KARYA TULIS
PROSES-PROSES DAN LINGKUNGAN YANG
MEMPENGARUHI KEBAKARAN BIOMASA
OLEH:
ACHMAD SIDDIK THOHA
NIP 132 259 563
DEPARTEMEN KEHUTANAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Allah Yang Maha Kuasa, atas kemudahan dari-Nya, karya Tulis dengan judul Proses-proses dan Lingkungan yang Mempengaruhi
Kebakaran Biomassa telah dapat diselesaikan. Penulis mengucapkan terima
kasih kepada Dr. Hidayat Pawitan yang telah mengarahkan penulis sehingga tulisan dapat diselesaikan.
Penulis menyadari, masih banyak keterbatasan yang dimiliki penulis baik berupa waktu, bahan literatur, penyajian dan teknik penulisan sehingga tulisan ini layak untuk mendapatkan koreksi dari berbagi pihak. Semoga tulisan sederhana ini bisa menyumbangkan sedikit pengetahuan khususnya wawasan fisika lingkungan bagi penulis sendiri dan pihak yang membutuhkan.
Medan, Januari 2008
DAFTAR ISI
Proses Terjadinya Kebakaran ... 2
Tahapan Proses Pembakaran... 3
Pre-ignition ... 3
Flaming Combustion ... 3
Smoldering ... 4
Glowing ... 4
Extinction... 4
PANAS DAN TRANSFER PANAS ... 5
TRANSFER PANAS : KONDUKSI, KONVEKSI DAN RADIASI... 6
CUACA KEBAKARN (FIRE WEATHER)... 7
Pengaruh Unsur-unsur Cuaca Terhadap Proses Pembakaran... 8
Radiasi Matahari ... 8
Suhu Udara ... 8
Kelembaban Udara ... 8
Angin ... 9
Presipitasi... 9
MANFAAT PROSES-PROSES PEMBAKARAAN DAN CUACA KEBAKARAN ... 11
Pencegahan Kebakaran ... 11
Prediksi Kejadian Kebakaran ... 11
Upaya Pemadaman... 11
Pembakaran Terkontrol (Controlled Burning)... 12
KESIMPULAN ... 13
PENDAHULUAN
Pembakaran biomassa telah menjadi metode yang sulit dilepaskan dari kehidupan manusia. Masyarakat tradisional telah sangat akrab dengan budaya memakai api dalam usaha bidang pertanian. Sementara era pembangunan tanaman telah membuat perusahaan juga terlibat dalam pemakaian api dalam skala areal yang sangat luas.
Aktivitas pembakaran biomassa seringkali tidak mencapai tujuan, baik efisiensi dalam menghemat dana dan waktu maupun efektifitas dalam mempercepat waktu dan bersihnya areal yang dibuka. Bahkan pembakaran biomassa justru berakibat pada kerugian yang besar pada pihak pembakar dan lingkungan. Pembakar mendapati api yang menjalar tak terkendali sehingga melalap areal di luar yang dikehendakinya. Di samping itu, dampak asap yang menyelubungi udara sekitar areal pembakaran mendapat protes dan tuntutan masyarakat sekitarnya.
Untuk tercapainya tujuan pembakaran dan terhindarnya dampak buruk yang besar terhadap lingkungan, perlu pemahaman aspek-aspek pembakaran. Pemahamanan ekologi api, proses yang terjadi dalam pembakaran dan cuaca kebakaran sangat diperlukan para pembakar bila ingin efektifitas, efesiensi dan dampak minimal dari aktivitas pembakaran ingin dicapai. Penguasaan aspek ekologi api dan proses-proses dalam pembakaran diperlukan dalam rangka memahami karakter bahan bakar dan sifat-sifat api. Adapun pemahaman cuaca kebakaran (fire wether) sangat penting dalam manajemen pembakaran terkendali (controlled burning).
EKOLOGI API
penyalaan bahan bakar yang sulit terbakar. Ketiga unsur itu yaitu bahan bakar, panas dan oksigen yang memungkinkan terjadiya api, disebut dengan segitiga api (fire triangel) dan api tersebut hanya dapat terjadi bila ketiga komponen berada pada saat yang bersamaan atau tidak akan terjadi api sama sekali.
Proses Terjadinya Kebakaran
Dasar dari proses terjadinya kebakaran adalah proses pembakaran secara kimia dan fisika. Energi yang tersimpan dalam biomassa dilepaskan pada saat bahan-bahan seperti daun, rumput dan kayu berkombinasi dengan oksigen membentuk karbondioksida (CO2), air dan sejumlah subtansi lain. Dengan kata
lain, reaksi ini merupakan reaksi kebalikan dari fotosintesis, dimana CO2, air dan
enegi matahari berkombinasi memproduksi suatu energi kimia simpanan dn oksigen, seperti yang tergambar di bawah ini :
Reaksi pembakaran
(C6H10O5)n + sumber penyulutan (panas) =======» CO2 + H2O + panas
Reaksi fotosintesis
CO2 + H2O + energi matahari =======» (C6H10O5)n + O2
Tahapan Proses Pembakaran
Adapun beberapa tahapan proses pembakaran dalam pembakaran biomassa adalah sebagai berikut :
Pre-ignition
Karena bahan bakar berdekatan dengan nyala api maka terpanaskan oleh radiasi dan konveksi hingga mencapai suhu > 100 o C, uap air dan bahan organik yang tidak mudah terbakar, dan zat ekstraktif yang mudah menguap tersuling di permukaan bahan bakar dan terbawa ke udara (Ryan dan McMahon, 1976). Radiasi dan konveksi dapat mentransfer panas yang dibutuhkan pyrolisis pada permukaaan bahan bakar, namun transfer panas bagian dalam bahan bakar dilakukan melalui konduksi. Oleh karena itu, konduksi adalah komponen utama dalam proses pembakaran terutama untuk bahan bakar yang lebih besar. Karena flux panas bahan bakar meningkatkan dekomposisi termal dari selulosa, hemiselulosa dan lignin menghasilkan senyawa-senyawa organik yang mudah terbakar. Bila senyawa tersebut tersuling dari bahan bakar berkayu, maka mereka dapat menyala pada suhu 300-600oC dalam udara yang relatif kaya oksigen yang terdapat di sekitar bahan bakar. Penyalaan ini menghasilkan fase flaming, kedua dari pembakaran.
Flaming Combustion
Reaksi exothermic pada fase ini dapat menaikkan suhu melonjak dari 300
- 800 o C (Ryan dan McMahon, 1976). Pyrolisis melaju dan mempercepat oksidasi dari gas-gas yang menonjol yang dapat terbakar (Debano et al, 1998). Gas-gas yang mudah terbakar dan uap air hasil dari pyrolisis naik ke atas bahan bakar, bercampur dengan O2 dan terbakar selama fase flaming. Panas yang
dihasilkan dari reaksi flaming ini mempercepat laju pyrolisis dan melepaskan jumlah gas-gas yang dapat terbakar lebih besar. Api meledak dan benar-benar bergerak mengikuti angin seperti massa dari pembakaran gas dalam fase ini. Volume gas yang mudah terbakar yang dilepaskan dari bahan bakar meningkat dengan menyolok sekali
Smoldering
Fase smoldering biasanya mengikuti flaming combustion (Debano et al,
1998). Berjalan lambat (< 3 cm/jam) pada kebakaran bahwa, pembakaran yang kurang penyalaan menjadi proses pembakaran dominan dalam fase ini. Perlu diketahui bahwa flaming combustion tidak akan terjadi secara keseluruhan dalam bahan bakar seperti duff dan tanah organik (gambut). Smoldering adalah fase
combustion permulaan dalam tipe bahan bakar ini. Terdapat dua zona yang
dengan berkembangnya hasil-hasil pembakaran dan 2) suatu zona arang dengan pelepasan hasil-hasil pembakaran yang tidak tampak.
Partikel hasil emisi selama fase smoldering lebih besar dari partikel pada fase flaming. Istilah emisi faktor digunakan untuk mengkuantifikasikan jumlah partikel atau produk gas-gas yang dilepaskan oleh suatu kebakaran. Ini adalah massa api melalui produk, dalam kg/Mg bahan bakar yang dikonsumsi yang dilepaskan ke dalam atmosfer. Peningkatan secara proporsional smoldering selama flaming combustion meningkatkan dua atau tiga kali jumlah emisi faktor (Debano et al, 1998).
Smoldering biasanya terjadi pada ”fuel bed´ dengan bahan bakar yang
tersusun dengan baik dan aliran oksigen terbatas seperti duff, kayu yang membusuk dan tanah organik (gambut). Permukan abu pada fuel bed dan pada bahan bakar berkayu dapat merangsang smoldering melalui pemisahan zona reaksi dari oksigen atmosfer.
Glowing
Fase glowing adalah bagian akhir dari proses smoldering. Namun, glowing adalah bukan smoldering. Bila suatu kebakaran mencapaai fase
glowing, sebagian besar dari gas-gas yang mudah menguap yang hilang dan
oksigen mengadakan kontak langsung dengan permukaan bahan bakar yang mengarang (Debano et al, 1998).
Extinction
Suatu kebakaran akhirnya terhenti (Debano et al, 1998) bila semua bahan bakar telah dikonsumsi, atau bila panas yang dihasilkan melalui oksidasi baik dalam fase smoldering maupun glowing tidak cukup untuk menguapkan uap air yang dibutuhkan yang berasal dari bahan bakar basah (kadar air tinggi). Panas yang diserap oleh bahan bakar yang lembab, udara yang mengelilinginya, atau material inoganik (seperti batu dan tanah mineral) mengurangi jumlah panas yaang tersedia dari pembakaran, mempercepat proses padamnya api.
PANAS DAN TRANSFER PANAS
dipergunakan pada suatu benda, aktivitas molekul bertambah dan suhu meningkat. Panas adalah energi dari gerakan molekul. Panas adalah salah satu elemen pada segitiga api, satu dari unsur-unsur yang esensial bagi api di alam untuk memulai dan meneruskan untuk terbakar.
Panas pra-penyalaan (heat of preignition) adalah total panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu sebuah unit massa bahan bakar untuk suhu penyalaan, biasanya terjadi pada suhu 320 o C.
Panas pembakaran (heat of combustion) adalah energi yang bertahan pada rantai reaksi pembakaran dan terkadang dikenal dengan nilai panas (heat
value) atau kandungan panas (heat content). Panas pembakaran adalah total
panas yang dilepaskan ketika sebuah unit jumlah bahan bakar telah dioksidasikan secara sempurna. Panas pembakaran dapat diukur untuk bahan bakar yang khusus, tetapi tidak bervariasi besar pada bahan bakar hutan. Nilai yang sering dipakai adalah 18.6320 KJ/kg.
Fluks panas (Heat flux), juga disebut dengan heat release rate atau
intensity, adalah jumlah panas yang dihasilkan per unit bahan bakar yang
TRANSFER PANAS : KONDUKSI, KONVEKSI DAN RADIASI
Pyne, Andrews dan Laven (1996) menjelaskan bahwa panas adalah energi yang berpindah sebagai hasil dari adanya perbedaan temperatur. Transfer panas adalah mekanisme dimana energi digerakkan dari satu sumber ke sumber lainnya. Transfer panas terjadi di saat terdapat perbedaan suhu pada sebuah medium atau diantara medium-medium. Pemahaman transfer panas adalah penting dalam mempelajari kebakaran. Keberadaan sumber panas belaka, tidak berarti dalam memulai terjadinya kebakaran. Panas harus ditransfer dengan beberapa cara ke bahan bakar. Jika api dengan kontunyu membakar dan berkembang, panas harus ditransfer ke bahan bakar yang belum terbakar di sekitar api. Cara api membakar dan beraksi lebih dekat berhubungan dengan perilaku dan tingkat transfer panas.
Konduksi adalah transfer panas oleh aktivitas molekul dari satu bagian substansi ke bagian lain atau di antara substansi yang berhubungan, tanpa pergerakan yang besar atau pemindahan substansi atau zat seluruhnya. Matahari memanaskan permukaan bumi dan panas ini dikonduksikan ke lapisan yang lebih dalam dari tanah dan air sepanjang hari dan kembali ke permukaan pada malam hari. Keragaman kemampuan tanah dan air untuk menyerap dan mengkonduksikan panas mempunyai efek yang besar secara lokal dan luas ada cuaca dan iklim.
Radiasi dan konveksi dapat memindahkan panas hanya pada permukaan bahan bakar. Cara dimana panas dapat masuk ke dalam material tak tembus cahaya adalah dengan konduksi. Oleh sebab itu, konduksi panas adalah berperan utama dalam proses pembakaran, khususnya bahan bakar yang lebih besar dan bahan bakar organik di bawah permukaan.
Konveksi adalah transfer panas oleh pergerakan gas atau cairan. Panas yang ditransfer dari tungku udara panas ke dalam ruangan rumah melalui konveksi. Udara panas cenderung bergerak secara vertikal ke atas jika tidak angin atau sebab kemiringan beberapa derajat gerakan menyamping. Konveksi berperan utama untuk pra pemanasan lapisan semak yang lebih tinggi dan ujung kanopi. Konveksi berperan sangat penting pada orang-orang yang bekerja dengan api di alam.
Radiasi adalah bentuk energi yang disebut dengan energi pancaran, terdapat gelombang elekromagnetik yang bergerak pada kecepatan cahaya. Secara esensial, semua benda di bumi memancarkan energi. Energi pancaran memancar keluar ke semua arah dari materi yang memancarkan sampai bertemu dengan sesuatu yang mampu menyerapnya. Contohnya, adalah pemanasan bumi oleh matahari atau jenis energi yang seseorang akan merasakannya bila duduk di depan ruangan yang terdapat perapian atau tungku.
CUACA KEBAKARAN (FIRE WEATHER)
Menurut Fuller (1991), karena cuaca sangat mempengaruhi bagaimana, dimana dan kapan kebakaran hutan dapat terjadi, pengendali kebakaran menyebutnya sebagai cuaca kebakaran (fire weather) yaitu sifat-sifat cuaca yang mempengaruhi terjadinya kebakaran. Misalnya cuaca panas yang kering disertai dengan angin kencang, badai dan petir akan menyebabkan kebakaran.
Faktor-faktor cuaca seperti suhu, kelembaban, stabilitas udara serta kecepatan dan arah angin secara langsung mempengaruhi terjadinya kebakaran. Faktor-faktor lain sepserti jangka musim kemarau yang lama berpengaruh pada pengeringan bahan bakar, sehingga secara tidak langsung dalam jangka pendek maupun jangka panjang akan mempengaruhi terjadinya kebakaran hutan.
variabilitas kecepatan angin dan arah ngin serta pengaruh-pengaruh dari topografi, vegetasi dan pemanasan dan pendinginan lokal (Pyne, Andrews dan Laven, 1996).
Pengaruh Unsur-unsur Cuaca terhadap Proses Pembakaran
Radiasi Matahari
Waktu mempengaruhi kebakaran yaitu melalui proses pemanasan bahan bakar yang dipengaruhi oleh radiasi matahari yang berfluktuasi dalam sehari semalam. Suhu maksimum dicapai pada tengah hari sedangkan suhu maksimum tercapai pada saat menjelang matahari terbenam dan dini hari (Schroeder dan Buck, 1970).
Suhu Udara
Suhu suaru zat adalah fungsi dari energi kinetik gerakan molekul-molekul, yang diukur dengan derajat. Meskipun temperatur api adalah ciri yang tampak, nilai temperatur sendiri nilainya kecil untuk karakteristik api. Nilai yang lebih tepat adalah kuantifikasi hubungan waktu-suhu atau flux panas (heat flux) (Pyne, Andrews dan Laven).
Menurut Young dan Giesse (1991), suhu uadara merupakan faktor cuaca penting yang menyebabkan kebakaran. Suhu udara secara konstan merupakan faktor yang berpengaruh pada suhu bahan bakar dan kemudahan bahan bakar untuk terbakar.
Menurut Saharjo (1997), pada pagi dengan suhu cukup rendah sekitar 20
o
C ditambah dengan rendahnya kecepatan angin membuat api tidak berkembang sehingga terkonsentrasi pada satu titik. Sementara siang hari dengan suhu 30 – 35 oC, sedangkan kadar air bahan bakar cukup rendah (<30%) membuat proses pembakaran berlangsung cepat dan bentuk kebakarannya pun tidak satu titik, tetapi berubah-rubah karena pengaruh angin.
Kelembaban Udara
kandungan air di udara lebih kecil dari penguapan yang terjadi, dan kondisi ini disebut udara tak jenuh. Para ahli meteorologi menggambarkan kelembaban udara sebagai Relative Humidity (Kelembaban Relatif) yang didefinisikan sebagai rasio antara kandungan air dalam udara pada suhu tertentu dengan kandungan air maksimum yang dapat dikandung uadara pada suhu dan tekanan yang sama (Fuller, 1991).
Menuru Saharjo (1997), kelembaban relatif yang tinggi pada pagi hari, yaitu sekitar 90 – 95 % ditambah dengan rendahnya kecepatan angin membuat api tidak berkembang sehingga terkonsentrasi pada satu titik. Sementara pada siang hari dengan kelembaban relatif 70 – 80 % dan kadar air bahan bakar cukup rendah (< 30%) membuat proses pembakaran berlangsung cepat dan bentuk kebakarannya pun tidak satu titik, tetapi berubah-ubah karena pengaruh angin.
Angin
Menurut Chandler et. Al. (1983), angin merupakan salah satu faktor penting dari faktor-faktor cuaca yang mempengaruhi kebakaran hutan. Angin bisa mempengaruhi kebakaran melalui beberapa cara. Angin membantu pengeringan bahan bakar yaitu sebagai pembawa air yang sudah diuapkan dari bahan bakar. Angin juga mendorong dan meningkatkan pembakaran dengan mensuplai udara secara terus-menerus dan peningkatan penjalaran melalui kemiringan nyala api yang terus merembet pada bagian bahan bakar yang belum terbakar.
Lebih lanjut Deeming (1995) mengemukakan bahwa tiupan angin akan memperbesar kemungkinan membesarnya nyala api dari sumbernya (korek api, obor, kilat dan sebagainya). Sekali nyala api terjadi, maka kecepatan pembakaran, lama penjalaran dan kecepatan perkembangan api akan meningkat dengan makin besarnya tiupan angin.
Gambar 4. memperlihatkan penjalaran api akibat pengaruh angin (Pyne et. al. 1996).
Presipitasi
bahan bakar mati dan hilangnya uap air yang penting untuk fungsi-fungsi fisiolagi dari tanaman hidup. Kondisi kerasnya kebakaran tidak dengan mudah dapat dihilangkan. Bahan bakar kering secara ekstrim mungkin akan mengalami pembasahan oleh hujan pada pagi hari, tetapi mungkin mengering secara cepat dan menjadi mudah terbakar kembali pada siang hari (Schroeder dan Buck, 1970).
MANFAAT PROSES-PROSES PEMBAKARAN DAN CUACA KEBAKARAN
Setelah mengetahui ekologi api, proses-proses fisik yang terjadi selama pembakaran dan cuaca pembakaran, maka beberapa manfaat yang dapat diterapkan dari pengetahuan tersebut antara lain :
Pencegahan Kebakaran
Pencegahan dapat dilakukan dengan mengelola tiga unsur dari segitiga api yaitu meniadakan salah satu unsur atau mengendalikan agar api tidak terjadi. Pencegahan juga bisa dilakukan dengan mendinginkan atau meningkatkan kadar air bahan bakar sehingga diperlukan energi dan transfer panas yang sangat besar untuk munculnya api sehingga kebakaran dapat dicegah.
Prediksi Kejadian Kebakaran
Aplikasi ini dapat dilakukan dengan mengolah data cuaca sehingga diperoleh sebuah nilai tingkat bahaya kebakaran yang dinyatakan dalam nilai tertentu atau indeks. Menurut Suratmo (1985), penilaian bahaya kebakaran hutan (fire danger rating) adalah sistem manajemn kebakaran yang disesuaikan atau diintegrasikan dengan pengaruh atau akibat faktor-faktor bahaya kebakaran yang dinyatakan dalam satu nilai kualitatif atau nilai indeks untuk keperluan cara perlindungan.
Menurut Deeming (1995) tujuan penilaian bahaya kebakaran adalah untuk menyediakan informasi mengenai daya nyala vegetasi pada daerah yang rawan untuk mendukung upaya kegiatan pencegahan dan deteksi kebakaran, kesiap-siagaan tenaga pemadam kebakaran dan tindakan yang perlu segera diambil apabila ada laporan kebakaran.
Upaya Pemadaman
Pembakaran Terkentrol (Controlled Burning)
KESIMPULAN
Proses-proses dan lingkungan yang mempengaruhi kebakaran tidak hanya mencakup apa yang telah dijelaskan pada bab-bab sebelumnya. Masih banyak aspek yang perlu diketahui dan dikaji lebih mendalam agar pemahaman tentang api dan kebakaran bisa lebih sempurna.
DAFTAR PUSTAKA
Countryman, C.M. 1975. The Nature Heat. Heat-Its Role in Wildland Fire Part-1. Unnumbered Publication. USDA For.Serv. Pacific Southwest Forestry and Range Experiment Station, California.
Debano, L.F.D.G. Neary dan P.F. Ffolliot. 1998. Fire’s Effect on Ecosystems. John Wiley and Sons, Inc. New York.
Deeming, J.E. 1995. Pengembangan Sistem Penilaian Bahaya Kebakaran Hutan di Propinsi Kalimatan Timur Indonesia. Laporan Akhir. Proyek Kerjasama Deutsche Gesselschaft Fuer Technische Zumammarbeit (GTZ) dengan Departemen Kehutanan RI. Samarinda.
Fuller, M. 1991. Forest Fire: An Introduction to Wildland Behavior, Management, Firefighting and Prevention. John Wiley and Sons Inc. Toronto. Canada. Pyne, S.J., P.L. Andrews dan R.D. Laven. 1996. Introduction to Wildland Fire.
John Wiley and Sons Inc. New York.
Ryan, P.W. dn C.K. McMahon. 1976. Some Chemical and Physical Characteristics of Emissions from Forest Fires. In : Proceeding of The 69th Annual Meeting of The Air Pollution Control Association, Portland. Oregon.Paper Number 76-2.3.
Schroeder, M.J. dan C.C. Buck. Fire Weather. A Guide for Application of Meteorological Information to Fire Control Operations. U.S. Department of Agricultural Forest Service. Agricultural Handbook 360. Washington. Suratmo, F.G. 1985. Ilmu Perlindungan Hutan. Bagian Perlindungan Hutan.
Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor. Bogor.
