6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Biomassa
Energi biomassa merupakan sumber energi yang berasal dari bahan biologis atau organik yang telah baru saja mati atau pun masih hidup. Biomassa dapat berupa tumbuhan, atau hewan, atau residu yang dihasilkan oleh tumbuhan atau hewan. Biomassa adalah salah satu energi baru terbarukan, karena dapat diperbarui, misalnya, pada biomassa yang berasal dari tumbuhan, kita dapat menanam tanaman secara terus-menerus yang menghasilkan energi, dan pemanfatan biomassa pun dapat disesuaikan dengan potensibiomassa yang ada disuatu wilayah. Penggunaan Biomassa pun bermacam-macam, ada yang menjadi bahan campuran suatu sumber energi ada pula yang secara murni menjadi sumber energi. Contoh jenis dan penggunaanya yaitu: sebagai Bio Fuel (seperti biodiesel, bioethanol, bio avtur, dll), biobriket, biogas, sebagai sumber bahan bakar, bahkan sebagai sumber energi pembangkit listrik. Menurut LIPI Potensi biomassa yang ada di Indonesia sbesar 50 GW, namun yang baru dimanfaatkan saat ini adalah 5 persen (1).
Sumber biomassa pun beragam seperti: tanaman jagung, singkong, kentang, ubi, sekam padi, kelapa sawit, jarak, kayu, kotoran hewan, serta limbah atau residu. Namun penggunaan biomassa juga harus memperhatikan dengan pemenuhan kebutuhan bahan nabati untuk konsumsi mahluk hidup, jangan sampai terjadi krisis pangan akibat pemanfaatan tanaman yang sepenuhnya untuk sumber biomassa, namun hal tersebut dapat dicegah dengan pengelolan yang baik antara pemanfaatan tanaman sebagai sumber makanan dan sumber energi biomassa. Pemanfaatan biomassa bisa dengan menggunakan limbah padat perkotaan atau sampah. Bahan-bahan tersebut dikoversikan menjadi energi listrik, bahan-bahan tersebut berupa bahan biogenik seperti kardus, kertas, sisa makanan, rerumputan, daun, ranting dan lain sebagainya. Hal ini juga dapat menjadi solusi pemecahan masalah sampah di perkotaan.
7
Tanaman tebu, jagung, singkong, gandum dapat menjadi ethanol, yang dapat menjadi campuran penyusun bahan penyusun biodiesel, bioavtur, bio fuel.Tentunya dengan perbandingan yang telah ditentukan dengan spesifikasi setiap produk.Tanaman - tanaman tersebut juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar yakni dari ampas, daun, maupun batangnya.namun tidak digunakan secara optimal di masyarakat. Biomassa tersebut juga dapat diolah menjadi bioarang, yang merupakan bahan bakar dengan tingkat nilai kalor yang cukup tinggi dan dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Biomassa sangat mudah ditemukan dari aktivitas pertanian, peternakan, kehutanan, perkebunan, perikanan, dan limbah-limbah lainnya.Di Indonesia terdapat wilayah penghasil energi biomassa dengan potensi besar, yaitu Riau. Riau memiliki potensi biomassa untuk pembangkit listrik dengan cara memanfaatkan limbah sawit dari perkebunan kelapa sawit. Potensi pembangkit listrik bersumber energi biomassa di Riau adalah sebesar 146 MW. Energi biomassa tersebut berasal dari pemanfaatan limbah sawit, tandang kosong, limbah cair, dan cangkangnya, jumlah potensi tersebut adalah kalkulasi kemampuan masing-masing pabrikkelapa sawit yang berada di Riau, dengan potensi menghasilkan 1 MW.
2.2 Tandan Kosong Kelapa Sawit
TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit) adalah limbah pabrik kelapa sawit yang jumlahnya sangat melimpah. Setiap pengolahan 1 ton TBS (Tandan Buah Segar) akan dihasilkan TKKS sebanyak 22 – 23% TKKS atau sebanyak 220 – 230 kg TKKS. Apabila dalam sebuah pabrik dengan kapasitas pengolahan 100 ton/jam dengan waktu operasi selama 1 jam, maka akan dihasilkan sebanyak 23 ton (Yunindanova, 2009). Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) biasanya hanya dimanfaatkan sebagai mulsa atau kompos untuk tanaman kelapa sawit .Pemanfaatan dengan cara tersebut hanya menghasilkan nilai tambah yang terendah di dalam rangkaian proses pemanfaatannya. TKKS saat ini hanya digunakan sebagai bahan bakar ketel pabrik minyak kelapa sawit, kompos, dan pupuk kalium. Namun pemanfaatan tersebut
8
belum memberikan nilai tambah yang optimal.TKKS juga merupakan limbah biomassa yang potensial sebagai sumber energi terbarukan. TKKS dapat digunakan sebagai bahan bakar generator listrik. Sebuah PKS dengan kapasitas pengolahan 200.000 ton TBS/tahun akan menghasilkan sebanyak 44.000 ton TKKS (kadar air 65%)/tahun. Nilai kalor (heating value) TKKS kering adalah 18.8 MJ/kg, dengan efisiensi konversi energi sebesar 25%, dari energi tersebut ekuivalen dengan 2.3 MWe (megawatt-electric). TKKS dapat juga dimanfaatkan untuk menghasilkan biogas walaupun proses pengolahannya lebih sulit daripada biogas dari limbah cair.
Di samping itu, pemanfaatan limbah padat kelapa sawit yang paling sederhana untuk Indonesia adalah menjadikannya briket arang. Hal ini dapat dilakukan dengan memperbaiki sifat tersebut dengan cara pemadatan melalui pembriketan, pengeringan dan pengarangan. Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) telah merancang bangun paket teknologi untuk produksi briket arang dari limbah sawit, baik tandan kosong maupun cangkang sawit.arang merupakan suatu pilihan yang sangat realistis dan prospektif.
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebagai bahan organik memiliki suatu karakteristik dasar berupa sifat fisika dan kimia. Sifat fisika dan kimia dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut:
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tandan Kosong
Sumber :Eka,2000
Komponen Kimia Komposisi (%)
Lignin Pentosa ɑ-selulosa Holoselulosa Abu Pektin Kelarutan dalam: - 1% NaOh - Air dingin - Air Panas - Alkohol-Benzene 22,60 25,90 45,80 71,88 1,6 12,85 - 19,50 - 13,89 - 2,50 - 4,20
9
2.3 Enceng Gondok (Eichhornia Crassipes)
Enceng gondok merupakan tanaman air yang hidup bebas dipermukaan air, dapat berkembang dengan cepat dan dapat tumbuh sepanjang tahun. Enceng gondok memiliki tinggi 0,4-0,8 m, batangnya berbuka pendek mempunyai diameter 1-2,5 cm dan memiliki panjang batang mencapai 1,5 cm dengan bentuk lentur agak bulat, berwarna hijau terang dan berkilau jika berada dibawah sinar matahari. Kelopak dari bunganya berwana ungu muda. Setiap bunga memiliki kepala putik yang dapat menghasilkan 500 bakal biji setiap tangkai (Sumarjono,2009).
Kecepatan dari pertumbuhan enceng gondok tergantuk dari berbagai faktor lingkungannya seperti kandungan hara perairan, kedalaman air, salinitas, PH, dan intensitas cahaya.Suhu air yang paling cocok untuk pertumbuhan enceng gondok mencapai 28-30°C dan pH7.
Gambar 2.1 Enceng Gondok (Eichhornia Crassipes)
2.3.1 Klarifikasi Enceng Gondok (Eichhornia crassipes)
Klasifikasi Eceng Gondok (Eichhornia Crassipes) (Cronquist,1981), sebagai berikut.
Devisio :Magnoliophyta Classis : Liliopsida Sub class :Lilidae Ordo :Liliales
Familia : Pontederiaceae Genus : Eichhornia
10
Tabel 2.2 Kandungan Kimia Eceng Gondok
Komponen Kimia Nilai (%)
Selulosa Hemiselulosa Lignin 60 8 17 Sumber : Ahmed, 2012
2.3.2 Kandungan Nutrisi Eceng Gondok (Eichhornia Crassipes) Hasil analisis proksimal eceng gondok segar mengandung kadar
air, abu, protein, lemak kasar, serat kasar, dan BENT masing-masing sebesar 94,09%; 1,41%; 0,71%; 2,19% dan 1,25% (Marlina & Askar, 2001). Eceng gondok mempunyai kemampuan berkembangbiak dengan cepat dan enceng gondok mempunyai kemampuan menyerap unsur hara, senyawa organik, dan unsure kimia lain dari air limbah dalam jumlah yang besar.
2.4 Briket
Briket adalah bahan bakar alternatif yang menyerupai arang tetapi terbuat/tersusun dari bahan non kayu. Briket dibuat dengan proses pirolisis (pembakaran anaerobik). Banyak bahan-bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan briket, salah satunya contohnya yaitu kombinas dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dan Eceng Gondok (EG). Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat briket akan melalui proses pembakaran tidak sempurna sehingga tidak sampai menjadi abu. Pada pemanasan ini prosesnya dilakukan pada tempat yang vakum Selanjutnya arang tandan kosong kosong kelapa sawit dan eceng gondok tersebut dicampur dengan perekat, dipadatkan dan dikeringkan kemudian disebut sebagai briket. Briket biasanya digunakan untuk memasak dan untuk melakukan proses pembakaran. Briket juga bisa digunakan untuk membuat pembangkit listrik tenaga uap. Karena pada dasarnya briket juga dapat
11
digunakan sebagai pengganti batubara. Kandungan dalam briket adalah karbon, abu dan komponen volatile. Dalam proses pembakaran briket yang baik adalah briket yang dapat menghasilkan kalor yang besar. Faktor – faktor yang mempengaruhi besar dan kecilnya kalor adalah kandungan karbonnya. dan kualitas briket yang baik adalah yang memiliki kandungan abu yang sedikit. semakin sedikit kandungan abunya maka akan semakin baik dan standarnya dalam briket adalah minimal komposisi abunya adalah 8%.
Untuk melakukan proses pembuatan briket pertama harus menentukan bahan baku pembuatan briket. Pada kesempatan ini peneliti berupaya membuat briket dengan kombinasi Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan Eceng Gondok . Untuk mengetahui kualitas yang baik pada briket yang dihasilkan dapat dilihat hasil pengujian kimia.. Keuntungannya menggunakan TKKS dan Eceng Gondok sebagai bahan baku pembuatan briket adalah mudah didapat, lalu dapat mengurangi pencemaran lingkungan perairan sehingga lingkungan perairan tidak tercemari.
Tujuan dari pembriketan adalah untuk menaikkan densitas energi biomassa, memudahkan dalam penyimpanan, pengangkutan, lebih padat, dan praktis.Briket dapat digunakan sebagai alternatif energi menggantikan minyak untuk memasak.
2.5 Parameter Mutu
Mutu arang yang baik menurut Hendra (1999) adalah mempunyai sifat antara lain warna hitam dengan nyala kebiruan, pencahannya mengkilap, berdenting seperti logam, tidak mengotori tangan, dapat menyala terus tanpa dikipasi, lama habis terbakar dan tidak memercik serta tidak berasap. Menurut Balitbang Kehutanan (1994) menyatakan bahwa sebelum terdapat standar kualitas briket arang buatan jepang, briket arang komersial dan inggris.
12
Tabel 2.3 Hasil analisis briket arang buatan, Jepang, Inggris dan briket arang komersial, dan SNI 1-6235-2000
Sifat Briket Arang Briket Arang
Komersial Jepang Inggris SNI
Kadar air (%) Kadar abu (%) Kadar zatt menguap (%)
Kadar karbon (%) Kuat tekan (kg/cm2)
Nilai kalor (kal/g)
7,57 5,51 16,14 78,35 0,46 6814,11 6-8 3-6 15-30 60-80 60-65 6000-7000 3,6 5,9 16,4 75,3 12,7 7289 Maks 8 Maks 8 15 Min 77 - Min 5000 Sumber : Pari et al. (1990)
2.5.1 Nilai Kalor Bahan Bakar (Heating Value)
Koesoemadinata (1980), menyatakan nilai kalor bahan bakar adalah jumlah panas yang dihasilkan atau ditimbulkan oleh suatu gram bahan bakar tersebut dengan meningkatkan temperatur 1gr air dari 3,5° C-4,5°C, dengan satuan kalori. Dengan kata lain nilai kalor adalah besarnya panas yang diperoleh dari pembakaran suatu jumlah tertentu bahan bakar. Semakin tinggi berat jenis bahan bakar, maka semakin tinggi nilai kalor yang diperolehnya. Suatu bentuk energi yang menyebabkan materi mempunyai suhu disebut kalor. Kalor juga dapat menyebabkan perubahan wujud.
Apabila suatu zat menyerap kalor, maka suhu zat itu akan naik sampai tingkat tertentu hingga zat itu akan mencair atau akan menguap. Sebaliknya jika kalor dilepaskan dari suatu zat, maka zat itu akan turun hingga tingkat tertentu hingga zat itu akan mengembun (jika zat gas) atau membeku (jika zat cair). Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1°Cdisebut kalor jenis. Sebagai contoh, kalor jenis air 4,18J/g°C ini berarti untuk menaikkan suhu 1gr air sebesar 1°C diperlukan 4,18 J. Jumlah kalor yang di perlukan oleh suatu zat atau suatu sistem untuk menaikkan suhu 1°C disebut kapasitas kalor (C). untuk menentukan jumlah kalor reaksi
13
dapat digunakan alat ukur calorimeter. Alat ini digunakan untuk mengukur ΔH reaksi.
2.5.2 Kadar Air (Moisturei)
Kadar air briket adalah perbandingan air yang terkandung dalam briket dengan berat kering briket tersebut setelah dikeringkan. Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini antara lain oven, cawan kedap udara, timbangan dan desikator .
Hendra dan Darmawan (2000), menyatakan bahwa kadar air briket sangat mempengaruhi nilai kalor atau nilai panas yang dihasilkan. Tingginya kadar air akan menyebabkan penurunan nilai kalor. Hal ini disebabkan karena panas yang tersimpan dalam briket terlebih dahulu digunakan untuk mengeluarkan air yang ada sebelum kemudian mnghasilkan panas yang dapat dipergunakan sebagai panaspembakaran.
2.5.3 Kadar Abu ( Ash)
Kadar abu merupakan campuran dari komponen anorganik atau mineral yang terdapat pada suatu bahan pangan. Bahan pangan terdiri dari 96% bahan anorganik dan air, sedangkan sisanya merupakan unsur-unsur mineral. Unsur juga dikenal sebagai zat organik atau kadar abu. Kadar abu tersebut dapat menunjukan total mineral dalam suatu bahan pangan.
Bahan-bahan organik dalam proses pembakaran akan terbakar tetapi komponen anorganiknya tidak, karena itulah disebut sebagai kadar abu. Produk perikanan memiliki kadar abu yang berbeda-beda. Standar mutu ikan segar berdasar (SNI 01-2354.1-2006), ialah memiliki kadar abu kurang dari 2%. Produk olahan hasil diversifikasi dari jelly fish product (kamaboko) yang tidak diolah menjadi surimi dahulu memiliki standar kadar abu antara 0,44 – 0,69% (menurut SNI 01-2693-1992).
14
2.5.4 Kerapatan (Density)
Sudrajad (1983), mengatakan densitas kayu sangat mempengaruhi kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbin terikat dan nilai kalor briket yang dihasilkan. Selanjutnya disebutkan briket yang berkerapatan tinggi menunjukkan nilai kerapatan, keteguhan tekan, kadar abu, kadar karbon terikat, dan nilai kalor yang lebih tinggi dibandingkan briket yang berkerapatan rendah.
Komariyati dkk (1995) mengatakan bahwa dengan bertambahnya bahan perekat maka ikatan antar partikel akan semakin kuat, kerapatan antar material juga semakin besar dan ruang pori lebih sedikit. kerapatan yang tinggi menunjukan kekompakan partikel arang yang dihasilkan.
2.5.5 Daya Tekan Briket
Kualitas briket juga ditentukan dari analisis fisik briket, salah satunyayaitu kuat tekan yang diberikan pada permukaan briket. Rata – rata uji kuat tekan briket TKKS sebesar 0,26 – 5,36 Kg/cm2 dan briket Eceng Gondok sebesar 13,05Kg/cm2. Kuat tekan merupakan sifat fisik briket yang berhubungan dengan kekuatan briket untuk menahan perubahan bentuk (Sinurat, 2011).
Faktor – faktor yang memperngaruhi kekuatan tekan briket diantaranya adalah gaya dan luas permukaan tekan (Dogra, 1987). Kekompakan suatu bahan dalam briket akan mempengaruhi kekuatan briket dan tidak mudah rapuh terhadap gesekan .
2.5.6 Laju Pembakaran Briket
Briket dialiri udara dengan kecepatan konstan yaitu 0,3 m/det pada temperature lingkungan rata – rata 35 °C dan suhu tungku rata – rata 500 °C. Durasi waktu pembakaran briket pada kompor briket tergantung pada massa briket. Semakin besar massa briket, semakin lama waktu pembakarannya.
15
Pada briket Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) bahwa penurunan massa pembakaran terjadi paling cepat pada briket yang memiliki campuran perekat 80% sedangkan penurunan massa paling lambat terjadi pada briket dengan campuran perekat 60%. Nilai kalor yang tinggi pada briket TKKS dengan 60% perekat akan mempercepat proses pembakaran, akan tetapi kadar abu yang tinggi akan mempersulit proses penyalaan awak didukung dengan rendahnya nilai volatile matter yang akan membuat briket sulit terbakar dan menyala.
