TINJAUAN PUSTAKA
Energi
Energi adalah tenaga atau gaya untuk berbuat sesuatu. Defenisi ini merupakan perumusan yang lebih luas daripada pengertian-pengertian mengenai energi pada umumnya dianut di dunia ilmu pengetahuan. Dalam pengertian sehari-hari energi dapat didefenisikan sebagai kemampuan untuk melakukan suatu kerja (Kadir, 1995).
Menurut Daryanto (2007) energi merupakan sumber daya yang dapat digunakan untuk melakukan berbagai proses kegiatan termasuk bahan bakar, listrik, energi mekanik dan panas. Sumber energi merupakan sebagian dari sumber daya alam yang meliputi minyak dan gas bumi, batu bara, air, panas bumi, gambut, biomassa dan sebagainya, baik secara langsung atau tidak langsung dapat dimanfaatkan sebagai energi.
Bahan Bakar
Bahan bakar adalah bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar tersebut pembakaran tidak akan mungkin dapat berlangsung. Banyak sekali jenis bahan bakar yang dikenal dalam kehidupan sehari-hari. Berdasarkan dari materi pembentuknya bahan bakar dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu: (1) bahan bakar berbasis organik dan (2) bahan bakar nuklir. Apabila dilihat dari bentuknya, maka bahan bakar di bagi menjadi tiga bentuk, yaitu: (1) bahan bakar padat, (2) bahan bakar cair, dan (3) bahan bakar gas. Namun demikian hingga saat ini bahan bakar yang paling sering dipakai adalah bahan bakar berbasis organik (Anonimous, 2014)
Biaya yang dibutuhkan untuk mendapatkan bahan bakar semakin lama semakin mahal. Semakin tinggi teknologi yang digunakan untuk mengolah bahan bakar, maka semakin mahal harganya. Demikian pula, semakin langka bahan baku yang dipakai untuk menghasilkan bahan bakar, maka harganya akan semakin mahal. Akibat langsung jika menggunakan bahan bakar semacam ini adalah biaya hidup tinggi sehingga tidak banyak orang yang mampu memanfaatkannya. Gas alam yang dicairkan, misalnya LNG tidak banyak terjangkau oleh masyarakat desa atau pedagang-pedagang kecil yang memerlukan bahan bakar (Anonimous, 2000).
demikian, kebutuhan tidak sesuai lagi dengan ketersediaannya. Hal ini mengakibatkan harga minyak bumi menjadi mahal
(Mangunwidjaja dan Sailah, 2005).
Berdasarkan peraturan presiden no 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional Indonesia memiliki target energi terbarukan sampai 15%, terutama bahan bakar hayati sampai 5%. Oleh karena itu perlu dicari sumber bahan bakar hayati terutama produk biomassa untuk di konversikan menjadi energi.
Biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, limbah pertanian, limbah hutan, tinja, dan kotoran ternak. Selain digunakan untuk tujuan primer serat, bahan pangan, pakan ternak, minyak nabati, bahan bangunan, dan sebagainya. Biomassa juga digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar). Yang digunakan adalah bahan bakar biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya (Pari dan Hartoyo, 1983).
Sedangkan menurut Silalahi (2000), biomassa adalah campuran material organik yang kompleks, biasanya terdiri dari karbohidrat, lemak protein dan mineral lain yang jumlahnya sedikit seperti sodium, fosfor, kalsium, dan besi. Komponen utama tanaman biomassa adalah karbohidrat (berat kering ± 75%), lignin (± 25%) dimana dalam beberapa tanaman komposisinya berbeda-beda.
tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan juga dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian (Widardo dan Suryanta, 1995).
Indonesia sebagai negara agraris mempunyai potensi biomassa yang relatif besar yang berasal dari limbah pertanian, perkebunan, kehutanan, limbah ternak dan limbah kota (sampah). Energi biomassa ini dipakai baik sebagai pembangkit listirik, energi panas atau energi mekanik (penggerak). Dengan melihat potensi besar ini, maka pemanfaatannya untuk energi akan memberi kontribusi yang cukup berarti dalam pemenuhan kebutuhan energi masyarakat. Pada kenyataannya meskipun potensi energi biomassa relatif besar namun pemanfaatannya sampai saat ini belum optimal (Daryanto, 2007).
Sekam Padi
Sekam padi adalah kulit terluar dari gabah yang banyak terdapat di
penggilingan padi. Sekam padi sendiri merupakan lapisan keras yang membungkus kariopsis butih gabah yang terdiri dari dua belahan yaitu lemma dan
pelea yang saling bertautan (Tim Cahaya, 2008). Sekam mengandung beberapa
unsur kimia penting (Tabel 1) yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan antara lain :
1. Sebagai bahan baku pada industri kimia terutama kandungan zat kimia furfural. 2. Sebagai bahan baku pada industri bahan bangunan, terutama kandungan silika, yaitu sebagai campuran pada pembuatan semen portland, bahan isolasi, papan sekam, dan campuran pada industri bata merah.
Tabel 1. Komposisi kimia sekam
Sumber : Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian (2008).
Agar pemanfaatan sekam lebih bervariasi, sekam perlu dimampatkan sehingga bentuknya kompak, hemat tempat dan praktis digunakan (briket arang salah satunya). Sebenarnya arang sekam dapat langsung digunakan sebagai bahan bakar yang tidak berasap dengan nilai kalor yang cukup tinggi. Namun bentuknya yang belum kompak agak menyulitkan dalam penyimpanan dan penggunaannya.
Jika dalam bentuk briket, penggunaannya akan lebih praktis (Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 2008).
Briket yang bercampur batubara akan memberikan kandungan energi yang tinggi hingga 5500 kkal/kg. Tetapi kandungan sulfur pada briket dengan kandungan batubara tinggi serta pengikat tar juga tinggi yang berakibat pada saat penggunaan di rumah tangga (Irawan, 2011). Sulistyanto (2006) menyatakan komposisi briket terbaik yang dapat digunakan untuk kebutuhan rumah tangga adalah komposisi batubara : biomass (sabut kelapa) yaitu 10% : 90%, karena lebih cepat terbakar dan lebih ramah lingkungan, sedangkan untuk kebutuhan industri, komposisi terbaik dengan pencapaian temperatur tertinggi adalah komposisi batubara : biomassa (sabut kelapa) yaitu 30% : 70%. Penelitian briket saat ini terus dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan energi.
Komponen Kandungan (%)
Karbohidrat dasar 33,71
Menurut DTC-IPB
Karbon (zat arang) 1,33
Hidrogen 1,54
Oksigen 33,64
Batubara
Batubara adalah mineral organik yang dapat terbakar. Terbentuknya dari sisa tumbuhan purba yang mengendap di dalam tanah selama jutaan tahun. Endapan tersebut selanjutnya berubah bentuk akibat proses fisika dan kimia yang berlangsung selama jutaan tahun. Oleh karena itu, batubara termasuk dalam kategori bahan bakar fosil
(Lembaga Penelitian Universitas Lambung Mangkurat, 2011).
Briket batubara adalah bahan bakar padat yang terbuat dari batubara dengan sedikit campuran seperti tanah liat dan tapioka. Briket batubara mampu menggantikan sebagian dari keguanaan minyak tanah seperti: pengolahan makanan, pengeringan, pembakaran dan pemanasan. Bahan baku utama briket batubara adalah batubara yang sumbernya berlimpah di Indonesia dan mempunyai cadangan untuk selama lebih 150 tahun. Teknologi pembuatan briket tidaklah terlalu rumit dan dapat dikembangkan oleh masyarakat maupun pihak swasta dalam waktu singkat
(Lembaga Penelitian Universitas Lambung Mangkurat, 2011). Beberapa jenis briket batubara, antara lain:
2. Jenis Non Karbonisasi (biasa), jenis yang ini tidak dikarbonisasi sebelum diproses menjadi briket dan harganya pun lebih murah. Karena zat terbangnya masih terkandung dalam briket batubara maka pada penggunaannya lebih baik menggunakan tungku (bukan kompor) sehingga akan menghasilkan pembakaran yang sempurna dimana seluruh zat terbang yang muncul dari
briket akan habis terbakar oleh lidah api di permukaan tungku.
Briket ini umumnya digunakan untuk industri kecil. (Lembaga Penelitian Universitas Lambung Mangkurat, 2011).
Biomassa dan batubara adalah bahan bakar padat yang memiliki karateristik yang berbeda. Batubara memiliki kandungan karbon dan nilai kalor tinggi, kadar abu sedang serta kandungan senyawa volatil rendah. Sementara, biomassa memiliki kandungan bahan volatil tinggi namun kadar karbon rendah. Kadar abu biomassa tergantung dari jenis bahannya, sementara nilai kalornya tergolong sedang. Tingginya kandungan senyawa volatil dalam biomassa menyebabkan pembakaran dapat dimulai pada suhu rendah. Proses devolatisasi pada suhu rendah ini mengindikasikan bahwa biomassa mudah dinyalakan dan terbakar. Namun, pembakaran yang terjadi berlangsung sangat cepat dan bahkan sulit dikontrol (Jamilatun, 2008).
Proses Karbonisasi
Proses karbonisasi terdiri dari empat tahap yaitu :
1. Pada suhu 100 – 1200 C terjadi penguapan air dan sampai suhu 2700 C mulai terjadi peruraian selulosa. Distilat mengandung asam organik dan sedikit methanol. Asam cuka terbentuk pada suhu 200 – 2700 C.
2. Pada suhu 270 – 3100 C reaksi ekstermik berlangsung dimana terjadi peruraian selulosa secara intensif menjadi larutan piroligant gas kayu dan sedikit tar. Asam merupakan asam organik dengan titik didih rendah seperti asam cuka dan methanol sedang gas kayu terdiri dari CO dan CO2. 3. Pada suhu 310 – 5000 C terjadi peruraian lignin, dihasilkan lebih banyak
tar sedangkan larutan pirolighant menurun, gas CO2 menurun sedangkan gas CO dan CH4 dan H2 meningkat.
4. Pada suhu 500 – 10000 C merupakan tahapan dari pemurnian arang atau kadar karbon (Sudrajat,1994).
Ayakan
Pengayakan adalah sistem yang paling terkenal dan paling banyak dilaksanakan untuk memisahkan campuran padat-padat. Sistem pemisahan, didasarkan atas perbedaan dalam ukuran dari bagian-bagian yang akan dipisahkan. Ukuran besar lubang ayak (dinamakan lebar lubang kasa) dari medium ayak dipilih sedemikian rupa, sehingga bahagian yang kasar tertinggal di atas ayakan dan bagian-bagian yang lebih halus jatuh melalui lubang (Bergeiyk dan Liedekerken, 1981).
Ayakan biasanya berupa anyaman dengan mata jala (mesh) yang berbentuk bujur sangkar atau empat persegi panjang, berupa pelat yang berlubang-lubang bulat atau bulat panjang atau berupa kisi. Ayakan terbuat dari material yang dapat berupa paduan baja, nikel, tembaga, kuningan, perunggu, sutera dan bahan-bahan sintetik. Material ini harus dipilih agar ayakan tidak lekas rusak baik karena korosi maupun karena gesekan. Selain selama proses pengayakan ukuran lubang ayakan harus tetap konstan (Bernasconi, dkk., 1995).
Dua skala yang digunakan untuk mengklasifikasikan ukuran partikel adalah US Saringan Seri dan Tyler. Setara, kadang-kadang disebut Tyler ukuran
mesh atau Tyler Standard Sieve Series. Sistem nomor mesh adalah ukuran dari
berapa banyak lubang yang ada per inci (AGM, 2011).
memerlukan perekatan yang bertujuan untuk mengikat partikel-partikel arang sehingga menjadi kompak.
Perekat
Perekat adalah suatu zat atau bahan yang memiliki kemampuan untuk mengikat dua benda melalui ikatan permukaan. Beberapa istilah lain dari perekat yang memiliki kekhususan meliputi glue, mucilage, paste, dan cement.
- Glue merupakan perekat yang terbuat dari protein hewani, seperti kulit,
kuku, urat, otot, dan tulang yang secara luas digunakan dalam industri pengerjaan kayu.
- Mucilage adalah perekat yang dipersiapkan dari getah dan air dan
diperuntukkan terutama untuk perekat kertas.
- Paste merupakan perekat pati (starch) yang dibuat melalui pemanasan
campuran pati dan air dan dipertahankan berbentuk pasta.
- Cement adalah istilah yang digunakan untuk perekat yang bahan dasarnya
karet dan mengeras melalui pelepasan pelarut (Ruhendi, dkk., 2007).
Berdasarkan sumber dan komposisi kimianya, perekat dibagi menjadi 3 bagian yaitu:
- Perekat yang berasal dari tumbuhan seperti kanji. - Perekat yang berasal dari hewan seperti perekat kasein.
- Perekat sintetik yaitu perekat yang dibuat dari bahan sintetis contohnya urea formaldehid
(Haryanto, 1992).
- Perekat anorganik
Termasuk dalam jenis ini adalah sodium silikat, magnesium, cement dan
sulphite. Kerugian dari penggunaan bahan perekat ini adalah sifatnya yang
banyak meninggalkan abu sekam pada waktu pembakaran. - Bahan perekat tumbuh-tumbuhan
Jumlah bahan perekat yang dibutuhkan untuk jenis ini jauh lebih sedikit bila dibandingkan dengan bahan perekat hydrocarbon. Kerugian yang dapat ditimbulkan adalah arang cetak yang dihasilkan kurang tahan terhadap kelembaban.
- Hydrocarbon dengan berat molekul besar
Bahan perekat jenis ini sering kali dipergunakan sebagai bahan perekat untuk pembuatan arang cetak ataupun batubara cetak.
Dengan pemakaian bahan perekat maka tekanan akan jauh lebih kecil bila
dibandingkan dengan briket tanpa memakai bahan perekat (Josep dan Hislop, 1981).
Salah satu persyaratan yang perlu diperhatikan dalam memilih extender perekat adalah bahan harus memiliki daya rekat yang kuat. Bahan yang memiliki daya rekat yang cukup biasanya yang mengandung protein dan pati khususnya
amylopektin yang cukup tinggi seperti terigu, tapioka, maizena, sagu
(Haryanto, 1992).
briket akan semakin baik (Silalahi, 2000). Analisa berbagai tepung pati-patian dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Daftar analisa bahan perekat
(Anonimous, 1989).
Keadaan suatu perekat ditentukan oleh metode aplikasinya. Perekat cair pada umumnya lebih mudah dipergunakan secara mekanis, penyebarannya pada permukaan benda yang halus dan rata akan tercapai. Sifat fisik sangat penting dalam mekanisme pengikatan antara bahan pengikat dan partikel arang yang dilakukan pada tekanan yang tinggi dapat meningkatkan gaya adhesi antarmuka padatan-cair dan gaya kohesi antara padatan (Grover, 1996).
Kanji adalah perekat tapioka yang dibuat dari tepung tapioka dicampur air dalam jumlah tidak melebihi 70% dari berat serbuk arang dan kemudian dipanaskan sampai berbentuk jeli. Pencampuran kanji dengan serbuk arang diupayakan dengan merata. Dengan cara manual pencampuran dilakukan dengan meremas-remas menggunakan tangan, secara maksimal dilakukan oleh alat mixer (Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, 1994).
Perekat tapioka umum digunakan sebagai bahan perekat pada briket arang karena banyak terdapat di pasaran dan harganya relatif murah. Perekat ini dalam penggunaannya menimbulkan asap yang relatif sedikit dibandingkan bahan lainnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa briket arang dengan tepung kanji sebagai bahan perekat akan sedikit menurunkan nilai kalornya bila dibandingkan
dengan nilai kalor kayu dalam bentuk aslinya (Sudrajat dan Soleh, 1994 dalam Capah, 2007).
Briket
Briket adalah bahan bakar padat yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak tanah. Jenis-jenis briket berdasarkan bahan baku penyusunnya terdiri dari briket batubara, briket bio-batubara dan biobriket. Briket batubara adalah bahan bakar padat yang terbuat dari batubara dengan sedikit campuran perekat. Briket batubara ini dibagi lagi menjadi dua jenis, yaitu briket batubata terkarbonisasi (melalui proses pembakaran) dan briket tanpa karbonisasi (tanpa proses pembakaran). Briket bio-batubara adalah briket campuran antara batubara dan biomassa dengan sedikit perekat. Contoh briket bio-batubara ini adalah briket campuran cangkang sawit dan batubara. Biobriket adalah bahan bakar padat yang terbuat dari bahan baku biomassa dengan campuran sedikit perekat. Komposisi masing-masing jenis perekat tersebut adalah: 80% – 95% batubara dan 5% – 20% perekat untuk briket batubara tanpa karbonisasi, 80% – 90% batubara dan 5% – 15% perekat untuk briket batubara dengan karbonisasi, serta 50%-80% batubara dan 10% – 40% biomassa dengan 5% – 10% perekat untuk briket bio-batubara. Adonan 94% arang sekam dan 6% perekat pati kanji pada pembuatan briket sekam dengan metode pengarangan menghasilkan briket arang sekam yang cukup kompak dengan daya bakar yang baik (Sulistyanto, 2006).
Bioarang merupakan sumber energi biomassa yang ramah lingkungan dan
biodegradable. Briket arang berfungsi sebagai pengganti bahan bakar minyak,
masa depan yang tidak akan pernah habis bahkan jumlahnya bertambah, sehingga sangat cocok sebagai sumber bahan bakar rumah tangga (Basrianta, 2007).
Teknik pembuatan briket arang terdiri dari dua tahap yang berbeda prinsipnya, yaitu proses pengarangan/karbonisasi limbah kayu menjadi serbuk arang dan proses pencetakan serbuk arang menjadi briket arang dengan cara dikempa (Daryanto, 2007).
Pembuatan briket arang dari limbah pertanian dapat dilakukan dengan menambah bahan perekat, dimana bahan baku diarangkan terlebih dahulu kemudian ditumbuk, dicampur perekat, dicetak dengan sistem hidrolik maupun manual dan selanjutnya dikeringkan. Hasil penelitian yang dilakukan oleh Hartoyo (1983) menyimpulkan bahwa briket arang yang dihasilkan setara buatan Inggris dan memenuhi persyaratan yang berlaku di Jepang karena menghasilkan kadar abu dan zat yang mudah menguap (volatile mailer) yang rendah serta kadar karbon terikat (fixed carbon) dan nilai kalor yang tinggi. Kualitas briket bioarang juga ditentukan oleh bahan pembuat/penyusunnya, sehingga mempengaruhi kualitas nilai kalor, kadar air dan kadar abu pada briket tersebut (Hartoyo, 1983).
Menurut Schuchart (1996) pembuatan briket dengan penggunaan bahan perekat akan lebih baik hasilnya jika dibandingkan tanpa menggunakan bahan perekat. Disamping meningkatkan nilai bakar dari bioarang, kekuatan briket arang dari tekanan luar juga lebih baik (tidak mudah pecah).
dilakukan dengan alat pengering seperti oven, atau dengan penjemuran. Suhu pengeringan dengan oven umumnya 600 C dengan lama pengeringan 24 jam. Jika
dilakukan penjemuran, lama penjemuran briket cukup tiga hari dalam kondisi cuaca yang cerah (Achmad, 1991).
Sifat briket yang baik yakni tidak berasap dan tidak berbau pada saat pembakaran. Mempunyai kekuatan tertentu sehingga tidak mudah pecah waktu diangkat dan dipindah-pindah, mempunyai suhu pembakaran tetap (± 3500 C)
dalam jangka waktu yang panjang (8 – 10 jam), setelah pembakaran masih mempunyai kekuatan tertentu sehingga mudah untuk dikeluarkan dari tungku masak, gas hasil pembakaran tidak mengandung gas karbon monoksida yang tinggi (Sukandarrumidi, 1995).
Persyaratan arang briket yang baik adalah bersih, tidak berdebu, dan berbau, mempunyai kekerasan yang merata, kadar abu serendah mungkin, nilai kalor setara dengan bahan bakar lain, menyala dengan baik dan memberikan
panas secara merata serta harganya bersaing dengan bahan bakar lain (Said, 1996).
Briket dengan mutu yang baik adalah briket yang memiliki kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, laju pembakaran yang rendah, tetapi memiliki kerapatan, nilai kalor dan suhu api atau bara yang dihasilkan tinggi. Jika briket diarahkan untuk penggunaan di kalangan rumah tangga, maka hal yang penting diperhatikan adalah kadar zat terbang dan kadar abu yang rendah. Hal ini dikarenakan untuk mencegah polusi udara yang ditimbulkan dari asap pembakaran yang dihasilkan serta untuk memudahkan dalam penanganan ketika proses pembakaran selesai (Ismayana dan Afriyanto,2014).
Kualitas briket yang dihasilkan menurut standard mutu Inggris dan Jepang dapat dilihat pada Table 3. Sebagai data pembanding, sehingga dapat diketahui kulitas briket yang dihasilkan dalam penelitian ini.
Tabel 3. Kualitas mutu briket arang
Sifat Briket Arang
Nilai kalor (kal/gram) 6000-7000 6500 7000 > 5000
Sumber: (Triono, 2006).
Nilai Kalor
yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air satu derajat celcius atau kelvin. Kilokalori adalah banyaknya energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu kilogram air dengan satu derajat celcius. Alat untuk mengukur nilai kalor pada suatu bahan disebut bomb calorimeter. Bomb
calorimeter adalah alat untuk mengukur pindah panas di dalam sistem dan
lingkungannya pada suhu yang tetap (Reimansyah, 2009).
Beberapa bentuk pengembangan bahan bakar kayu menghasilkan nilai kalor yang bervariasi. Nilai kalor bakar dari beberapa limbah pertanian dan kayu bakar seperti pada Tabel 4.
Tabel 4. nilai kalor dari beberapa limbah pertanian dan bahan bakar
Sumber energi biomassa Nilai kalor bakar (kal.gram-1)
Sekam padi 3.570
(Sumber: Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan dalam Batubara,1994).
Nilai kalor dinyatakan sebagai heating value, dinyatakan dalam kkal/kg atau joule/kg, merupakan banyaknya kalori yang dihasilkan oleh briket tiap satuan berat (dalam kilogram). Nilai kalor diukur dengan menggunakan alat bomb
calorimeter dihitung dengan rumus :
HHV = (T2 - T1 - 0.05) Cv ×0.239 kal ... (1) Dimana:
HHV = kualitas nilai kalor (kal/g)
0,05 = kenaikan temperatur kawat penyala 1 Joule = 0.239 kal
