PENGARUH SUHU PIROLISIS TERHADAP
PRODUKSI
BIO-CHAR
DARI PIROLISIS TANDAN
KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
SKRIPSI
Oleh
PAULUS ROB SUGANDI
100405066
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGARUH SUHU PIROLISIS TERHADAP
PRODUKSI
BIO-CHAR
DARI PIROLISIS TANDAN
KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
SKRIPSI
Oleh
PAULUS ROB SUGANDI
100405066
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DESEMBER 2016
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan
ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Produksi
Bio-char dari Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)”, berdasarkan hasil
penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk
mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Selama melakukan penelitian sampai
penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari banyak pihak, untuk
itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya
kepada :
1. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT., selaku Dosen Pembimbing yang telah
bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan
bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.
2. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si., selaku Dosen Penguji dan Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam
penulisan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT., selaku Dosen Penguji yang
telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan
skripsi ini.
4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT., selaku koordinator skripsi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Desember 2016
Penulis
v
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada pihak-pihak yang telah
memberikan dukungan doa dan moril, antara lain :
1. Kedua orang tua penulis, A. Sitohang dan T. Manik, yang memberikan doa
dan dukungan selama studi sarjana, dan penyelesaian penelitian dan penulisan
skripsi ini.
2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT., yang telah memberikan bimbingan dan
arahan dalam penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si., yang telah memberikan bimbingan dan
arahan dalam penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi ini.
4. Kaka, abang dan adik penulis, Elfrida Sitohang, Iro Ganda Sitohang, Desmon
Siboro dan David Sitohang yang memberi dukungan dalam penyelesaian
penelitian dan penulisan skripsi.
5. Teman-teman Teknik Kimia USU 2010, terutama kepada Rio Aruan, Bill
Clinton S., Toni Pahri, Torasman, dan Westryan, yang memberi dukungan
dalam penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi.
6. Para Staff LPPM USU Unit Biogas, terutama kepada Abang Zuliadi, Abang
Eka Adiputra, dan Abang Dedi Anwar, yang memberi dukungan dalam
penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Paulus Rob Sugandi
NIM : 100405066
Tempat/tgl lahir : Bekasi, 18 Maret 1992
Nama Orang Tua : A.Sitohang
Alamat Orang Tua : Jalan Lumbu Timur 1F No 157 Rawa Lumbu, Bekasi, Jawa Barat
Asal Sekolah
SD Katolik Santa Lusia Bekasi tahun 1998 – 2004
SMP Negeri 16 Bekasi tahun 2004 – 2007
SMA Negeri 13 Jakarta tahun 2007 – 2010
Beasiswa yang pernah diperoleh :
1. Beasiswa Bantuan Mahasiswa Tahun 2011 - 2013
Pengalaman Organisasi/kerja :
ii
ABSTRAK
Bio-char adalah produk padatan dari pirolisis biomassa yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Penelitian ini bertujuan untuk konversi tandan kosong kelapa sawit (TKKS) menjadi bio-char melalui pirolisis. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan karakteristik bio-char dengan pengaruh suhu pirolisis. Metodologi penelitian meliputi pencacahan TKKS, penggilingan TKKS, peletisasi, pirolisis, dan pengujian bio-char. Variabel tetap adalah massa pelet (25 gram) dan waktu (30 menit), variabel berubah adalah suhu pirolisis, yaitu : 250, 275, 300, 325, 350, 375 dan 400 oC. Pengujian yang dilakukan terhadap bio-char adalah analisa yield, moisture content, volatile matter content, kadar abu, fixed carbon, bulk density dan nilai kalor. Hasil yield bio-char semakin menurun dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana yield tertinggi adalah 47,315 % dan terendah adalah 35,596 %. Hasil moisture content semakinmenurun dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana moisture content tertinggi adalah 5,280 % dan terendah adalah 2,0781 %. Hasil volatile matter content semakin menurun dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana volatile matter contenttertinggi adalah 45,344 % dan terendah adalah 32,933 %. Hasil kadar abu berbanding lurus dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana kadar abu tertinggi adalah 19,498 % dan terendah adalah 15,712 %. Hasil fixed carbon berbanding lurus dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana fixed carbon tertinggi adalah 48,088 % dan terendah adalah 33,663 %. Hasil bulk density semakin menurun dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana bulk density tertinggi adalah 0,786 gr/cm3 dan terendah adalah 0,664 gr/cm3. Hasil nilai kalor berbanding lurus dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana nilai kalor tertinggi adalah 23.701 J/gr dan terendah adalah 19.977 J/gr.
Kata kunci: biomassa, TKKS, pelet, pirolisis, bio-char
ABSTRACT
Bio-char is solid product formed by biomass pyrolysis and it can be used as a fuel.. This studies aims to convert Empty Fruit Bunch (EFB) into bio-char through pyrolysis. As for the spesific purpose of this study is to obtain characteristic data with the influence of pyrolysis temperature. The research methodology includes, EFB shredding, EFB grinding, peletization, pyrolysis, and bio-char testing. Fixed variables are pellet mass (25 grams) and time (30 minute), changed variable is pyrolysis temperature (250, 275, 300, 325, 350, 375 and 400 oC). Tests conducted on bio-char are yield, moisture content, volatile matter content, ash content, fixed carbon, bulk density and caloric value analysis. Bio-char yield is decreased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest yield was 47.315 % and the lowest was 35.596 %. Bio-char moisture content is decreased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest moisture content was 5.280 % and the lowest was 2.0781 %. Bio-char volatile matter content is decreased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest volatile matter content was 45.344 % and the lowest was 32.933 %. Bio-char ash content is increased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest ash content was 19.498 % and the lowest was 15.712 %. Bio-char fixed carbon is increased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest fixed carbon was 48.088 % and the lowest was 33.663 %. Bio-char bulk density is decreased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest bulk density was 0.786 gr/cm3 and the lowest was 0.664 gr/cm3.
Bio-char heating value is increased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest heating value was 23,701 J/gr and the lowest was 19,977 J/gr.
ix
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii
PENGESAHAN iii
PRAKATA iv
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6
2.6.3 Gas 17
2.7 PELETISASI 17
2.8 PENGGUNAAN TKKS SEBAGAI BAHAN BAKU PROSES
PIROLISIS 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 26
3.1 LOKASI PENELITIAN 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 45
xi
4.4 PERBANDINGAN KARAKTERISASI BIO-CHAR 62
4.5 PERBANDINGAN NILAI KALOR BIO-CHAR 63
4.5.1 Perbandingan Nilai Kalor Bio-Char dengan Hasil Penelitian
Terdahulu
63
4.5.2 Perbandingan Nilai Kalor Bio-Char dengan Bahan Bakar Fosil 64
4.6 PERBANDINGAN ENERGI PRODUK BIO-CHAR DENGAN DAYA
PRODUKSI BIO-CHAR 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 65
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) 10
Gambar 2.2 Presentasi Produk Limbah Sawit Terhadap Tandan Buah
Segar (Basis Kering)
10
Gambar 2.3 Baled Straw 13
Gambar 2.4 Pelet Kayu 14
Gambar 2.5 Skema Alat Percobaan Pirolisis 16
Gambar 2.6 Skema Unit Reaktor Pirolisis Kontinu 23
Gambar 3.1 Flowchart Peletisasi Bahan Baku TKKS 32
Gambar 3.2 Flowchart Pirolisis Pelet TKKS 33
Gambar 3.3 Flowchart Analisa Moisture ContentBio-char 34
Gambar 3.4 Flowchart Analisa Volatile Matter ContentBio-char 35
Gambar 3.5 Flowchart Analisa Kadar Abu Bio-char 36
Gambar 3.6 Flowchart Analisa Fixed CarbonBio-char 37
Gambar 3.7 Flowchart Analisa Bulk Denisty Bio-char 38
Gambar 3.8 Flowchart Analisa Nilai Bakar Bio-char 39
Gambar 4.1 Alat Pencetak Pelet Tampak Depan 45
Gambar 4.2 Alat Pencetak Pelet Tampak Samping 47
Gambar 4.3 Alat Pencetak Pelet Tampak Belakang 47
Gambar 4.4 Desain Lengkap Unit Reaktor Pirolisis 51
Gambar 4.5 Proses Pencacahan dan Penggilingan TKKS 52
Gambar 4.6 Proses Peletisasi TKKS 54
Gambar 4.7 Proses Pirolisis Pelet TKKS 54
Gambar 4.8 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap yield bio-char
pada waktu pirolisis 30 menit 56
Gambar 4.9 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap moisture content
bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 57
Gambar 4.10 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap volatile matter
bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 58
Gambar 4.11 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap kadar abu
daripada bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 59
Gambar 4.12 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap fixed carbon
daripada bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 60
Gambar 4.13 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap bulk density
daripada bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 61
Gambar 4.14 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap nilai kalor
daripada bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 62
Gambar L3.1 Proses Pencacahan dan Penggilingan TKKS 81
Gambar L3.2 Alat Peletisasi TKKS 82
Gambar L3.3 Unit Reaktor Pirolisis 86
Gambar L3.4 Alat kalorimeter Bom 87
Gambar L4.1 Hasil Analisa Nilai Kalor TKKS 88
Gambar L4.2 Hasil Analisa Nilai Kalor Pelet TKKS 89
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pirolisis menggunakan TKKS 2
Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian Penggunaan Biomassa pada
Pembuatan Bio-char 3
Tabel 2.1 Jumlah Cadangan Minyak Dunia 6
Tabel 2.2 Jumlah Produksi Minyak Dunia 7
Tabel 2.3 Perbandingan Konsumsi Minyak Dunia dengan Pendapatan
Per Kapita Tahun 2012 7
Tabel 2.4 Konsumsi Energi Terbarukan Dunia 7
Tabel 2.5 Data Perkembangan Distribusi Perkebunan Kelapa Sawit (ha)
di Indonesia 8
Tabel 2.7 Perkembangan Luas Lahan (ha) dan Produksi TBS (Tandan
Buah Segar) (ton) Kelapa Sawit di Provinsi Sumatera Utara
(2009-2013) 9
Tabel 2.8 Analisis Elemental dan Proximate dari Tandan Kosong Kelapa
Sawit (Berdasarkan Basis Berat Kering) 10
Tabel 2.9 Komposisi Kimia dari TKKS Berdasarkan Basis Berat Kering 11
Tabel 2.10 Estimasi Produksi CPO dan Limbah dari Pabrik Kelapa Sawit
(ton) di Indonesia pada Rentang Waktu 2009-2013 12
Tabel 2.11 Estimasi Produk CPO dan Limbah Sawit (ton/hari) untuk Masa
Operasional 24 jam/hari 12
Tabel 2.12 Metode Pirolisis dan Variannya 14
Tabel 2.13 Spesifikasi Standar Ekspor Produk Char 15
Tabel 2.14 Metode Standard Sifat-Sifat dari Produk Bio-oil 17
Tabel 2.15 Nilai bulk densities dan heating values dari proses densifikasi 18
Tabel 2.16 Karakteristik Bio char dengan Variasi Temperatur 20
Tabel 2.17 Hasil Pengaruh Temperatur terhadap Yield Bio-char 20
Tabel 2.18 Hasil Pengaruh Temperatur terhadap Yield Bio-char 21
Tabel 2.19 Konsentrasi P dan K dalam Tanah dengan Berbagai Jenis
Bio-char 21
Tabel 2.20 Hasil Pengaruh Temperatur terhadap Yield Produk dengan Laju
Pemanasan 30 oC/menit dan Ukuran Partikel 91-106 μm 22 Tabel 2.21 Hasil Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap Yield Produk dengan
Laju Pemanasan 30 oC/menit dan Suhu 500 oC 22 Tabel 2.22 Pengaruh Laju Pemanasan Terhadap Yield Produk dengan
Ukuran Partikel 91-106 μm dan Suhu 500 oC 22 Tabel 2.23 Hasil Yield Bio-oil dengan Pengaruh Laju Screw Umpan 24
Tabel 2.24 Persentasi Distribusi Jenis Gas Diperoleh dengan Pengaruh
Temperatur
25
Tabel 4.1 Komponen Alat Peletisasi dan Fungsinya 46
Tabel 4.2 Detail Desain Unit Reaktor Pirolisis 48
Tabel 4.3 Karakterisasi TKKS Tercabik 52
Tabel 4.4 Karakterisasi Pelet TKKS 53
Tabel 4.5 Data Hasil Penelitian Pengaruh Suhu (250, 275, 300, 325, 350,
375 dan 400 oC) pada waktu 30 menit terhadap karakteristik bio char dengan massa sampel 25 gram 55
Tabel 4.6 Perbandingan Karakterisasi Bio char yang dihasilkan dari pelet
TKKS dan pelet Sawdust 63
Tabel 4.7 Data Perbandingan Nilai Kalor Bio-char 63
Tabel 4.8 Perbandingan Nilai Kalor Bio-char dengan Bahan Bakar Fosil 64
Tabel L1.1 Data Hasil Karakterisasi TKKS Tercabik 72
Tabel L1.2 Data Hasil Karakterisasi Pelet TKKS 72
Tabel L1.3 Data Hasil Analisa Yield Bio char 72
Tabel L1.4 Data Hasil Analisa Kadar Air Bio char 73
Tabel L1.5 Data Hasil Analisa Kadar Abu Bio char 73 Tabel L1.6 Data Hasil Analisa Volatile Matter Bio char 74
Tabel L1.7 Data Hasil Analisa Fixed Carbon Bio char 74
Tabel L1.8 Data Hasil Analisa Bulk Density Bio char 75
Tabel L1.9 Data Hasil Analisa Nilai Kalor Bio char 75
Tabel L1.10 Data Hasil Perbandingan Karakteristik Bio char Pelet TKKS
dan Pelet Sawdust 75
Tabel L1.11 Foto Hasil Penelitian Pengaruh Suhu Pada Produksi Bio Char
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 DATA PENELITIAN 72
L1.1 Data Hasil Karakterisasi TKKS Tercabik 72
L1.2 Data Hasil Karakterisasi Pelet TKKS 72
L1.3 Data Hasil YieldBio-char 72
L1.4 Data Hasil Analisa Kadar Air Bio-char 73
L1.5 Data Hasil Analisa Kadar Abu Bio-char 73
L1.6 Data Hasil Analisa Volatile MatterBio-char 74
L1.7 Data Hasil Analisa Fixed CarbonBio-char 74
L1.8 Data Hasil Analisa Bulk DensityBio-char 75
L1.9 Data Hasil Analisa Nilai Kalor Bio-char 75
L1.10 Data Hasil Perbandingan Karakterisasi Bio-char 75
L1.11 Foto Hasil Penelitian Pengaruh Suhu Pada Produksi
Bio-char Dari Pirolisis TKKS 76
Lampiran 2 CONTOH PERHITUNGAN 78
L2.1 Perhitungan YieldBio-char 78
L2.2 Perhitungan Uji Kadar Air Sampel (TKKS Tercabik,
L2.5 Perhitungan Uji Fixed Carbon Sampel (TKKS Tercabik,
Pelet TKKS dan Bio-char) 79
L2.6 Perhitungan Uji Bulk Density Sampel (TKKS Tercabik,
Pelet TKKS Dan Bio-char) 79
L2.7 Perhitungan Energi Yang Dibutuhkan Untuk Produksi
Bio-Char 80
Lampiran 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 81
L3.1 Dokumentasi Pencacahan Dan Penggilingan TKKS 81
L3.2 Alat Peletisasi TKKS 81
L3.3 Unit Reaktor Pirolisis 83
L3.4 Alat Bom Kalorimeter 86
Lampiran 4 HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN INSTRUMEN 88
L4.1 Hasil Analisa Nilai Kalor TKKS 88
L4.2 Hasil Analisa Nilai Kalor Pelet TKKS 89
xviii
DAFTAR SINGKATAN
ANOVA Analysis Of Variance
ASTM American Society for Testing and Material
CPO Crude Palm Oil
GC Gas Chromatography
Mtoe Million tonnes of oil equivalent
OECD Organization for Economic Co-operation
and
PAH Polysiclic Aromatic Hydrocarbon
PVC Polivinil Klorida
PKS Pabrik Kelapa Sawit
POME Palm Oil Mill Effluent
TBS Tandan Buah Segar
TCD Thermal Conductivity Detector
MC Moisture Content
TKKS Tandan Kosong Kelapa Sawit
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
Massa jenis gram/cm3
W1 Berat cawan kosong gram
W2 Berat awal cawan + sampel gram
