1 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com
KARAKTERISASI BIOBRIKET BERBASIS ARANG DARI TONGKOL JAGUNG
Fitriah Ramadhani Anwar*), Paulus Lobo Gareso, dan Eko Juarlin Laboratorium Fisika Material dan Energi, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Hasanuddin, Makassar, Sulawesi Selatan 90245, Indonesia
Email: fitriahramadhani24@gmail.com*)
SARI BACAAN
Biobriket tongkol jagung telah dibuat dengan proses karbonisasi arang suhu 200°C, 250°C dan 300°C selama 2 jam dengan massa 60 gram, diameter 5 cm serta ketebalan 3 cm. Pengujian kandungan unsur arang dan biobriket tongkol jagung menggunakan X-Ray Flouresence (XRF). Setelah itu dilakukan pengujian sifat fisis diantaranya kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon dan nilai kalor. Hasil pengujian X-Ray Flouresence diperoleh nilai kandungan unsur kalium memiliki presentase paling tinggi dari semua sampel arang 66,83% - 77,37% dan biobriket 64,56% - 73,57%. Hasil uji fisis kadar air 6,00% - 6,52%, kadar abu 3,17% - 6,00%, kadar zat terbang 46,03% - 49,16%, kadar karbon 41,83% - 44,25% dan nilai kalor 4940 kal/g - 5727 kal/g. Dari hasil penelitian sifat fisis biobriket secara umum menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu karbonisasi semakin menurun nilai kadar air dan kadar karbon sedangkan nilai kadar abu, kadar zat terbang dan nilai kalor semakin meningkat.
Kata Kunci : Tongkol Jagung, Karbonisasi, Arang, Biobriket.
ABSTRACT
Biobriquettes corn cobs has made by carbonization process charcoal with temperature 200°C, 250°C and 300°C until 2 hours with 60 grams of mass, 5 cm of diameter and 3 cm of thickness. Chemical composition of charcoal and corn cobs biobriquettes were tested used by X-Ray Flouresence (XRF). Then, testing of physical properties includes moisture analyzer, ash, volatile matter, carbon content and calorific value. X-Ray Flouresence test results showed the percentage of Potassium composition has the highest percentage than all the charcoal samples. The percentage of Potassium on charcoal sample was 66,83% - 77,37% and on biobriquettes was 64,56% - 73,57%. The value of physical test results was 6,00% - 6,52% of moisture, 3,17% - 6,00% of ash, 46,03% - 49,16% of volatile metter, 41,83% - 44,25% of carbon level and 4940 cal/g - 5727cal/g of calorific value. The study shows that the carbonization temperature is proportional with increases ash, volatile metter and calorific value but moisture and carbon level value decreased.
2 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com PENDAHULUAN
Energi merupakan kebutuhan yang sangat penting dan tidak dapat terlepas dari
kehidupan manusia. Sumber energi
biomassa dari limbah–limbah hasil pertanian
dapat dikembangkan untuk mengatasi
kelangkaan energi dimasa mendatang.
Biomassa merupakan material organik yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar alternatif. Selain ramah lingkungan, ketersediaannya juga sangat melimpah dan
pengembangan biomassa juga bisa
membantu dalam modernisasi ekonomi pertanian
Pengaruh globalisasi nampaknya
membawa dampak positif bagi kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Salah satunya dapat terlihat dari banyaknya penelitian yang dilakukan pada bidang pengembangan dan pemanfaatan biomassa dari hasil pertanian menjadi energi alternatif dengan membuat biobriket.
Indonesia adalah negara yang sangat berpotensi untuk pengembangan energi alternatif terutama pada sektor pertanian. Energi alternatif dapat dihasilkan dari teknologi sederhana seperti biobriket dengan memanfaatkan limbah biomassa diantaranya tempurung kelapa, sekam padi, cangkang sawit, tongkol jagung dan serbuk gergaji kayu.
Pada tahun 2014 produksi jagung indonesia mencapai 19,03 juta ton yang
artinya akan menghasilkan banyak limbah.[1]
Tongkol jagung merupakan salah satu limbah biomassa yang ketersediaannya melimpah namun belum termanfaatkan secara maksimal. Umumnya limbah tongkol jagung hanya dibuang dan dibakar begitu saja, sehingga memberi dampak yang tidak baik terhadap lingkungan.
Metode karbonisasi adalah cara mengubah tongkol jagung menjadi arang. Arang adalah suatu bahan padat berpori yang mengandung karbon yang dihasilkan
3 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com dari pembakaran pada suhu tinggi
(karbonisasi). Arang bermanfaat sebagai sumber energi terutama jika dikembangkan menjadi briket dengan teknologi
penekanan.[2] Berdasarkan hal tersebut maka
akan dilakukan penelitian mengenai
karakterisasi biobriket berbasis arang dari tongkol jagung.
TEORI
Tanaman jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian dari keluarga rumput-rumputan dan merupakan satu-satunya spesies yang tidak dapat tumbuh secara liar di alam. Dari data Badan Pusat Statiktik (BPS) produksi jagung pada 2014 sebesar 19,03 juta ton, berararti akan banyak limbah tongkol jagung yang dihasilkan. Potensi ini sangat berpeluang
diimanfaatkan sebagai sumber bahan
alternatif dengan diolah melalui proses karbonisasi untuk dijadikan sebagai bahan dasar pembuatan biobriket.
Biomassa terdiri atas beberapa komponen yaitu kandungan air, karbon
terikat kadar abu dan zat terbang.
Mekanisme pembakaran biomassa terdiri dari tiga tahap yaitu pengeringan proses
pengeringan akan menghilangkan
kandungan air dari biomassa, proses
perubahan komposisi senyawa atau
pecahnya ikatan kimia secara termal setelah terjadi pengeringan atau biasa dikenal dengan istilah devolatilisasi dan proses pembakaran arang dimana pada tahap ini terjadi proses pembentukan arang pada tahapan ini terjadi reaksi antara karbon dan oksigen.
Karbon yang terkandung didalam arang bereaksi dengan oksigen pada permukaan membentuk karbon monoksida
menurut reaksi berikut:[4]
4 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com Permukaan karbon juga bereaksi dengan
karbondioksida dan uap air dengan reaksi reduksi sebagai berikut :
C + CO2 2CO (2.2)
C + H2O CO + H2 (2.3)
Selama proses karbonisasi, gas-gas yang
bisa terbakar seperti CO, CH4, H2,
formaldehid, asam formiat dan asam asetat serta gas gas yang tidak bisa terbakar
seperti CO2, H2O dan tar cair dilepaskan.
Gas-gas yang dilepaskan pada proses ini
mempunyai nilai kalor yang dapat
digunakan untuk memenuhi kebutuhan
kalor pada proses karbonisasi.[4]
Briket merupakan bahan bakar dari campuran material arang dan bahan perekat yang dapat dijadikan sebangai bahan bakar alternatif. Arang adalah suatu bahan padat berpori yang dihasilkan dari pembakaran pada suhu tinggi dengan proses karbonisasi, yaitu proses pembakaran tidak sempurna, sehingga bahan hanya terkarboninasi dan
tidak teroksidasi. Sebagian besar pori-pori pada arang masih tertutup dengan hidrokarbon, eter dan senyawa organik
lainnya.[5]
Proses pembriketan adalah proses pengolahan yang mengalami perlakuan penggerusan, pencampuran bahan baku, pencetakan dan pengerigan pada kondisi tertentu, sehingga diperoleh briket yang mempunyai bentuk, ukuran fisik, dan sifat tertentu. Tujuan dari pembriketan adalah untuk meningkatkan kualitas bahan bakar, mempermudah penanganan dan transportasi serta mengurangi kehilangan bahan dalam bentuk debu pada proses pengangkutan.
Prinsip karbonisasi merupakan
proses konversi dari suatu zat organik
kedalam karbon atau residu yang
mengandung karbon dalam proses
pembuatan arang berkarbon.[11]
Langkah – langkah pembuatan briket tongkol jagung :
5 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com
1. Menggiling tongkol jagung
menggunakan blender
2. Mentampi tongkol jagung yang telah digiling untuk memisahkan dengan zat terbang
3. Mengkarbonisasi tongkol jagung
menggunakan furnace dengan
variasi suhu 200°C, 250°C dan 300°C kemudian didinginkan dan disimpan dalam wadah tertutup
4. Menghaluskan arang tongkol
jagung menggunakan blender dan alat pengayak
5. Membuat adonan tepung kanji dengan cara mecampur tepung kanji dengan air kemudian dimasak hingga mengental
6. Mencampur bubuk arang tongkol jagung dengan adonan tepung kanji dengan perbandingan 3:1
7. Mencetak adonan briket dengan alat cetak
8. Memadatkan briket dengan
menggunakan alat penekan
(pengepres)
9. Mengeringkan briket selama 14 hari dengan sinar matahari.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini menggunakan tongkol jagung sebagai bahan dasar briket dengan 3 variasi suhu karbonisasi yaitu 200°C, 250°C dan 300°C. Pembuatan biobriket menggunakan bahan perekat dari adonan tepung kanji dengan perbandingan 3 : 1 yaitu arang 3 dan kanji 1 yang setiap komposisi menghasilkan briket dengan berat 60 gram (45 gram arang + 15 gram adonan tepung kanji) berbentuk silender dengan diameter 5 cm dan tinggi 3 cm.
6 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com Tabel. 1 Hasil Uji X-Ray Flouresence
Arang Tongkol Jagung
Kandungan Unsur Arang 200°C (%) Arang 250°C (%) Arang 300°C (%) K 77,37 66,83 72,22 Ca 15,27 13,77 7,05 Cl 0,00 8,46 8,94 S 0,00 6,02 4,88 Si 0,00 0,00 0,85 P 3,93 1,89 2,32 Zn 1,29 1,03 0,76 Ti 0,84 0,00 0,00 Rb 0,49 0,47 0,424 Nb 0,241 0,204 0,104 Mo 0,178 0,00 0,064 In 0,140 0,132 0,058 Sn 0,140 0,118 0,049 Sb 0,100 0,069 0,044
Dari hasil pengujian kandungan unsur arang tongkol jagung menunjukkan nilai kandungan K ( Kalium ) memiliki
presentasi tertinggi dari ketiga sampel arang. Hal ini dikarenakan Kalium adalah salah satu unsur hara yang penting dalam proses
pertumbuhan dan kualitas tanaman
jagung.[17]
Tabel. 2 Hasil Uji X-Ray Flouresence
Biobriket Tongkol Jagung
Kandungan Unsur Briket 200°C (%) Briket 250°C (%) Briket 300°C (%) K 69,13 64,56 73,57 Ca 13,10 16,55 8,87 Cl 7,48 9,83 7,76 S 5,80 5,21 5,40 P 2,02 1,90 2,31 Zn 0,95 0,00 0,95 Ti 0,74 0,99 0,00 Rb 0,262 0,40 0,57 Nb 0,156 0,228 0,150 Mo 0,122 0,00 0,102 In 0,0771 0,121 0,0911 Sn 0,072 0,135 0,084 Sb 0,054 0,079 0,072
7 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com Gambar.1 Hasil Pengujian Kadar Air
Dari gambar.1 menunjukkan nilai kadar air biobriket tongkol jagung berkisar 6,00 % - 6,52 %. Presentase kadar air tertinggi diperoleh pada suhu karbonisasi 200°C yaitu 6,52% dan presentase terendah diperoleh pada suhu karbonisasi 300°C yaitu 6,00%.
Kadar air biobriket tongkol jagung
mengalami penurunan seiring dengan
tingginya suhu karbonisasi pada arang. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi suhu karbonisasi maka semakin banyak air yang mengalami penguapan sehingga arang hasil
karbonisasi yang didapatkan semakin
kering.
Gambar.2 Hasil Pengujian Kadar Abu
Dari gambar.2 menunjukkan nilai kadar abu biobriket tongkol jagung berkisar 3,17% - 6,01%. Presentase kadar abu tertinggi diperoleh pada suhu karbonisasi 300°C yaitu 6,01% dan presentase terendah diperoleh pada suhu karbonisasi 200°C yaitu 3,17%.
Kadar abu biobriket tongkol jagung
mengalami peningkatan seiring dengan tingginya suhu karbonisasi arang. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi suhu karbonisasi semakin cepat laju pembakaran sehingga menghasilkan residu atau abu yang semakin tinngi. 6.52 6.01 6 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 200°C 250°C 300°C Pr e sen tase (% ) Suhu Karbonisasi 3.17 3.84 6.01 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 200°C 250°C 300°C Pr e sen tase (% ) =\
8 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com Gambar.3 Hasil Pengujian Kadar Zat
Terbang
Dari gambar 4.3 Menunjukkan nilai kadar zat terbang biobriket tongkol jagung berkisar antara 46,03%. - 49,16% Dari hasil pengujian kadar zat terbang biobriket tongkol jagung hasil yang diperoleh cukup besar, hal ini disebabkan karena bahan dasar dari biobriket mengandung kadar zat terbang yang cukup tinggi. Kadar zat terbang yang tinggi pada biobriket akan berpengaruh pada saat digunakan karena akan menghasilkan asap yang lebih banyak sehingga biobriket dengan kadar zat terbang tinggi tidak ramah terhadap lingkungan.
Gambar.4 Hasil Pengujian Kadar
Karbon
Dari gambar 4.menunjukkan nilai kadar karbon biobriket tongkol jagung berkisar antara 41,83%- 44,25% . Kadar karbon
biobriket tongkol jagung mengalami
penurunan presentase seiring dengan
tingginya suhu karbonisasi pada arang. Hal ini dipengaruh oleh tingginya kadar zat terbang biobriket tongkol jagung karena kadar karbon diperoleh dari 100% dikurang dengan penjumlahan nilai kadar air, kadar abu dan kadar zat terbang. Jadi walaupun nilai kadar air dan kadar abu yang didapatkan rendah, namun jika kadar zat terbang tinggi akan berpengaruh pada presentase kadar karbon biobriket.
46.03 46.90 49.16 44.00 45.00 46.00 47.00 48.00 49.00 50.00 200°C 250°C 300°C Pr e sen tase (% ) Suhu Karbonisasi 44.25 43.25 41.83 40 41 42 43 44 45 200°C 250°C 300°C Pr e sen tase (% ) Suhu Karbonisasi
9 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com Gambar.5 Hasil Pengujian Nilai Kalor
Dari gambar 4.5 Menunjukkan nilai kadar abu biobriket tongkol jagung berkisar antara 4940 kal/gram – 5727 kal/gram. Dari grafik menunjukkan nilai kalor biobriket tongkol jagung mengalami peningkatan seiring dengan tingginya suhu karbonisasi, hal ini
menunjukkan bahwa tingginnya suhu
karbonisasi menghasilkan nilai kalor yang tinggi.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian pembuatan biobriket dari tongkol jagung dapat ditarik kesimpulan sebangai berikut :
1. Biobriket tongkol telah dibuat
dengan variasi suhu karbonisasi yaitu
200°C, 250°C dan 300°C dengan massa 60 gram, ketebalan 3 cm serta berdiameter 5 cm.
2. Berdasarkan hasil uji X-Ray
Flouresence semua sampel arang dan
biobriket tongkol jagung
menunjukkan kandungan unsur
paling tinggi dari semua sampel yaitu unsur kalium.
3. Dari pengujian sifat fisis biobriket diperoleh hasil pengujian kadar sampel yang paling rendah diperoleh pada suhu karbonisasi 300°C. Hasil pengujian kadar abu dan kadar zat terbang paling rendah diperolah pada
suhu karbonisasi 200°C. Hasil
pengujian kadar karbon dan nilai kalor paling tinggi diperoleh pada suhu karbonisasi 300°C.
Saran
Pada penelitian selanjutnya sebaiknya :
4940 5099 5727 4400 4600 4800 5000 5200 5400 5600 5800 200°C 250°C 300°C kal /gr am Suhu Karbonisasi
10 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com
1. Memvariasikan komposisi jenis
bahan perekat dan bahan untuk meningkatkan kualitas biobriket 2. Menghitung efisensi pembakaran
biobriket.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Badan Pusat Statistik. 2015.
Produksi Padi Tahun 2014(Angka
Sementara) Diperkirakan Turun
0.63Persen.http://www.bps.go.id/brs/vie w/id/1122, Diakses pada tanggal 24 Mei 2015.
[2] Siahaan, Satriani dkk. 2013.
Penentuan kondisi optimum suhu dan waktu karbonisasi pada pembuatan arang dari sekam padi. J. Teknik Kimia USU. Vol .2, No 1. Universitas Sumatra Utara.
[3] Alam Syah Nur, Andi. 2006. Biodiesel Jarak Pagar. Bandung. Agro Media Pustaka.
[4] Borman, G.L., and Ragland, K.W.
1998. Combustion Engineering.
Singapore. McGraw-Hill Book Co.
[5] Kinoshita, K. 1988. Carbon
Electrochemical and Physicochemical
Properties. New York. John Wiley & Sons.
3. [6] Joseph, S. dan D. Hislop, 1981. Residu Briquetting in Development Countries. London. Applyed Science Publisher.
[7] Kurniawan Oswan, Marsono, 2008. Super karbon Bahan bakar Alternatif Pengganti Minyak Tanah Dan Gas. Depok. Penebar Swadaya.
[8] Sukandarumidi. 2004. Batu Bara dan Gambut. Yogyakarta. Gadjah Mada University Press.
[9] Inzana, Nur. 2011. Pembuatan dan Pengujian Sifat Fisis Briket Kulit
Kacang Tanah Sebagai Energi
Alternatif. Skripsi Sarjana. Makassar. Universitas Hasanuddin.
[10] Zemansky, Mark Waldo dan Dittman, Richard H. 1986. Kalor dan Termodinamika. Bandung. Penerbit ITB. [11] Tironi M dan Sabit Ali. 2011. Efek
Suhu Pada Proses Pengarangan
Terhadap Nilai Kalor Arang Tempurung
Kelapa (Coconut Shell Charcoal).
J.Neutrino. Vol. 3, No.2. UIN Maulana Malik Ibrahim Malang.
11 Jurnal Fisika. *Email : fitriahramadhani24@gmail.com [12] Prasetyo, Lea dan Setiawan Sandi.
1991. Mengerti Fisika Termofisika. Yogyakarta. Andi Offset.
[13] Moran, Michael J. dan Saphiro,
Howard N. 2003. Termodinamika
TeknikJilid I. Jakarta. Erlangga.
[14] Badan Standarisasi Nasional. 2000. SNI No. 01-6235-2000. Briket Arang Kayu. Jakarta.
[15] Beiser Arthur. 1992. Konsep Fisika
Modern (ed. Keempat). Jakarta.
Erlangga.
[16] Munasir dkk. 2012. Uji XRD Dan XRF Pada Bahan Mineral (Batuan Dan Pasir)
Sebagai Sumber Material Cerdas (CaCO3
Dan SiO2). J. Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA). Vol. 2 No.1 Universitas Negri Surabaya. Surabaya.
[17] Sompotan, Saartje. Respons Pertumbuhan Dan Hasil Jagung Manis ( Zea Mays Saccarata Sturt) Terhadap Pemupukan. Soil Environment Vol. 12 No. 1. Universitas Sam Ratulangi. Manado.
