PEMBUATAN ASAP CAIR DARI KAYU AKASIA DAN UJI AWAL KEMAMPUANNYA SEBAGAI BAHAN BAKAR CAIR

(1)

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 2013 Page | 38

PEMBUATAN ASAP CAIR DARI KAYU AKASIA DAN

UJI AWAL KEMAMPUANNYA SEBAGAI

BAHAN BAKAR CAIR

**Azhary H. Surest*, Mayang Sofia Reza, Debby Priyayi**

*Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662

ABSTRAK

Asap cair merupakan hasil kondensasi dari pirolisis kayu yang mengandung sejumlah besar senyawa yang terbentuk akibat proses pirolisis komposisi kayu seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin. Dengan menggunakan pirolisis, bahan bakar padat dapat diolah menjadi gas, cairan dan padatan. Teknologi pirolisis yang sederhana adalah pirolisis lambat. Sifat-sifat minyak pirolisis (bio oil) dari biomasa sangat bergantung pada jenis biomasa dan parameter operasi seperti temperatur dan waktu tinggal biomassa dalam reaktor.

Pada penelitian ini, asap cair dibuat dengan menggunakan bahan baku kayu akasia (Acacia Mangium Mill). Variasi temperature yang digunakan yaitu 200⁰C, 300⁰C dan 400⁰C dengan variasi waktu pengambilan sampel adalah 30 menit, 60 menit dan 90 menit. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa volume asap cair yang paling banyak dihasilkan pada kondisi temperatur 400 °C dan waktu 90 menit. Potensi asap cair untuk menjadi bahan bakar cair cukup memungkinkan melalui hasil uji sederhana, namun diperlukan proses pemisahan yang lebih baik untuk memisahkan komponen zat yang mudah terbakar dan zat yang tidak mudah terbakar.

Kata kunci: Asap cair, pirolisis, kayu akasia

ABSTRACT

Liquid smoke is the result condensation of wood pyroliysis containing a large number of compounds formed by pyrolysis of wood composition such as cellulose, hemicellulose and lignin. By using pyrolysis, solid fuel can be processed into gas, liquid and solids. Properties of pyrolysis oil (bio- oil) from biomass depends on the type of biomass and operating parameters such as temperature and residence time in the reactor biomass. In this research, liquid smoke is made by using acacia woods (Acacia Mangium Mill) as raw materials. Variable temperature to find optimum conditions are 200 ⁰C, 300 ⁰C and 400 ⁰C with variations in sampling time is 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes. The result showed that the most liquid smoke volume produced in temperature 400 °C and time 90 minutes. Potential of liquid smoke to be liquid enough to allow fuel through the results of a simple test, but needed a better separation process for separating components of combustible materials and flammable substances.

Keywords: Liquid smoke, pyrolysis, acacia wood

1. PENDAHULUAN

Indonesia merupakan salah satu negara tropis yang memiliki hutan yang sangat luas. Hutan-hutan ini tersebar di seluruh wilayah Indonesia dan menghasilkan kayu yang memiliki banyak manfaat. Salah satu kayu yang jumlahnya melimpah di Indonesia adalah kayu

akasia. Pemanfaatan utama dari kayu akasia ini adalah menjadi bahan baku untuk industri pulp and paper yang mengolah bahan baku berupa kayu menjadi pulp (bubur kertas) untuk selanjutnya dibuat menjadi kertas.

Asap cair merupakan hasil kondensasi dari pirolisis kayu yang mengandung sejumlah besar

(2)

senyawa yang terbentuk akibat proses pirolisis konstituen kayu seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin. Identifikasi asap cair dari berbagai macam kayu telah diidentifikasi, dan ternyata setiap bahan baku mempunyai spesifikasi yang hampir sama secara kualitatif. Namun berbeda secara kuantitatif. Komposisi asap dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya jenis kayu, kadar air kayu dan suhu pirolisis yang digunakan (Girard, 1992).

Adapun perumusan masalah dari penelitian ini adalah apakah kayu akasia dapat dijadikan bahan baku pembuatan asap cair, Bagaimanakah pengaruh temperatur pada proses pirolisis untuk menghasilkan asap cair, bagaimanakah pengaruh lama waktu pirolisis terhadap jumlah produk asap cair yang didapatkan, dan apakah asap cair dapat menghasilkan nyala api apabila dibakar dengan pembakar Bunsen.

Tujuan dari penelitian ini yaitu mengetahui cara mendapatkan asap cair melalui proses pirolisis, untuk mengetahui suhu optimal yang digunakan untuk mendapatkan asap cair dan untuk mendapatkan rendemen asap cair dengan jumlah terbaik melalui proses pirolisis serta mengetahui kemampuan asap cair sebagai bahan bakar dengan cara tes uji nyala.

Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut mendorong peneliti lain untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai kemungkinan asap cair dapat dijadikan bahan bakar cair. Memperkaya data penelitian ilmiah mengenai asap cair. Serta dari hasil penelitian ini diharapkan akan memberikan sumbangan ilmu pengetahuan khususnya dibidang pengembangan sumber energi dan teknologi.

Hipotesa dari penelitian ini adalah asap cair dapat dihasilkan dari proses pirolisis kayu akasia. Semakin tinggi temperatur pirolisis maka asap cair yang dihasilkan juga semakin banyak. Lama waktu pirolisis dengan jumlah rendemen asap cair yang dihasilkan berbanding lurus. Asap cair yang didapatkan memiliki titik nyala.

Ruang lingkup penelitian ini yaitu bahan baku yang digunakan adalah kayu akasia yang tumbuh disekitar lingkungan Universitas Sriwijaya, Indralaya. Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah temperatur pada proses pirolisis dan waktu pirolisis yang digunakan. Proses pirolisis dilakukan di Laboratorium Unit Proses Universitas Sriwijaya dan Analisa Kualitatif Asap Cair dilakukan dalam skala laboratorium di Laboratorium Kimia Fisika dan Laboratorium Politeknik Sriwijaya Palembang.

Kayu Akasia

Kayu akasia merupakan salah satu jenis pohon yang dapat tumbuh dengan baik di segala cuaca karena jenis pohon ini tidak tergantung pada jenis tanah maupun iklim. Pohon akasia termasuk ke dalam salah satu jenis pohon yang paling umum digunakan dalam program pembangunan hutan tanaman di Asia dan Pasifik. Kayu gubal akasia tipis dan berwarna terang. Serat kayunya lurus hingga bertautan dangkal, teksturnya agak halus dan seragam. Kerapatan kayunya beragam mulai dari 450 hingga 690 kg/m3.

Asap Cair

Asap diartikan sebagai suatu suspensi partikel-partikel padat dan cair dalam medium gas. Produksi asap cair merupakan hasil pembakaran yang tidak sempurna yang melibatkan reaksi dekomposisi karena pengaruh panas, polimerisasi, dan kondensasi. Asap yang dihasilkan dari pembakaran kayu keras akan berbeda komposisinya dengan asap yang dihasilkan dari pembakaran kayu lunak.

Pirolisis Komponen Bahan Asap Cair

a. Pirolisis Selulosa

Selulosa adalah bahan kristalin untuk membangun dinding-dinding sel. Bahan dasar selulosa ialah glukosa dengan rumus C6H12O6. Molekul-molekul glukosa

disambung menjadi molekul-molekul besar, panjang dan berbentuk rantai dalam susunan menjadi selulosa. Selulosa merupakan bahan dasar yang penting bagi industri- industri yang memakai selulosa sebagai bahan baku misalnya: pabrik kertas, pabrik sutra tiruan dan lain sebagainya.

Selulosa adalah makromolekul yang dihasilkan dari kondensasi linier struktur heterosiklis molekul glukosa. Selulosa terdiri dari 100-1000 unit glukosa. Selulosa terdekomposisi pada temperatur 280oC dan berakhir pada 300-350oC.

1. Pirolisis Hemiselulosa

Hemiselulosa dapat tersusun oleh gula yang bergugus cincin lima dengan rumus C5H10O5 disebut pentosan atau gula

bergugus cincin enam C6H12O6 disebut

hexosan. Zat-zat ini terdapat sebagai bahan bangunan dinding-dinding sel juga sebagai bahan zat cadangan.

c. Pirolisis Lignin

Lignin merupakan bagian yang termasuk non-karbohidrat, sebagai persenyawaan kimia yang jauh dari sederhana, tidak berstruktur, bentuknya

(3)

amorf. Dinding sel tersusun oleh suatu rangka molekul selulosa, antara lain terdapat pula lignin. Lignin merupakan sebuah polimer kompleks yang mempunyai berat molekul tinggi dan tersusun atas unit-unit fenil propana. Senyawa-senyawa yang diperoleh dari pirolisis struktur lignin berperan penting dalam memberikan aroma asap produk asapan. Senyawa ini adalah fenol, eter fenol seperti guaiokol, siringol dan homolog beserta turunannya (Girrard, 1992). Lignin akan mulai terdekomposisi pada temperatur 300-350oC dan berakhir pada 400-450oC.

2. METODOLOGI PENELITIAN

Sampel

Sampel yang digunakan pada penelitian ini adalah kayu akasia.

Alat dan Bahan

Alat yang di butuhkan :

1. Reaktor (tempat terjadinya pirolisis kayu) 2. Unit kondensor 3. Beker gelas 4. Erlenmeyer 5. Piknometer 6. Gelas ukur 7. Termokopel digital 8. Kompor 9. Cawan petri

10. Viskometer bola jatuh

Bahan yang di butuhkan adalah : 1) Kayu akasia

2) Media pendingin (es batu) 3) Na2SO4 anhidrat

Prosedur penelitian Pengambilan contoh

Sampel di ambil di sekitar kampus Universitas Sriwijaya Indralaya

Proses Pembuatan Asap Cair

1) Siapkan 1 unit kondensor

2) Timbang potongan kayu sebanyak 250 gram

3) Masukkan potongan kayu ke reaktor 4) Hubungkan corong asap dengan

kondensor menggunakan selang dan sambungkan termokopel ke reaktor . 5) Nyalakan kompor, tunggu sampai suhu

yang diinginkan tercapai dan jaga suhu agar tetap konstan.

6) Hasil kondensasi di tampung di erlenmeyer dan lakukan proses

kondensasi sesuai dengan lama pembakaran

7) Catat volume asap cair yang didapat dan timbang arang yang terbentuk

Uji Sederhana Asap Cair Untuk Diketahui Kemampuannya sebagai Bahan Bakar Cair

1) Siapkan seluruh sampel yang akan dianalisa di dalam beker gelas sebanyak 20 ml.

2) Tambahkan Na2SO4 anhidrat yang

telah dipanaskan di dalam oven untuk menghilangkan kadar air di dalam Na2SO4.

3) Tutup rapat beker gelas tersebut dan didiamkan selama 24 jam.

4) Pisahkan rendemen asap cair yang terbentuk dari campuran menggunakan corong pemisah.

5) Masukkan rendemen asap cair yang telah dipisahkan tersebut ke dalam bunsen.

6) Bakar sumbu bunsen dan amati yang terjadi.

7) Ulangi langkah di atas untuk keseluruhan sampel.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Pembuatan Asap Cair

Pirolisis merupakan suatu proses dekomposisi material organik dengan panas tanpa menggunakan oksigen. (Septa, 2009). Sebelum proses pirolisis dilakukan, perlakuan awal terhadap sampel berupa kayu akasia adalah proses pengeringan dengan cara dijemur dibawah sinar matahari untuk mengurangi kadar air yang terkandung didalam kayu tersebut. Setelah diperoleh berat kering dari sampel selanjutnya kayu tersebut dipotong kecil-kecil agar lebih mudah ditimbang dan dimasukkan ke dalam reaktor.

Rentang temperatur yang digunakan dalam proses pirolisis ini yaitu 200⁰C, 300⁰C dan 400⁰C. Pada temperatur 200⁰C dan 300⁰C sampel kayu tidak seluruhnya terdekomposisi dan menjadi arang. Temperatur optimum yang diperoleh untuk sampel kering kayu akasia ini adalah pada temperatur 400⁰C, dimana pada temperatur ini sampel dapat terdekomposisi secara sempurna dan sebagian berubah menjadi arang. Asap cair yang dihasilkan pada temperatur 400⁰C ini berwarna coklat kehitaman dan jumlahnya paling optimal dibandingkan dengan asap cair pada temperatur 200⁰C dan 300⁰C dengan tiap-tiap rentang

(4)

waktu yang sama (30 menit, 60 menit dan 90 menit).

Gambar 1. Pengaruh waktu dan temperatur

pirolisis kayu akasia terhadap volume asap cair

Dari gambar diatas terlihat bahwa semakin lama waktu pirolisis, secara umum jumlah asap cair yang dihasilkan mengalami kenaikan. Pada suhu 100⁰C-200⁰C zat yang paling banyak dihasilkan adalah air karena pada suhu ini, kandungan air yang masih terdapat didalam kayu dipanaskan hingga menguap dan terkondensasikan. Pada temperatur 300⁰C dan 400⁰C jumlah asap cair yang dihasilkan mengalami kenaikan yang sangat signifikan. Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Maga (1987) pirolisis selulosa terjadi dalam dua jalur. Pada jalur satu terjadi jika temperatur pirolisis yang digunakan di bawah 300⁰C, dimana pada jalur ini selulosa akan terdekomposisi dengan mereduksi derajat polimernya melaui pemecahan ikatan, pembebasan air, pembentukan karbonil, karboksil dan gugus-gugus hidropenoksida, pelepasan karbonmoksida dan karbondioksida serta pembentukan residu arang. Sedangkan pada jalur kedua yang terutama terjadi pada temperatur diatas 300⁰C, terjadi reaksi pemutusan rantai selulosa menghasilkan tar dan senyawa volatile dengan berat molekul yang rendah.

Gambar 2. Pengaruh waktu dan temperatur

pirolisis kayu akasia terhadap jumlah massa arang setelah pirolisis

Temperatur pada saat pirolisis berdampak signifikan terhadap hasil pirolisis. Semakin tinggi temperature pirolisis maka semakin besar pula pengurangan massa spesimennya dalam hal ini kayu akasia. Pada saat temperature pirolisis 200⁰C pengurangan massa yang terjadi tidak terlalu besar karena pada temperature tersebut, panas hanya dapat menguapkan kadar air yang terkandung didalam spesimen tanpa terjadi dekomposisi pada komponennya. Sedangkan pada temperature pirolisis 400⁰C terjadi pengurangan massa paling besar karena komponen kayu mengalami dekomposisi termal menjadi cair, gas dan padat sehingga massa yang tertinggal didalam reaktor pirolisis menjadi lebih sedikit.

Analisa Hasil Berat Jenis

Berat jenis adalah perbandingan relatif antara massa jenis suatu zat dengan massa jenis air murni. Grafik dibawah ini menunjukkan pengaruh temperatur terhadap berat jenis dari asap cair. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ml

Jumlah Produk Asap Cair

yang Didapatkan

30 menit 60 menit 90 menit 0 50 100 150 200 200°C 300°C 400°C

Massa arang setelah

pirolisis (gr)

30 menit 60 menit 90 menit

(5)

Gambar 3. Pengaruh Temperatur Terhadap

Densitas Asap Cair

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa berat jenis sampel 2 pada temperatur 300⁰C memiliki nilai lebih tinggi dibandingkan nilai berat jenis asap cair pada temperatur 200⁰C dan 400⁰C.

Viskositas

Dibawah ini merupakan grafik yang menunjukkan hubungan antara viskositas atau kekentalan dengan temperatur pirolisis:

Kekentalan (Viskositas) Asap Cair

Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa viskositas atau kekentalan asap cair naik seiring dengan naiknya temperatur dan semakin lama memiliki nilai yang paling tinggi dibandingkan dengan viskositas asap cair pada temperature 300⁰C dan 400⁰C.

Kadar Air

Dari gambar di bawah ini dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur pirolisis maka kadar air yang terkandung didalam asap cair juga semakin sedikit. Pada temperatur 200⁰C kadar air yang terkandung didalam asap cair cukup besar hal ini

disebabkan karena pada temperatur tersebut air menguap dan terkondensasi. Sedangkan pada temperatur 300⁰C dan 400⁰C terjadi dekomposisi komponen-komponen bahan organik yang terkandung didalam kayu sehingga menghasilkan asap cair dengan warna yang lebih pekat dan kadar air yang cenderung menurun.

Kadar Air dari Asap Cair

Angka Asam

Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat gambar dibawah ini yang menunjukkan pengaruh temperatur terhadap nilai angka asam:

Angka Asam

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur pirolisis maka nilai angka asam juga akan semakin bertambah. Pada penelitian ini nilai angka asam paling tinggi terjadi ketika suhu pirolisis 400 dan waktu pirolisis 90 menit yaitu 5,679 mgKOH/gr.

Angka Penyabunan 1.004 1.006 1.008 1.01 1.012 1.014 1.016 200 °C 300°C 400°C gr /m l

Berat Jenis

30 menit 60 menit 90 menit 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 cP

Kekentalan

30 menit 60 menit 90 menit 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 %

Kadar Air

30 menit 60 menit 90 menit 0 1 2 3 4 5 6 m g KO H /g r

Angka Asam

(6)

Angka Penyabunan

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur pirolisis maka nilai angka penyabunan juga akan semakin bertambah. Pada penelitian ini angka penyabunan yang didapatkan dari masing-masing sampel tidak berbeda jauh. Tetapi angka penyabunan paling tinggi didapatkan ketika suhu pirolisis 400 dan waktu pirolisis 90 menit yaitu 0,6743 mgKOH/gr.

Uji Sederhana Asap Cair Untuk Diketahui Kemampuannya sebagai Bahan Bakar Cair

Uji sederhana yang telah dilakukan adalah masing-masing sampel dimasukkan ke dalam gelas beaker dan ditambahkan dengan senyawa Na2SO4 anhidrat yang bertujuan untuk mengikat

molekul-molekul air yang terkandung didalam asap cair tersebut. Kemudian gelas beaker tersebut ditutup dengan rapat dan didiamkan selama 24 jam agar zat-zat pengotor dalam sampel mengendap dan proses pengikatan air berlangsung secara optimal.

Tahap selanjutnya adalah pemisahan menggunakan corong pemisah dan diambil rendemen asap cair yang terbentuk. Setelah itu asap cair dicelupkan ke sumbu pembakar Bunsen dan disulut dengan api. Dengan cara ini, nyala api pada sumbu tidak ada namun terjadi letupan-letupan kecil dari molekul air yang masih terkandung didalam sampel.

Karena sampel tersebut masih mengandung air, maka dilakukan kembali penambahan senyawa Na2SO4 anhidrat dengan

perlakuan yang sama seperti sebelumnya sampai Na2SO4 tidak larut lagi. Kemudian sampel

dibakar kembali dengan menggunakan Bunsen dan tetap tidak terdapat nyala api namun letupan-letupan kecil masih terjadi. Hal ini dimungkinkan di dalam sampel tersebut masih banyak terkandung senyawa-senyawa yang

sifatnya tidak mudah terbakar yang menyebabkan kecil sekali kemampuan asap cair untuk menghasilkan titik nyala. Oleh karena itu, dibutuhkan metode pemisahan lain yang lebih baik untuk memisahkan komponen yang mudah terbakar dan tidak mudah terbakar didalam asap cair sehingga potensi asap cair untuk dikembangkan menjadi bahan bakar cair dapat tercapai.

4. KESIMPULAN

1) Kayu akasia dapat dijadikan bahan baku untuk pembuatan asap cair.

2) Semakin tinggi temperatur maka semakin banyak volume asap cair yang dihasilkan dari proses pirolisis. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa volume asap yang paling banyak dihasilkan pada sampel nomor 3 dengan kondisi temperatur 400 °C. Dan yang paling rendah volumenya adalah pada sampel nomor temperatur 200 °C.

3) Semakin lama waktu pirolisis maka semakin banyak pula jumlah asap cair yang didapatkan. Pada penelitian ini dengan kondisi operasi 90 menit pirolisis diperoleh hasil asap cair yang lebih banyak dibandingkan waktu pirolisis 30 menit. 4) Berdasarkan hasil penelitian ini, potensi asap

cair untuk menjadi bahan bakar cair cukup memungkinkan melalui hasil uji sederhana, namun diperlukam proses pemisahan yang lebih baik untuk memisahkan komponen zat yang mudah terbakar dan zat yang tidak mudah terbakar.

DAFTAR PUSTAKA

Cahyono dan Sigit, M. 2009. Konversi Sampah Organik Menjadi Bio-Oil Melalui Proses Pirolisis dengan Recycle Gas. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.

Darmadji, P. 2002. Optimasi Pemurnian Asap Cair dengan Metode Redistilasi. Jurnal Teknologi dan Industri Pangan 13(3), 267-271.

Doll, K.M., Sharma, B. K., Suarez, P.A.Z., Erhan, S.Z. 2008. Comparing Biofuels Obtained from Pyrolysis of Soybean Oil or Soapstock with Traditional Soybean Biodiesel: Density, Kinematic Viscosity and Surface Tension. Journal of Energy Fuels. 22, 2061-2066.

Doni, Marian, Rigel Andoine, dan Subriyer Nasir. 2008. Pengaruh Kondisi 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 m g KO H /g r

Angka Penyabunan

(7)

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 2013 Page | 44 Operasi pada Pembuatan Asap Cair

dari Ampas Tebu dan Serbuk Gergaji Kayu Kulim. Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya: Indralaya.

Erro, Sjostrom. 1995. Kimia Kayu: Dasar-dasar dan Penggunaan. Cetakan kedua. Sastrohamidjojo, H (penerjemah). Universitas Gadjah Mada: Yogyakarta.

Fengel, Wegener. 1984. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-Reaksi. Cetakan pertama. Sastrohamidjojo, H (penerjemah). Universitas Gadjah Mada: Yogyakarta

Fessenden, R. J., dan Fessenden, J.S. 1986.

Kimia Organik. Edisi Ketiga. Jilid 2.

Jakarta: Erlangga.

Girrard, J.P. 1992. Smoking in Technology of Meat Products. Clermont Ferrand. Ellis Horwood, New York pp: 165:205 Kollman, F. P. And Cote, W.A. 1984.

Principles of Wood Science and Technology. Sprenger Verlag, New York

Kurniati, Rahmawati. 2007. Pembuatan Asap Cair dan Pemurnian. Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya: Palembang

Maga, J.A. 1998. Smoke in Food Processing. CRC Press, Inc. Boca Raton. Florida: 1-3, 131-138.

Mohan, D., Pittman, C., U., Steele, P., H. 2006.

Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-Oil: A crtical Review: Jounal of Energy and Fuel. 3, 858-889.

Pszczola, D.E. 1995. Tour Highlights Production and Uses of Smoke Base Flavors. Food Tech. (49): 70-74

Pranata, J. 2007. Pemanfaatan Sabut dan tempurung Kelapa serta Cangkang SAwit untuk Pembuatan Asap Cair. Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Malikkussaleh: Lhokseumawe

Solichin, H.M. 2002. The Use of Liquid Smoke for Natural Rubber Processing. Balai Penelitian Sembawa: Palembang.