
Sejauh ini, jarak pagar sudah dimanfaatkan oleh manusia untuk dalam beberapa hal.
Nama jarak pagar sendiri berasal dari penggunaannya sebagai tanaman pembatas atau pagar di
banyak tempat. Daun jarak pagar memang tidak disukai hewan sehingga biasanya tidak rusak
4
yang saat ini dirasa paling penting dan mulai mendapat perhatian lebih adalah minyak dalam
bijinya yang dapat dijadikan bahan bakar nabati.
Gambar 2. Daur hidup Jatropha curcas Linn. sampai pemakaian biodiesel
1. Pembibitan
Pembibitan jarak dapat dilakukan dari biji atau stek. Tanaman yang berasal dari biji
dapat hidup lebih lama dan produksi minyaknya lebih tinggi daripada tanaman asal stek.
Tanaman dari bibit stek tumbuh lebih cepat, dan biasanya digunakan sebagai tanaman pagar
dan pencegah erosi.
Perkecambahan biji dilakukan dengan cara merendam biji-biji yang telah terpilih
terlebih dahulu di dalam air selama semalam. Setelah itu, biji-biji dimasukkan ke dalam
media pasir yang akan berkecambah setelah 7 hari. Bibit dapat dipindahkan ke polybag
setelah 2 minggu berkecambah, dengan menanam sedalam 10-15 cm bibit tersebut ke dalam
polybag. Biji dapat pula dikecambahkan langsung di dalam polybag atau ditanam langsung di lahan.
Spesifikasi persyaratan mutu bibit dari biji adalah sebagai berikut.
Sumber benih : kebun induk
Umur : 2-3 bulan
Tingi bibit : minimal 30 cm
Diameter batang : minimal 15 mm Kesehatan bibit : bebas OPT Jumlah daun : minimal 5 helai
Pembibitan non biji dilakukan dengan stek yang dimasukkan sedalam 15 cm ke dalam
polybag. Persyaratan mutu steknya adalah sebagai berikut.
Sumber benih : pohon induk yang sudah stabil produksinya, berusia minimal 4 tahun Panjang : minimal 30 cm, disarankan 40- 50 cm
Diameter : 1,5-2,5 cm (berkayu)
Warna : keabu-abuan
Kesegaran : segar, tidak kering dan keriput
Bibit dari stek yang sudah cukup memenuhi syarat dapat dipindahkan ke lahan. Spesifikasi
persyaratan mutu bibit dari stek (grafting, ex-vitro dan in-vitro) adalah sebagai berikut.
Umur : 2 - 3 bulan
Tinggi bibit : minimal 30 cm Pembibitan
dan penanaman
Pemeliharaan dan pemanenan
Pemakaian
biodiesel Ekstraksi
minyak
Produksi
5
Diameter batang : minimal 1 cm Kesehatan bibit : bebas OPT Jumlah daun : minimal 5 helai
Gambar 3. Bibit stek jarak pagar.
(sumber: Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 2006)
2. Penanaman
Jarak pagar tumbuh di daerah tropis dan subtropis, dengan ketinggian 0 - 1,700 m
dpl dan suhu 11 – 38 oC. Kisaran curah hujan daerah optimalnya 900 - 1,200 mm/tahun.
Tanaman jarak dapat tumbuh semua jenis tanah, termasuk pada tanah yang kurang subur. pH
tanah yang baik untuk pertumbuhannya adalah 5.0 – 6.5. Tanaman jarak tidak sesuai dengan
tanah basah, sehingga lahannya harus memiliki aerasi dan drainase yang baik (tidak
tergenang). Jika dilihat dari pertumbuhan dan hasil minyak bijinya, jenis tanah yang paling
baik untuk pertumbuhan jarak adalah tanah lempung berpasir dengan kandungan pasir 60% -
90%. Jarak pagar merupakan tanaman lahan kering dan di Indonesia tanaman ini dapat
dibudidayakan di daerah yang tidak cocok bagi pengembangan kelapa sawit.
Penanaman bibit ke lahan dilakukan dengan setelah dilakukan pengolahan tanah
terlebih dahulu. Jarak pagar ditanam dengan jarak tanam ideal 2 m x 2 m untuk menghindari
persaingan dalam memanfaatkan unsur hara, air, dan sinar matahari. Lubang tanam dibuat
dibuat dengan ukuran 20 cm x 20 cm x 20 cm. Tanah galian dipisahkan antara tanah bagian
atas (topsoil) dan tanah bagian bawah (subsoil). Tanah bagian atas diletakkan di sebelah utara lubang tanam dan tanah bagian bawah di sebelah selatan lubang tanam. Selanjutnya
lubang tanam dibiarkan selama 2-3 minggu. Penanaman dilakukan pada awal musim hujan.
Tanah bagian atas dicampur dengan pupuk kandang (1-2 kg/lubang) dan pupuk buatan (urea
20 g, SP-36 50 g, dan KCl 10 g). Khusus urea diberikan dua kali, yaitu 10 g pada saat tanam
dan 10 g sisanya pada 1 bulan kemudian. Bibit dimasukkan ke dalam lubang tanam setelah
6
Gambar 4. Bibit jarak pagar yang baru dipindahkan ke lahan.
(sumber: Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 2006)
3. Pemeliharaan
Selama pemeliharaan harus dilakukan penyiangan untuk mencegah berkembangnya
gulma di sekitar tanaman. Penyiangan dilakukan 20 hari setelah tanam dan sekali setiap 3 - 4
bulan. Jarak pagar tidak tumbuh dengan baik jika kadar air tanahnya terlalu tinggi. Kontrol
kadar air dapat dilakukan dengan mengolah ringan tanah di antara tanaman. Pengolahan
tanah akan menggemburkan tanah di sekitar perakaran sehingga aerasi juga tetap terjaga.
Untuk lahan tidak subur, pemupukan perlu dilakukan di sekitar lubang tanam selama
pemeliharaan. Pupuk yang digunakan dapat berupa kompos atau pupuk kandang yang
ditambah pupuk buatan. Takaran pupuk buatan untuk tanaman jarak pagar pada tahun kedua
dan seterusnya adalah urea 50 kg, SP-36 150 kg, dan KCl 30 kg/ha. Pupuk disebarkan di
sekeliling tanaman tepat di ujung tajuk terluar. Tanaman perlu pula diberi pupuk kandang
dengan takaran 2.5 - 5 ton/ha (1 - 2 kg/tanaman).
Pemangkasan pada tanaman jarak pagar terutama ditujukan untuk membentuk kanopi
seperti semak atau payung. Hal ini penting karena tanaman jarak pagar berbunga terminal,
sehingga jumlah cabang akan menentukan produksi buah dan biji. Untuk mendapatkan
produktivitas dan kualitas biji yang optimal, jumlah cabang dipertahankan maksimal 40
cabang/pohon.
4. Pemanenan
Buah jarak pagar dalam satu tandan tidak masak serentak karena waktu pembuahan
bunga betina tidak terjadi pada hari yang sama. Umumnya ditemukan dua tingkat umur
ditandai dengan warna buah hijau dan kuning atau kuning dan hitam dalam satu tandan,
tetapi tidak jarang ditemui buah yang masaknya serentak atau tiga tingkat umur yang ditandai
dengan buah yang berwarna hijau, kuning (matang), dan hitam pada satu tandan. Kandungan
minyak terbanyak pada umumnya dilaporkan berada pada buah yang sudah hitam dan
7
5. Ekstraksi minyak
Ekstraksi minyak jarak dapat dilakukan secara mekanik dan secawa kimiawi.
Pengepresan mekanik dilakukan dengan cara memberikan perlakukan fisik berupa penekanan
kepada bahan dengan tujuan mengeluarkan kandungan minyak di dalamnya. Alat pengepres
mekanis untuk biji-bijian yang sudah ada sampai saat ini ada 2 macam, yaitu pengepres tipe
kempa dan pengepres tipe ulir. Pada pengepresan dengan pengepres tipe kempa bahan
dikempa (ditekan) oleh suatu bidang kempa. Kelemahannya adalah pengepresan tipe kempa
pemasukan bahannya tidak kontinyu (batch). Pada pengepresan tipe ulir bahan ditekan oleh dinding-dinding pada ulir yang terus berputar. Pengepresan tipe ulir merupakan teknologi
yang banyak diterapkan di industri karena bersifat kontinyu dan tidak memerlukan perlakuan
pendahuluan (Situmorang, 2009).
Ekstraksi secara kimiawi dapat memberikan hasil yang lebih banyak daripada
pengepresan mekanik. Hal ini dikarenakan bahan kimia yang dipakai dapat membebaskan
minyak terikat yang tidak dapat dipisahkan dari bahan secara mekanis. Larutan yang biasa
dipakai adalah larutan solvent. Metode kimiawi lainnya antara lain pemisahan tiga fase suspensi dengan bantuan enzim (Shah, Sharma, dan Gupta, 2003), dan aqueous enzymatic oil extraction (Shah, Sharma, dan Gupta, 2004). Metode kimiawi jarang digunakan pada proses industri karena biaya bahannya tinggi. Solusi yang masih lebih baik adalah ekstraksi secara
mekanik yang dilanjutkan dengan ekstraksi kimiawi.
Seluruh bagian buah jarak mengandung minyak, namun yang akan dipres minyaknya
adalah bagian biji. Proses pascapanen untuk ekstraksi minyak dimulai dengan memisahkan
biji dari daging buah. Biji jarak dapat dipres dengan atau tanpa lebih dulu dikeringkan.
Kadar minyak biji bervariasi berdasarkan tingkat kematangan buahnya. Silip (2011)
mengatakan bahwa yang paling tinggi rendemen minyaknya adalah biji yang sudah
dikeringkan. Rendemen minyak hasil ekstraksi dapat ditingkatkan dengan cara mengubah
bentuk bahan yang akan dipres menjadi tepung. Situmorang (2009) mendapatkan hasil
rendemen pengepresan rata-rata dengan pengepres model kempa sebesar 25.48% untuk
tepung biji dan 41.23% untuk tepung kernel. Rendemen ini lebih besar dari rendemen bahan
utuh, yaitu 20.45% untuk biji utuh dan 36.08% untuk kernel. Kernel dan cangkang biji
8
Gambar 5. Proses produksi minyak jarak pagar mentah
B.
Life Cycle Assessment (LCA)
1. Definisi dan tahapan LCA
Life Cycle Assessment (LCA) adalah suatu metodologi analisis lingkungan yang, sebagaimana yang didefinisikan dalam perangkat ISO 14040-14044, dapat mengidentifikasi
dan mengkuantifikasi potensi pengaruh-pengaruh lingkungan dalam daur suatu produk, mulai
dari bahan mentahnya, proses produksi, penggunaan, hingga waste disposal (from cradle to grave). Perkiraan dampak lingkungan ini dapat dilakukan untuk skala global maupun lokal. Dengan LCA, dapat ditentukan tahapan kunci dari suatu proses, dampak yang paling
signifikan, kontributor utama, dan metode ilmiah yang paling tepat untuk menkomparasi
berbagai alternatif produk atau proses, yang paling ramah lingkungan.
LCA biasanya digunakan untuk menganalisis beberapa kategori efek ke lingkungan,
seperti emisi gas rumah kaca dan kontribusinya ke pemanasan global. Nilai emisi gas-gas
rumah kaca seperti CO2, CH4 and N2O dikonversi ke nilai emisi CO2 berdasarkan nilai global
Transportasi Buah
Pengupasan Buah
Pengepresan Pengeringan Biji
Decorticating
Transportasi Buah
Grinding
Buah Jarak Pagar
Minyak Jarak Pagar
9
warming potentials (GWP) dalam assessment report yang dikeluarkan Intergovernmental Panel on Climate Change (Forster et al., 2007, dalam Ndong, et al., 2009).
LCA terdiri atas 4 tahap. Yang pertama yaitu pendefinisian tujuan dan batasan LCA.
Penentuan cakupan LCA bertujuan memfokuskan studi dan memperdalam analisis. Tahap
ke-2 adalah pembuatan Life Cycle Inventory (LCI), dimana variabel-variabel input-output energi, materi, dan kontaminan sistem ditentukan nilainya dan hubungannya dibuat dalam
skema. Tahap ke-3 adalah evaluasi dampak lingkungannya, yaitu penentuan dampak spesifik
apa yang hendak dicari dan dianalisis. Tahap terakhir adalah interpretasi hasil analisisnya
(ISO 14040, dalam Ndong, et al., 2009 dan Azapagic, 2006).
Gambar 6. Tahapan-tahapan Life Cycle Assessment dalam ISO 14040-14043
Proses yang dikerjakan dan hasil dari suatu LCA sangat ditentukan oleh obyek dan
jangkauan LCA tersebut (Azapagic, 2006). Evaluasi from cradle to grave pada kenyataannya hal ini sulit dilakukan dalam satu studi sehingga yang lebih mungkin adalah memilih bagian
dari proses keseluruhan, dari dan sampai mana proses tersebut akan dievaluasi.
Evaluasi dampak lingkungan atau Life Cycle Impact Assessmetn (LCIA) bertujuan untuk mengkonversi beban lingkungan yang dihitung di LCI menjadi potensi dampak
lingkungan berdasarkan kategori-kategori. Ada 3 tahap dalam LCIA, yaitu :
a. pemilihan kategori dampak, indikator kategori dan modelnya.
b. klasifikasi beban lingkungan ke dalam beberapa kategori dampak lingkungan yang
berpengaruh para kesehatan manusia, ekologi, dan penurunan sumber daya alam.
c. karakterisasi, dimana dilakukan kuantifikasi dari dampak yang telah diidentifikasi.
Pendefinisian tujuan dan batasan
Fungsi dan definisi sistem Deskripsi dan persyaratan data Metodologi
Asumsi
Analisis inventori
Pengoleksian data Kalkulasi
Validasi data Alokasi
Impact Assessment
Pemilihan kategori, indikator kategori, dan model
Klasifikasi hasil analisis LCI Kalkulasi dan karakterisasi hasil Pembobotan
Interpretasi
Identifikasi permasalahan penting
Evaluasi dengan
pengecekan kelengkapan, analisis sensitivitas, pengecekan konsistensi, dan lainnya
10
Metode LCIA secara umum dibagi ke dalam dua grup. Yang pertama adalah metode
yang berorientasi pada masalah (problem-oriented method), yang titik beratnya berada pada hubungan antara tahap LCI dan LCIA, yaitu bagaimana beban-beban lingkungan akan
berkontribusi pada dampak-dampak lingkungan yang dapat ditimbulkan, sebelum nantinya
memberi efek pada keberlangsungan hidup ekosistem (midpoint damage). Contoh problem-oriented method adalah CML Baseline. Metode ke-2 berorientasi pada kerugian yang ditimbulkan (damage-oriented method). Titik beratnya ada pada endpoint damage atau kerusakan akhir yang disebabkan oleh beban dan dampak lingkungan. Damage-oriented method yang umum digunakan antara lain EPS 2000 (Steen,1999) dan Eco-Indicator 99
(Goedkoop dan Spriensm, 2001 dan Doka, 2007).
Pada tahap terakhir LCA yaitu interpretasi, hasil pengolahan data dianalisis, diambil
kesimpulan, dijelaskan batasannya, dan kemudian dijadikan dasar rekomendasi untuk
evaluasi ulang sistem, pengembangan sistem, dan inovasi. Ketergantungan LCA terhadap
ketersediaan dan reliabilitas data mengharuskan dilakukannya analisis sensitivitas. Analisis
sensitivitas dapat mengidentifikasi efek dari keragaman data, ketidakpastian, dan selisih data
hasil akhir, dan kemudian menentukan reliabilitas hasil akhir dari studi yang dilakukan.
2. Pembuatan inventori data (Life Cycle Inventory)
Life Cycle Inventory (LCI) adalah tahapan dalam LCA yang mencakup pengumpulan data beban lingkungan yang diperlukan untuk keperluan studi. LCI secara rinci dijelaskan
dan diatur dalam ISO 14041. Beban lingkungan yang dimaksud adalah materi dan energi
yang digunakan dalam sistem, emisi ke udara, dan limbah cair maupun padat yang dilepaskan
ke lingkungan. Sistem disini didefinisikan sebagai suatu rangkaian operasi atau subproses
yang secara materi dan energi terhubung dan memiliki suatu fungsi yang jelas. Karakterisasi
sistem secara lebih detail dilakukan dengan membagi sistem tersebut ke dalam subsistem
yang saling terhubung. Hal ini sangat penting dalam proses kuantifikasi setiap variabel data
yang hendak dicari (Azapagic, 2006).
Secara umum, kuantifikasi beban lingkungan dilakukan dengan cara menghitung total
nilai variabel-variabel beban yang diperoleh dari setiap subsistemnya. Hal ini dinyatakan
dalam Persamaan 1.
... (1)
dengan Bj adalah nilai beban total sistem, bj,i nilai variabel beban j dari subsistem i, dan xi
aliran massa atau energi yang berhubungan dengan subsistem i.
Jika sistem yang dikaji menghasilkan lebih dari satu output fungsional, beban lingkungan dari sistem harus dialokasikan ke dalam keluaran-keluaran tersebut. Sebagai
contoh, emisi CH4 ternyata memberi dampak kepada beberapa hal seperti kesehatan manusia,
pemanasan global, dan pencemaran air. Banyak CH4 yang menyebabkan tiap dampak
11
sistem ke dalam tiap kategori dampak berdasarkan nilai ekuivalennya. Misalnya, emisi 1 kg
CH4 setara dengan emisi 25 kg CO2 dalam hubungannya dengan pemanasan global.
Alokasi akan mempengaruhi hasil dari LCA sehingga penentuan metode alokasi
sangat krusial (Azapagic, 2006). Analisis sensitivitas juga harus dilakukan ketika
penggunaan beberapa metode alokasi digunakan untuk menentukan pengaruh metode alokasi
terhadap hasil. Dalam ISO 14041 disarankan 3 hal berhubungan dengan alokasi, yaitu: Jika memungkinkan, alokasi sebisa mungkin dihindari dengan cara membagi sistem
ke dalam subsistem-subsistem atau dengan melakukan perluasan sistem.
Jika alokasi tidak dapat dihindari, masalah alokasi harus diselesaikan dalam suatu permodelan sistem yang berdasarkan pada hubungan fisis antar setiap unit fungsional. Jika hubungan fisis tidak dapat ditentukan, maka hubungan lain termasuk nilai
ekonomis dapat digunakan.
3. Dampak-dampak lingkungan akibat emisi yang akan dianalisis
a. Global warming potential, 100-year based (GWP100)
GWP100 menyatakan nilai potensi pemanasan global yang disebabkan emisi,
dalam jangka waktu 100 tahun. GWP100 dinyatakan dalam satuan kg CO2 ekuivalen,
yang merupakan gas rumah kaca utama penyebab pemanasan global. Nilai
ekuivalensinya dikeluarkan secara berkala oleh International Panel on Climate Change
(IPCC).
b. Environmental Load Unit (ELU)
Environmental load unit adalah satuan ukur yang menunjukkan kuantitas beban
lingkungan dalam hal kerugian yang ditimbulkannya (Rockleigh, 2001 dan Steen, 1999).
ELU Nilai ekuivalensi ELU dari bahan-bahan emisi dikeluarkan oleh Centre for Environmental Assessment of Products and Material Systems Swedia dalam EPS-2000 (Steen, 1999).
c. Ozone Depletion Potential (ODP)
Potensi penurunan jumlah ozon di atmosfer akibat emisi dinyatakan dalam kg
CFC-11 ekuivalen. Nilai ekuivalensinya dikeluarkan oleh World Meteorological Organization (WMO, 2003 dalam CML, 2010).
d. Toxicity Potential
Huijbregts (2000b) mendefinisikan toxicity potentials sebagai ukuran kuantitatif
dampak beracun (toxic) dari suatu kuantitas zat emisi tertentu. Toxicity potential dibagi
menjadi beberapa kategori berdasarkan objek dampak beracunnya, yaitu human toxicity
12 e. Photochemical Oxidation
Photochemical oxidation adalah oksidasi yang disebabkan oleh radiasi ultraviolet di atmosfer (United States Environmental Protection Agency (EPA), 1998
dan Atmospheric Radicals Studies Group, 2011). Oksidasi adalah proses pengikatan
oksigen dengan subtsansi lain secara kimia yang disertai pelepasan elektron oleh salah
satu atom. Photochemical oxidation menghasilkan radikal bebas berupa hidroksil (OH-). Energi tinggi dari radiasi UV memecah ikata kimia air, menjadi OH- dan H+. Besarnya
peningkatan photochemical oxidation dinyatakan dalam satuan kg etilen ekuivalen.
f. Acidification
Acidification adalah terjadinya penurunan pH pada tanah dan air akibat pembentukan ion H+ (Wikipedia, 2011a dan 2011b). Terbentuknya kation ini
disebabkan oleh reaksi antara senyawa seperti aluminium sulfat, senyawa-senyawa
nitrogen dari pupuk, dan perembesan ion-ion kalsium, magnesium, kalium, dan natrium
ke dalam tanah. Potensi acidification dinyatakan dalam satuan kg SO2 ekuivalen. g. Eutrophication
Eutrophication adalah kenaikan jumlah spesies tertentu yang diikuti penurunan jumlah spesies lain akibat adanya peningkatan senyawa-senyawa nitrat dan fosfat.
Eutrophication di perairan menyebabkan terjadinya penurunan jumlah spesies air tertentu akibat meningkatnya jumlah fitoplankton sehingga terjadi peningkatan
persaingan untuk memperoleh nutrisi dan kesulitan memperoleh oksigen (hipoksia) . Ini
sebenarnya juga terjadi di daratan, seperti bertambahnya jumlah ilalang yang diikuti
berkurangnya populasi tanaman lain (Wikipedia, 2011c). Potensi eutrophication akibat emisi dinyatakan dalam satuan kg PO4
ekuivalen.
4. Penelitian sebelumnya
Penelitian mengenai LCA jarak pagar untuk biodiesel sudah cukup banyak dilakukan
di luar negeri, antara lain oleh U.S. Department of Agriculture dan U.S. Department of Energy pada tahun 1999 dan oleh IFEU (Institute for Energy and Environmental Research Heidelberg) pada tahun 2007. Tentunya data yang digunakan tidak bisa dijadikan sumber untuk melakukan LCA biodiesel dari jarak pagar, baik dari segi nilai maupun model datanya.
Penelitian LCA biodiesel Indonesia pernah dilakukan oleh Kamahara, et al (2009), namun bahan baku biodieselnya berupa minyak kelapa sawit. Penelitian LCA di Indonesia lainnya
13
III. METODOLOGI PENELITIAN
A.
Waktu dan Tempat
Penelitian akan dilaksanakan dari bulan April sampai bulan Juli 2010, di Laboratorium
Bagian Teknik Energi Terbarukan, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
B.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :
1. Laptop dengan spesifikasi sebagai berikut
a. Processor berkecepatan 2.10GHz (2 CPU)
b. Graphic Card Intel ® 965 Express Chipset Family, 358 MB
c. RAM 2 GB
d. Hard disk 160 GB
2. Sistem Operasi Windows Vista™ Home Premium
3. Microsoft Office Excel 2007
4. Microsoft Office Access 2007
5. Microsoft Visual Basic for Application
Bahan penelitian berupa data yang diperoleh dari hasil penelitian-penelitian sebelumnya, laporan
dari institusi-institusi, laporan kegiatan di lapangan, dan buku-buku teks.
C.
Batasan Penelitian
Tahapan dari daur hidup Jatropha curcas Linn. yang akan dianalisis untuk Life Cycle Inventory adalah proses pascapanen buah sampai ekstraksi minyak. Dampak lingkungan yang akan dianalisis adalah dampak lingkungan yang disebabkan pemakaian energi dan bahan (direct impact).
D.
Tahapan Penelitian
Penelitian mengenai pembuatan sistem database Life Cycle Inventory dilakukan dengan tahapan berupa pengumpulan dan penyeleksian data yang tersedia, analisis data, dan pengembangan
program pengolah data untuk LCI minyak jarak pagar. Diagram alir metode penelitian dapat dilihat
14
Gambar 7. Diagram alir pelaksanaan penelitian
1. Pengumpulan dan penyeleksian data
Data yang diperlukan dikumpulkan dari sumber-sumber yang telah disebutkan
sebelumnya. Data yang diperoleh kemudian diseleksi berdasarkan reliability dan kesesuaiannya dengan topik dan keperluan analisis. Variabel data yang sama namun dengan
nilai yang berbeda (dari sumber yang berbeda) akan dibandingkan dan diseleksi berdasarkan
pertimbangan-pertimbangan tertentu.
2. Analisis data
Data yang telah diseleksi lalu dianalisis untuk memperoleh besaran-besaran yang
akan dimasukkan ke dalam inventori data LCA. Analisis dilakukan berdasarkan pada prinsip
kesetimbangan energi, massa materi, dan kesetaraan nilai emisi. Model inventori untuk
keperluan LCIA akan ditentukan berdasarkan metode-metode LCIA umum yang sudah
disebutkan sebelumnya, yaitu EPS 2000 dan CML Baseline Method.
Analisis data dilakukan per subproses produksi CJCO. Keseluruhan proses produksi
CJCO sendiri disimulasi berdasarkan variasi subproses yang berbeda. Simulasi dengan
subproses yang berbeda dapat menentukan juga subproses tambahan yang diperlukan. Pada
penelitian ini, variabel proses dari simulasi yang dilakukan adalah: Mengumpulkan data
Data literatur LCA dan jarak pagar
MULAI
Data budidaya dan pemanenan jarak pagar
Menyeleksi data
Membuat program pengolah data untuk LCI
15
a. Bahan yang ditransportasikan
Kebun jarak pagar dan pabrik CJCO umumnya terdapat di tempat yang terpisah.
Transportasi dapat dilakukan terhadap buah panen atau biji. Jika buah yang diangkut,
berarti pengupasan buah dilakukan di pabrik.
b. Bentuk bahan yang dipres
Bahan yang akan dipres dapat berupa biji utuh, tepung biji, dan tepung kernel.
Untuk bahan berupa tepung kernel, diperlukan subproses decorticating (pengupasan cangkang biji) dan penepungan. Untuk tepung biji, penepungan dilakukan tanpa
didahului decorticating. c. Alat pengepres
Alat pengepres yang digunakan tergantung pada bahan yang dipres. Untuk bahan
berupa biji utuh, alat yang digunakan adalah alat pres ulir tipe double stage screw atau tipe single stage screw (Suparlan et al, 2008). Jika bahannya berupa tepung biji atau tepung kernel, alat presnya adalah pengepres tipe kempa, sesuai dengan data penelitian
yang sudah ada (Situmorang, 2009).
Simulasi proses dan subproses-subproses yang dilaluinya dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Urutan subproses yang dilalui dari tiap simulasi proses
Simulasi Sub Proses
buah-single
buah-double
buah- biji
buah-kernel
biji-single
biji-double
biji- biji
biji-kernel
Transportasi buah 1 1 1 1
Pengupasan buah 2 2 2 2 1 1 1 1
Transportasi biji 2 2 2 2
Pengeringan biji 3 3 3 3 3 3 3 3
Decorticating 4 4
Grinding 4 5 4 5
Double screw press 4 4
Single screw press 4 4
Tepung biji 5 5
Tepung kernel 6 6
Pemanfaatan waste 5 5 6 7 5 5 6 7
Pada tiap subproses, yang pertama kali dihitung adalah kebutuhan energi pada tiap
proses. Kebutuhan energi dapat diperoleh dengan mencari tahu lebih dulu konsumsi bahan
bakar. Untuk solar pada transportasi, massa solar yang dipakai dicari menggunakan
persamaan 2.
16
Kebutuhan energi bahan bakar dan energi listrik berturut-turut dihitung dengan Persamaan 3
dan Persamaan 4.
... (3)
... (4)
Dengan menggunakan nilai pemakaian energi, banyaknya tiap senyawa yang
dilepaskan (emisi) dapat dihitung dengan Persamaan 5.
... (5) dengan
mij = massa senyawa i (emisi) dari sumber energi j pada proses k (kg)
fij = faktor emisi zat i pada kondisi k (kg/kJ)
ej = energi yang dihasilkan sumber energi j pada proses k (kJ)
Dari jumlah senyawa emisi yang dihasilkan, nilai potensi dampak (impact) lingkungan yang dapat disebabkan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 6.
... (6)
dengan
dijy = potensi dampak y akibat emisi senyawa i pada proses j (kg y eq.)
eqiy = nilai ekuivalensi potensi dampak y akibat senyawa i (kg y eq./kg i)
mij = massa senyawa i (emisi) dari bahan bakar j pada proses k (kg i)
Nilai potensi dampak dan energi yang dibutuhkan tiap proses (energi yang
dihasilkan bahan bakar) kemudian dijumlahkan untuk mendapatkan nilai total untuk
keseluruhan proses, mulai dari penanganan pascapanen buah sampai ekstraksi minyak.
Hasilnya dikonversi ke dalam nilai per liter CJCO yang dihasilkan.
3. Pembuatan program pengolah data untuk LCI
Program pengolah data yang dibuat berupa worksheet Microsoft Excel yang diprogram dengan Microsoft Visual Basic for Application. Pemodelan data dirancang di
worksheet Excel dan dilakukan bersamaan dengan analisis data. Setelah pemodelan di
17
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.
Hasil Pemilihan Data
Data yang diperlukan dipilih berdasarkan ketersediaan dan reliabilitasnya. Secara
garis besar, data yang diperlukan berupa data aliran bahan dan pengoperasian dari tahapan
proses, data pemakaian energi dari listrik dan bahan bakar, data nilai emisi per satuan energi,
dan data nilai ekuivalensi dampak dari emisi yang dihasilkan. Data literatur dipilih
berdasarkan keumuman dan kedekatan hubungannya dengan LCA dan proses ekstraksi
minyak jarak mentah. Nilai ekuivalensi potensi dampak yang digunakan berasal dari berbagai
literatur, yang dikompilasi dalam CML-IA Database versi 3.9 (CML, 2010) dalam Lampiran
[image:31.595.166.511.511.716.2]3. Data yang digunakan dapat dilihat di Tabel 2 dan Tabel 3.
Tabel 2. Data umum untuk pengolahan data proses
Besaran Nilai Satuan Sumber
Massa jenis solar 885 kg/m3 Anonim (2011)
Nilai kalor solar 43330 kJ/kg IPCC (1996)
Massa jenis CJCO 0.93292 kg/liter Sinha (1997) dan Roger (1985)
dalam Pramanik (2003)
Nilai kalor CJCO 38200 kJ/kg
Nilai kalor cangkang 16500 kJ/kg Kratzeisen dan Muller (2009)
Nilai kalor buah jarak 21200 kJ/kg
Sotolongo, et al. ( - ) Nilai kalor biji jarak kering 25500 kJ/kg
Nilai kalor arang kayu 29600 kJ/kg Engineringtoolbox (2011)
Tabel 3. Data untuk perhitungan emisi dan dampak
Data Sumber
Emisi pembakaran solar IPCC (1996) dan IPCC (2007)
Emisi produksi dan pemakaian listrik Widiyanto (2003)
Global Warming Potential, 100 year-based IPCC (2007) a
Environmental Load Unit EPS-2000 (1999) a
Ozone Depletion Potential WMO (2003) a
Human Toxicity
Huijbregts (1999 & 2000) a
Freshwater Aquatic Ecotoxicity Marine Aquatic Ecotoxicity Terrestrial Ecotoxicity
Photochemical Oxidation (high NOx) Jenkin & Hayman (1999);
Derwent, et al. (1998) a
Acidification Huijbregts (1999) a
Eutrophication Huijbregts (1992) a
Keterangan:
18
B.
Analisis Data Tiap Subproses
1. Transportasi buah hasil panen
Transportasi buah dilakukan jika pengupasan daging buah dilakukan di pabrik. Buah
yang telah dipanen dibawa dari lahan ke pabrik untuk diolah. Disini diasumsikan buah yang
akan dioleh berasal dari kebun jarak pagar Pakuwon, Sukabumi, sedangkan pabrik minyak
jarak pagar mentahnya berada di Bekasi. Jarak Pakuwon – Bekasi diperkirakan sejauh 100
km. Untuk pengangkutannya, truk yang digunakan adalah truk berkapasitas 10 ton dengan
rasio pemakaian solar 1:5 (1 liter solar untuk 5 km).
Untuk keperluan perhitungan data, jumlah buah yang dipanen diasumsikan sebesar
1000 ton. Nilai ini sebenarnya tidak akan berpengaruh pada hasil akhir, yang akan dinyatakan
dalam satuan per liter CJCO. Emisi yang dihasilkan dari pemakaian solar di truk dihitung
dengan mengalikan nilai energi solar dengan faktor emisi solar (mobile combustion) yang terdapat di lampiran 2. Perhitungan dan hasil data dampak lingkungan dari subproses
transportasi buah dapat dilihat di Lampiran 4.
2. Pengupasan daging buah
Pengupasan daging buah dilakukan setelah buah di panen. Dalam simulasi yang
dilakukan, buah dapat dikupas di lahan atau di pabrik. Jika buah dikupas di lahan, maka yang
diangkut dari lahan ke pabrik adalah biji. Jika buah dikupas di pabrik, maka buahlah yang
ditransportasikan. Dengan nilai persentase massa biji terhadap massa buah sebesar 36.22%
(Dirjen Perkebunan, 2005 dalam Sugiana, 2009), maka dari 1000 ton buah diperoleh 362.2
ton biji.
Pengupasan buah diasumsikan dilakukan menggunakan mesin pengupas buah yang
didesain di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian (BBP Mektan). Data spesifikasi
dan pengoperasian mesin ini diperoleh dari laporan yang disusun Widjaya, et al (2006). Disitu dinyatakan bahwa mesin pengupas ini memiliki kapasitas 200-250 kg/jam. Dengan
memperhitungkan tingkat keberhasilan sekitar 80%, maka nilai kapasitas yang dipilih adalah
200 kg/jam. Motor yang digunakan memiliki daya 1.5 HP, dengan kebutuhan solar sekitar
1.5 liter/jam. Perhitungan dan hasil data dampak lingkungan dari subproses pengupasan buah
dapat dilihat di Lampiran 5. Faktor emisi yang digunakan adalah faktor emisi solar
(stationary combustion) pada Lampiran 2. 3. Transportasi biji hasil pengupasan
Transportasi biji dilakukan setelah buah dikupas di lahan. Asumsi yang digunakan
sehubungan hal teknis pengangkutan sama dengan asumsi yang digunakan pada
pengangkutan buah. Perhitungan dan hasil data selengkapnya dapat dilihat di Lampiran 6.
4. Pengeringan biji
Pengeringan biji dilakukan untuk meningkatkan rendemen minyak yang dapat
19
kaca (ERK) dengan kapasitas 55 kg. Data simulasi diperoleh dari tesis Purnama (2010).
Sumber energi dalam proses pengeringan ini adalah solar, arang kayu, listrik PLN, dan
matahari. Arang kayu yang dibakar dengan bantuan solar berfungsi untuk memanaskan udara
pengeringan. Udara panas ini kemudian dihembuskan ke bahan dengan blower (ganda) bertenaga listrik. Panas untuk pengeringan juga berasal dari energi matahari yang
terperangkap dalam bangunan pengering. Hal ini membantu mengurangi kebutuhan arang
kayu dan solar untuk pemanasan.
Analisis dimulai dengan menghitung energi dari tiap sumber energi. Emisi solar
(stationary combustion), arang kayu, dan listrik berdasarkan faktor emisi pada Lampiran 2. Energi matahari yang dimanfaatkan dianggap tidak memberi emisi ataupun dampak
lingkungan karena produksi energinya berlangsung terus menerus dan bukan khusus untuk
keperluan proses. Perhitungan dan hasil data lengkapnya dapat dilihat di Lampiran 7.
Jika dilihat dari hasil data di lampiran, pengeringan biji merupakan subproses yang
paling mengkonsumsi energi sehingga sekaligus paling banyak menghasilkan emisi. Hal ini
dikarenakan inti proses yang terjadi adalah penguapan air dari biji jarak. Proses pindah panas
seperti ini memerlukan energi yang besar, apalagi nilai kalor laten air tergolong tinggi.
5. Decorticating
Pemisahan kernel dan cangkang biji dilakukan jika yang dipres untuk diambil
minyaknya adalah kernel. Cangkang yang dipisahkan dianggap sebagai waste dan akan dimanfaatkan sebagai bahan bakar combustion unit biomassa (Kratzeisen dan Müller, 2009). Biji jarak kering diasumsikan terdiri atas 34% cangkang dan 66% kernel (Openshaw, 2000).
Decorticating diasumsikan menggunakan decorticator Amisy TFTZ-400 buatan Zhengzhou Ruihui Information Technology Co., Ltd. Spesifikasi lengkapnya dapat dilihat di
lampiran 8. Mesin ini dipilih karena memiliki kapasitas yang sesuai untuk keperluan industri,
yaitu 400 - 500 kg/jam (diambil nilai tengan 450 kg/jam). Sebenarnya ada juga mesin
pengupas kulit biji buatan lokal (Purnaamijaya dan Masri, 2009), namun kapasitasnya kecil
(hanya 50 kg/jam) sehingga kurang sesuai untuk keperluan industri. Perhitungan dan hasil
data lengkapnya dapat dilihat di Lampiran 9. Emisi dari pemakaian energi listrik dihitung
berdasarkan faktor emisi yang ada di Lampiran 2.
6. Grinding
Biji dan kernel dibuat jadi tepung untuk meningkatkan rendemen minyaknya. Ginding
diasumsikan dilakukan dengan seed oil grinder RH FSJ-600 buatan Zhengzhou Ruihui Information Technology Co., Ltd. Mesin ini dipilih karena kapasitasnya yang cukup besar
(120 kg/jam), lebih besar dari kapasitas mesin buatan lokal yang hanya 50 kg/jam
(Purnaamijaya dan Masri, 2009). Spesifikasi mesin ini dapat dilihat di Lampiran 8,
sedangkan perhitungan dan hasil datanya ada di Lampiran 10. Emisi dari pemakaian energi
20
7. Pengepresan: double stage screw dan single stage screw
Pengepresan dengan pengepres tipe ulir double stage screw dan single stage screw
dilakukan jika bahan masukannya berupa biji utuh. Data simulasi yang digunakan adalah data
laporan Suparlan, et al (2008), dari BBP Mektan. Data mesin dan simulasi, perhitungan, dan hasil data dampaknya dapat dilihat di Lampiran 11. Emisi dari pemakaian solar (stationary combustion) dihitung berdasarkan faktor emisi yang ada di Lampiran 2.
8. Pengepresan: tepung biji dan tepung kernel
Data simulasi untuk ekstraksi minyak dari tepung biji dan tepung kernel jarak pagar
berasal dari penelitian Situmorang (2009). Sebelum dipres bahan terlebih dulu dipanaskan
(preheating) pada suhu 60 oC dan selama 10 menit (kondisi optimal). Preheater yang digunakan adalah pemanas tipe spiral bersumber energi listrik. Pengepresan dilakukan
dengan pengepres tipe kempa dengan kapasitas asumsi 79 kg/jam. Emisi dari pemakaian
energi listrik dan solar (stationary combustion) dihitung berdasarkan faktor emisi yang ada di Lampiran 2. Data spesifikasi alat, data simulasi, perhitungan dan hasilnya terdapat pada
Lampiran 12.
9. Pemanfaatan waste
Waste yang akan dimanfaatkan untuk bahan bakar bervariasi tergantung simulasi proses yang dilakukan. Untuk pengepresan biji utuh dan tepung biji, waste-nya berupa seed cake. Jika yang diekstraksi minyaknya adalah tepung kernel, maka waste-nya ada 2 macam, yaitu cangkang biji (hasil decorticating) dan kernel cake. Emisi pembakarannya dihitung berdasarkan faktor emisi pembakaran biomassa umum (IPCC, 1997 dan IPCC, 2007) di
Lampiran 2.
C.
Dampak Lingkungan dari Proses Produksi Minyak Jarak Pagar Mentah
Proses produksi minyak jarak skala industri pada umumnya dilakukan seperti simulasi
buah-single. Pada simulasi ini buah diangkut ke pabrik dan dikupas di sana, lalu pengepresan dilakukan menggunakan pengepres tipe single stage screw. Simulasi proses dapat dilakukan untuk mengetahui perubahan nilai emisi dan energi proses. Dengan begitu dapat diketahui seperti apa proses sebaiknya
dilakukan agar energinya lebih efisien dan emisinya lebih sedikit.
1. Simulasi: buah dikupas di lahan
Transportasi buah jelas lebih memerlukan energi daripada jika biji yang
ditransportasikan. Hal ini dikarenakan massa biji yang jelas lebih kecil daripada massa buah.
Jika daging buah dikupas di lahan dan biji yang diangkut ke pabrik, maka kebutuhan energi
dan emisi dari proses pengangkutan akan berkurang. Akibatnya, energi dan emisi dari
keseluruhan proses pun akan berkurang. Contoh perbandingan besar dampak lingkungannya
21
Gambar 8. Perbandingan nilai GWP100 dari transportasi buah dan transportasi biji
2. Simulasi: pengepresan dilakukan dengan pengepres double stage screw
Pengepresan dengan single stage screw memberi emisi per liter CJCO lebih besar karena rendemen minyaknya (24%) lebih kecil daripada pengepresan dengan double stage screw (26%). Contoh perbandingan besar dampak lingkungannya ada pada Gambar 9.
Gambar 9. Perbandingan nilai GWP100 dari proses dengan pengepresan single stage screw
dan dengan pengepresan double stage screw
3. Simulasi: pengepresan dilakukan dengan bahan yang dihaluskan (tepung)
Pengepresan minyak dengan bahan berupa tepung biji dan tepung kernel
membutuhkan energi produksi per liter CJCO yang lebih sedikit, sehingga emisinya pun
0 1 2 3 4 5 6 7
Transportasi buah Transportasi biji
[image:35.595.149.518.421.638.2]22
lebih kecil. Tahapan yang dilalui sebenarnya lebih panjang, namun karena rendemen yang
dihasilkannya lebih tinggi maka nilai emisi dan dampak lingkungan per liter CJCO-nya lebih
kecil. Pengepresan tepung kernel memberikan emisi yang lebih kecil daripada pengepresan
tepung biji, karena rendemen minyaknya lebih tinggi. Akan tetapi, adanya proses tembahan,
yaitu decorticating, menyebabkan kebutuhan energi dan emisi yang dihasilkan keseluruhan prosesnya menjadi lebih tinggi. Contoh perbandingan besar dampak lingkungannya dapat
[image:36.595.145.521.200.423.2]dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Perbandingan nilai GWP100 dari transportasi buah dan transportasi biji
D.
Perbandingan Nilai Dampak Lingkungan dari Simulasi yang Dilakukan
1. Global Warming Potential 100 year-based (GWP100)
GWP100 sesuai satuannya (kg CO2) disebabkan sebagian besar oleh gas CO2.
Walaupun masih ada gas lain yang memiliki nilai ekuivalensi GWP yang besar, yaitu CH4
(25 kg CO2) dan N2O (298 kg CO2), namun CO2 tetap menjadi penyebab dampak global warming terbesar. Hal ini logis karena dalam pembakaran bahan bakar gas ini merupakan produk utama hasil reaksi hidrokarbon dengan oksigen. Perbandingan nilai GWP100 dari tiap
subproses dapat dilihat di Gambar 11.
2. Ozone Depletion Potential (ODP)
Proses yang dianalisis tidak menghasilkan nilai ODP. Hal ini dikarenakan tidak
adanya emisi proses berupa senyawa-senyawa perusak lapisan ozon seperti senyawa-senyawa
CFC, HCFC, Metil bromida, dan Metil klorida.
3. HumanToxicity
Human toxicity dalam simulasi proses produksi CJCO disebabkan oleh emisi NOx,
SO2 (SOx), dan Pb. Logam seperti Pb dihitung faktor emisinya dengan memperhitungkan 0
2 4 6 8 10 12 14 16
buah-single buah-grind biji buah-grind kernel
G
W
P
100
(k
g
C
O
2/
li
te
r
C
J
C
O
23
penyebaran melalui pernapasan dan mulut, sedangkan NOx dan SO2 (SOx) hanya
diperhitungkan penyebarannya melalui pernapasan (Huijbregts, et al. 2000a). Dalam analisis data yang dilakukan, emisi Pb berasal dari subproses transportasi dan subproses yang
menggunakan energi listrik. Emisi NOx dan SO2 (SOx) berasal dari setiap pemakaian sumber
energi di seluruh subproses. Perbandingan nilai human toxicity dari tiap subproses dapat dilihat di Gambar 12.
[image:37.595.103.529.163.765.2]Gambar 11. Perbandingan nilai GWP100 dari tiap simulasi proses
Gambar 12. Perbandingan nilai human toxicity dari tiap simulasi proses
0 2 4 6 8 10 12 14 16 G W P 100 (k g C O 2/ li te r C J C O ) 0.0E+00 5.0E-02 1.0E-01 1.5E-01 2.0E-01 2.5E-01 3.0E-01
buah-double buah-single buah-grind biji
buah-grind kernel
24
4. FreshwaterAquaticEcotoxicity
Satu-satunya emisi yang menjadi penyebab ecotoxicity dalam simulasi proses produksi CJCO adalah Pb. Sebenarnya secara umum masih ada banyak senyawa yang
menyebabkan ecotoxicity seperti senyawa-senyawa Cl, logam, dan senyawa-senyawa yang terdapat pada pestisida. Perbandingan nilai freshwater aquaticecotoxicity dari tiap subproses dapat dilihat di Gambar 13.
Gambar 13.
