BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pertumbuhan perkebunan kelapa sawit di Indonesia cukup besar. Pada tahun 2011 luas areal kelapa sawit Indonesia mencapai 8,91 juta ha, dengan rincian luas areal Perkebunan Besar Swasta sebesar 4,65 juta ha (52,22%), luas areal Perkebunan Rakyat sebesar 3,62 juta ha (40,64%), dan luas areal Perkebunan Besar Negara sebesar 0,64 juta ha (7,15%) [1].
Kelapa sawit merupakan salah satu tanaman perkebunan yang mempunyai peran penting bagi subsektor perkebunan. Pengembangan kelapa sawit antara lain memberi manfaat dalam peningkatan pendapatan petani dan masyarakat, produksi yang menjadi bahan baku industri pengolahan yang menciptakan nilai tambah di dalam negeri, ekspor CPO yang menghasilkan devisa dan menyediakan kesempatan kerja [2].
Tanaman kelapa sawit saat ini tersebar di hampir seluruh provinsi di Indonesia. Provinsi Riau pada Tahun 2014 dengan luas areal seluas 2,30 juta ha merupakan provinsi yang mempunyai perkebunan kelapa sawit terluas disusul berturut-turut Provinsi Sumatera Utara seluas 1,39 juta ha, Provinsi Kalimantan Tengah seluas 1,16 juta ha dan Provinsi Sumatera Selatan dengan luas 1,11 juta ha serta provinsi-provinsi lainnya [2].
Saat ini masih terus dilakukan pengkajian terhadap pemanfaatan potensi limbah perkebunan kelapa sawit dan pabriknya yang berlimpah untuk menghasilkan berbagai produk yang bermanfaat dan bernilai ekonomis. Limbah padat perkebunan kelapa sawit berupa pelepah sawit sejauh ini masih dimanfaatkan hanya sebagai pakan ternak. Pelepah sawit memiliki komposisi selulosa, hemiselulosa dan lignin berturut-turut sebesar 34,89%, 27,14%, dan 19,87% [3]. Dengan komposisi tersebut dan dengan jumlah pelepah yang dihasilkan cukup besar per tahunnya, maka limbah pelepah sawit memiliki potensi cukup besar untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan asap cair yang memiliki nilai ekonomis lebih tinggi.
Asap cair terbentuk dari kondensasi asap melalui proses pirolisis konstituen kayu seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin [4]. Kualitas asap cair hasil pirolisis ini tergantung pada bahan baku (jenis kayu), suhu pirolisis, ukuran partikel kayu, dan kadar air kayu [5, 6]. Ukuran partikel kayu yang lebih kecil memberikan laju yang lebih tinggi pada reaksi pirolisis cepat, tetapi partikel yang terlau kecil sulit untuk ditangani [7].
Kadar air dalam bahan baku akan menentukan kualitas asap cair yang dihasilkan. Kadar air yang terlalu tinggi akan mengurangi kualitas asap cair yang diproduksi karena tercampurnya hasil kondensasi uap air dengan asap cair yang dihasilkan sehingga menurunkan kadar fenol [6]. Penelitian yang telah dilakukan dengan menggunakan sampel kulit kayu durian menyebutkan bahwa yield asap cair maksimum dihasilkan pada kondisi kadar air bahan baku 13,95% [8].
Penelitian mengenai pengaruh temperatur pirolisis terhadap karakter asap cair telah dilakukan dengan menggunakan sampel batok kelapa. Penelitian dilakukan pada temperatur pirolisis dengan range dari 150 sampai 450 oC. Hasilnya, konsentrasi asam asap cair tertinggi didapatkan pada temperatur pirolisis 150-200 oC dan konsentrasi terendah didapatkan pada temperatur pirolisis 351-450 oC. Konsentrasi tar tertinggi (1,03% v/m) didapatkan pada temperatur pirolisis 276-350 o
tanaman, deodoran, farmasi, antijamur dan mikroba [10]. Manfaat lain dari asap cair yaitu dapat digunakan untuk mengendalikan hama penyakit tanaman [11] dan juga dapat digunakan untuk perbaikan kualitas tanah dan tanaman [12].
Asap cair memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan teknik pengasapan tradisional dalam hal kemudahan aplikasi, kecepatan, keseragaman produk, reproduktifitas baik dari karakteristik yang diperoleh dalam hasil akhir pengasapan makanan, dan penghilangan harzardous polycyclic aromatic hydrocarbons [13]. Efek pengawet dalam pengasapan makanan dapat dilakukan karena adanya senyawa antimikroba dan antioksidan, seperti aldehida, asam karboksilat dan fenol [14].
Rangkuman beberapa penelitian terdahulu mengenai pembuatan asap cair dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Rangkuman penelitian terdahulu
Penulis / Various Types of Agricultural Waste Asap Cair Hasil Pirolisis Limbah Padat Kelapa Sawit
Cangkang, tandan kosong, janjang / 150 gram; 500 oC; 5 jam
Rendemen rata-rata: Cangkang = 52,02%w/w Tankos = 29,59%w/w Janjang = 34,88%w/w
Ayudiarti, kelapa; 500 gram; 8 jam; 227- 251,8oC
Rendemen asap cair : 48,10 %
Penulis / Lamtoro Wood and Corn Cob
Bongkol Jagung, Kayu Lamtoro /
Tongkol jagung : Yield : 1,5 liter
Effect of Pyrolisis Temperature and Production of Liquid Smoke from Bark of Durio by Studying Its Potential Compounds
Kulit kayu durian / 350- 450 oC ; diperoleh pada kondisi operasi 421oC, waktu pirolisis 72,9 menit dan kadar air 13,95% dengan yield sebesar 39,46%. Senyawa dominan dalam asap cair yaitu asam asetat dan komponen utama lainnya yaitu metil alkohol, 2-propanon, 1-hidroksi(asetol), turunan karbonil, dan turunan fenol.
Zhou, et. al. / 2013
Effect of reaction temperature, time and particle size on switchgrass
micowave pyrolysis and reaction kinetics
Switchgrass / ukuran partikel : 0,5, 1, 2, 3 dan 4 mm ; 515 – 690 o
C; 4 – 22 menit; 100 gram
Yield bio-oil tertinggi yaitu 36,3 %, diperoleh pada temperatur pirolisis 650 oC, waktu tinggal 18 menit dan ukuran partikel 3 mm.
Bennadji, et. al. / 2014
Effect of particle size on low temperature
Kayu pinus ; diameter partikel 3,81 mm dan 2,54
Penulis /
Effect of biomass particle size on yield and composition of pyrolysis bio-oil derived from Chinese tallow tree
(Triadica sebifera
Ukuran partikel : 0,5 ; 1,4 ; 2,4 dan 4,4 mm; 550 oC; 35 menit
Hasil bio-oil paling banyak didapatkan pada ukuran partikel 0,5 – 1,4 mm. Komposisi bio-oil tidak berubah secara signifikan dengan berubahnya ukuran partikel. Perbedaan ukuran partikel
berpengaruh signifikan terhadap kadar air bio-oil. Yang, et. all
/ 2007 [18]
Characteristic of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolisis
Hasil analisis TGA : pirolisis hemiselulosa dan selulosa berlangsung cepat dengan kehilangan berat paling banyak terjadi pada suhu 220-315 oC dan 315-400 oC, lignin paling sulit terdekomposisi dan kehilangan berat terjadi pada rentang suhu yang luas yaitu 160-900 oC. Gas utama hasil pirolisis 3 komponen ini yaitu CO2, CO, CH4, dan beberapa gas organik. Punsuwan
dan
Tangsathitku lchai / 2014
Product
characterization and kinetics of biomass pyrolysis in a three-zone free-fall reactor
Cangkang sawit (CS), cangkang kernel (CK), residu pulp cassava (RPC); ukuran partikel 0,18 – 1,55 mm
Dari Tabel 1.1 dapat dilihat bahwa asap cair dapat dibuat melalui pirolisis berbagai jenis biomassa dan dengan kondisi operasi yang berbeda. Kondisi operasi yang dipakai pada proses pembuatan asap cair yaitu pada rentang suhu 150 oC hingga 500 oC dengan waktu pirolisis tercepat 75 menit dan terlama 8 jam, serta dengan umpan sebanyak 150 gram hingga 8 kg.
Dengan melihat banyaknya manfaat asap cair dan sumber biomassa yang ada, maka perlu dilakukan penelitian tentang pembuatan asap cair dan mengetahui kondisi operasi yang baik untuk menghasilkan asap cair dari limbah pelepah kelapa sawit.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan diketahui bahwa masih belum ada penelitian tentang pembuatan asap cair dari bahan baku serbuk pelepah kelapa sawit. Pengecilan ukuran bahan baku dapat mempengaruhi laju pemanasan, dimana semakin kecil ukuran partikel maka laju pemanasan akan semakin tinggi sehingga waktu yang diperlukan untuk memperoleh hasil asap cair lebih sedikit. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan digunakan pelepah kelapa sawit dalam bentuk serbuk sebagai bahan baku dalam pembuatan asap cair dengan proses pirolisis.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh temperatur dan waktu pirolisis terhadap rendemen dan kualitas asap cair yang dihasilkan dari pirolisis serbuk pelepah kelapa sawit.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dalam penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Bagi Peneliti
Dapat memberikan wawasan tambahan dalam bidang ilmu pengetahuan terkait penerapannya dalam mengkonversi limbah padat menjadi suatu produk baru yang bernilai ekonomis lebih baik.
3. Bagi Masyarakat
Dapat menggunakan asap cair sebagai alternatif baru pengawetan makanan selain pengasapan dan memberikan tambahan informasi bahwa limbah pelepah sawit dapat diolah menghasilkan produk baru yang lebih bernilai ekonomis dibandingkan hanya dijadikan sebagai pakan ternak.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Persiapan bahan baku untuk pembuatan asap cair dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, dan proses pirolisis dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Sedangkan lokasi untuk analisis asap cair yang dihasilkan dilakukan di Laboratorium Kimia Analisa, Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi Universitas Sumatera Utara, dan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan.
Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 12 bulan. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Variabel tetap:
a. Bahan baku: pelepah kelapa sawit b. Berat bahan baku : 500 gram
c. Bahan baku berbentuk serbuk dengan ukuran 32 - 50 mesh d. Waktu pengendapan : 2x24 jam
2. Variabel bebas:
a. Suhu pirolisis : 150 oC, 200 oC, dan 250 oC
b. Waktu pirolisis : 30 menit, 60 menit, dan 90 menit
Analisis yang akan dilakukan di dalam penelitian ini meliputi analisis pada bahan baku dan produk asap cair yang dihasilkan yaitu:
1. Analisis karakteristik bahan baku 2. Analisis kadar air bahan baku 3. Analisis kadar asam asap cair 4. Analisis kadar fenol total asap cair 5. Pengukuran pH asap cair
