TINJAUAN PUSTAKA
Energi
Menurut Kadir (1995), energi adalah tenaga atau gaya untuk berbuat sesuatu, defenisi ini merupakan perumusan yang lebih luas dari pada pengertian energi pada umumnya dianut di dunia ilmu pengetahuan, dalam pengertian sehari hari energi dapat di defenisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja.
Situasi energi di Indonesia tidak lepas dari situasi energi dunia. Konsumsi energi dunia hanya makin meningkat membuka kesempatan bagi Indonesia untuk mencari sumber energi alternatif untuk memenuhi kebutuhannya sendiri. Seperti diketahui Indonesia sangat berkepentingan untuk menggantikan sumber daya energi minyak dengan sumber daya energi lainnya, karena minyak merupakan sumber daya energi yang menghasilkan devisa selain gas alam oleh karena itu, sektor sektor perekonomian yang memanfaatkan minyak sedapat mungkin menggantikannya dengan sumber daya lain seperti gas alam, batubara, panas bumi, tenaga air dan biomassa yang tersedia dalam jumlah besar
(Reksohadiprojo, 1998). Bahan Bakar
Sepanjang sejarah, berbagai jenis bahan telah digunakan sebagai bahan bakar (bergantung pada ketersediannya di suatu wilayah tertentu). Berikut ini adalah beberapa jenis bahan bakar yang kita gunakan, minyak jelantah, gas alam, propane, etanol, methanol, biomassa (Walker, 2008).
Biomassa
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 lebih kurang 75 %), lignin (lebih kurang 25%) dimana beberapa tanaman komposisinya berbeda beda.
Energi biomassa menjadi sumber energi alternatif pengganti bahan bakar fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan yaitu, dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbaharui, relatif tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara juga dapat meningkatkan efesiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian
(Widardo dan Suryanta, 1995).
Biomassa adalah satu-satunya sumber energi terbarukan yang dapat diubah menjadi bahan bakar cair - biofuel – untuk keperluan transportasi (mobil, truk, bus, pesawat terbang dan kereta api), diantara jenis biofuel yang banyak dikenal adalah biogas, biodiesel dan bioethanol.
Biodiesel
solar, yaitu bebas sulfur, bilangan asap yang rendah memiliki cetane number yang lebih tinggi sehingga pembakaran lebih sempurna (clear burning) memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin dan dapat terurai (biodegradabe) sehingga tidak menghasilkan racun (Amaru dkk., 2004).
Gambar 1. Jenis biomassa biodiesel
Menurut hasil penelitian BBPT, biodiesel bisa langsung digunakan 100% sebagai bahan bakar pada mesin diesel tanpa memodifikasi mesin dieselnya atau dalam bentuk campuran dengan solar pada berbagai konsentrasi mulai dari 5%. Biodiesel membutuhkan bahan baku minyak nabati yang dapat dihasilkan dari tanaman yang mengandung asam lemak seperti kelapa sawit (Crude Palm Oil/CPO), jarak pagar (Crude Jatropha Oil/CJO), kelapa (Crude Coconut Oil/CCO), sirsak, srikaya, kapuk, dll. Indonesia sangat kaya akan sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel (Amaru dkk., 2004).
tanaman ini dapat tumbuh di lahan kritis dan karakteristik minyaknya yang sesuai untuk biodiesel (Amaru dkk., 2004).
Bioetanol
Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroganisme. Bioetanol merupakan bahan bakar dari minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak premium. Untuk pengganti premium, terdapat alternatif gasohol yang merupakan campuran antara bensin dan bioetanol.
Adapun manfaat pemakaian gasohol di Indonesia yaitu : memperbesar basis sumber daya bahan bakar cair, mengurangi impor BBM, menguatkan
security of supply bahan bakar, meningkatkan kesempatan kerja, berpotensi
mengurangi ketimpangan pendapatan antar individu dan antar daerah, meningkatkan kemampuan nasional dalam teknologi pertanian dan industri, mengurangi kecenderungan pemanasan global dan pencemaran udara (bahan bakar ramah lingkungan) dan berpotensi mendorong ekspor komoditi baru untuk pengembangan bioetanol diperlukan bahan baku diantaranya :
• Nira bergula (sukrosa): nira tebu, nira nipah, nira sorgum manis, nira
kelapa, nira aren, nira siwalan, sari-buah mete
• Bahan berpati : tepung-tepung sorgum biji, jagung, cantel, sagu,
Gamabar 2. Jenis biomassa bioetanol Biogas
Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik dengan bantuan bakteri anaerob pada lingkungan tanpa oksigen bebas. Energi gas bio didominasi gas metan (60% - 70%), karbondioksida (40% - 30%) dan beberapa gas lain dalam jumlah lebih kecil. Gas metan termasuk gas rumah kaca (green house gas), bersama dengan gas karbon dioksida ( CO2 ) memberikan efek rumah kaca yang menyebabkan terjadinya fenomena pemanasan global. Pengurangan gas metan secara lokal ini dapat berperan positif dalam upaya penyelesaian permasalahan global (Daryanto, 2007).
Pada prinsipnya, pembuatan gas bio sangat sederhana, hanya dengan memasukkan substrat (kotoran ternak) ke dalam digester yang anaerob. Dalam waktu tertentu gas bio akan terbentuk yang selanjutnya dapat digunakan sebagai sumber energi, misalnya untuk kompor gas atau listrik. Penggunaan biodigester
berupa pupuk organik. Selain itu, dengan pemanfaatan biodigester dapat mengurangi emisi gas metan ( CH4 ) yang dihasilkan pada dekomposisi bahan organik yang diproduksi dari sektor pertanian dan peternakan, karena kotoran sapi tidak dibiarkan terdekomposisi secara terbuka melainkan difermentasi menjadi energi gas biogas (Daryanto, 2007).
Potensi kotoran sapi untuk dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan gas bio sebenarnya cukup besar, namun belum banyak dimanfaatkan. Bahkan selama ini telah menimbulkan masalah pencemaran dan kesehatan lingkungan. Umumnya para peternak membuang kotoran sapi tersebut ke sungai atau langsung menjualnya ke pengepul dengan harga sangat murah. Padahal dari kotoran sapi saja dapat diperoleh produk-produk sampingan (by-product) yang cukup banyak.
Gambar 3. Jenis biomassa biogas
Sebagai contoh pupuk organik cair yang diperoleh dari urine mengandung auksin cukup tinggi sehingga baik untuk pupuk sumber zat tumbuh. Serum darah sapi dari tempat-tempat pemotongan hewan dapat dimanfaatkan sebagai sumber nutrisi bagi tanaman, selain itu dari limbah jeroan sapi dapat juga dihasilkan aktivator sebagai alternatif sumber dekomposer.
dari limbah pertanian, perkebunan, kehutanan, limbah ternak dan limbah kota (sampah). Energi biomassa ini dipakai baik sebagai pembangkit listrik, 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).
Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq.)
Taksonomi dari tanaman kelapa sawit adalah : Devisi : Tracheophyita
Subdevisi : Ptereopsida Kelas : Angiospermeae Subkelas : Monocotyledoneae Ordo : Cocoideae
Famili : Palmeae Subfamili : Cocoideae Genus : Elaeis
Spesies : Elaeis guineensis Jacq
Varietas kelapa sawit digolongkan berdasarkan (Fauzi, 2004) :
1. Ketebalan tempurung dan daging buah, diantaranya yaitu Dura, Pisefera, Tenera, Macro Carya dan Diwikka Wakka.
2. Warna kulit buah yaitu : Nigrescens, Virescens dan Albescens.
minyak kelapa sawit kasar atau CPO (Crude Palm Oil) sedangkan minyak yang kedua berasal dari inti kelapa sawit tidak bewarna, dikenal sebagai minyak inti kelapa sawit atau PKO (Palm Kernel Oil). Minyak yang kedua ini komposisi kimia dan warnanya hampir sama dengan minyak kelapa yiur, disamping minyak, buah kelapa sawit juga menghasilkan bahan padatan berupa sabut, cangkang dan tandan buah kosong kelapa sawit. Bahan padatan ini dimanfaatkan untuk sumber energi, pupuk, makanan ternak dan bahan untuk industri
(Mangoensoekarjo dan Semangun, 2003).
Gambar 4. Kelapa sawit
Buah kelapa sawit secara umum terbagi dalam 3 bagian utama yaitu : a. Kulit buah
Merupakan bagian terluar buah kelapa sawit. Bagian ini berfungi sebagai pelindung mesokarp.
b. Daging buah
Merupakan bagian utama buah kelapa sawit karena dari inilah minyak kelapa sawit mentah (CPO) akan diperoleh.
Tempurung merupakan bagian buah kelepa sawit yang berfungsi melindungi inti.
d. Inti buah kelapa sawit (endosperm)
Kernel merupakan bagian terpenting kedua setelah meskarp, dari inti inilah akan dihasilkan PKO (Mustafa, 2004).
Cangkang Kelapa Sawit
Perkembangan areal perkebunan kelapa sawit yang diiukuti dengan pembangunan pabrik yang cukup pesat, akan mempengaruhi lingkungan sekitarnya terutama badan air penerima limbah. Limbah pabrik minyak sawit terdiri atas limbah padat dan limbah cair, Limbah padat adalah TBK ( tandan buah kosong ) ampas serabut dan cangkang.
Tempurung (cangkang ) biji kelapa sawit, selain digunakan sebagai bahan bakar atau arang juga digunakan sebagai pengeras jalan. Cangkang kelapa sawit termasuk bahan berlignoselulosa yang berkadar karbon tinggi dan mempunyai berat jenis yang lebih tinggi dari pada kayu yang mencapai 1,4 g/ml, sehingga karakteristik ini memungkinkan bahan tersebut baik untuk dijadikan arang. Nilai energi panas cangkang juga tinggi sebesar 20.093 kJ/kg( Anonim, 2005).
Gamabar 5. Cangkang kelapa sawit
Komponen terbesar dalam limbah padat tersebut adalah selulosa, disamping komponen lain yang mungkin kecil seperti abu, hemiselulosa dan lignin.
Tabel 1. Komposisi kimia cangkang kelapa sawit
Komposisi Kadar % Komposisi Kadar %
Abu 15 Abu 15
Hemiselulosa 24 Hemiselulosa 24
Selulosa 40 Selulosa 40
Lignin 21 Lignin 21
Sumber : Fauzi, 2004
Pada industri minyak sawit, setiap harinya dihasilkan limbah berupa tandan kosong sawit dan cangkang. Cangkang yang dihasilkan sebanyak 7 % per ton tandan buah segar (TBS) atau sekitar 50,4 ton setiap harinya, dengan asumsi kapasitas produksi 30 ton/jam dengan waktu operasi 24 jam perhari (Santi, 2000). Limbah Kelapa Sawit (Sludge)
dilakukan dengan baik. Pengendalian limbah pabrik sawit dapat dilakukan dengan cara pemanfaatan, pengurangan volume limbah dan pengawasan mutu limbah (Naibaho, 1996).
Industri pengolahan buah kelapa sawit menjadi minyak sawit atau CPO (Crude Palm Oil) dan inti sawit juga akan menghasilkan limbah yang terdiri limbah padat, limbah cair dan gas. Limbah cair dan padat PKS merupakan bahan organik yang mengandung hara yang diperlukan oleh tanaman, oleh karena itu aplikasi limbah padat dan cair tersebut merupkan usaha daur ulang sebagian hara (nutrient recycling) yang terikut melalui panen tandan buah segar (TBS) kelapa sawit, sehingga akan mengurangi biaya pemupukan yang tergolong sangat tinggi untuk budidaya tanaman kelapa sawit (Nainggolan dan Susilawati, 2011).
Indonesia merupakan negara pertanian, dimana hasil limbahnya masih belum dimanfaatkan dengan maksimal. Salah satu limbah yang cukup besar potensinya yang sampai saat ini belum diketahui kegunaannya limbah kelapa sawit (Kume, 1991).
Kolam pengendapan lumpur (sludge recover pond) lumpur yang berasal dari limbah industri pabrik kelapa sawit yaitu serat serat halus dari TBS ikut serta dalam limbah cair, untuk itu perlu dilakukan pengendapan dikolam ini (Nainggolan dan Susilawati, 2011).
Limbah ini paling banyak terdapat dalam bentuk tandan kosong (empety fruitbunch), serabut sisa perasan ( palm press fiber) dan residu minyak kotor (sludge) yang terdapat dalam bentuk lumpur (Loebis,1997).
sawit mengandung bahan organik (85 %), protein (5 -18 %), lemak (0,3 %) dan mineral lainnya.
Gambar 6. Limbah kelapa sawit
Limbah perkebunan kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan dari sisa tanaman yang tertinggal pada saat pembukaan areal perekbunan, peremajaan dan panen kelapa sawit. Limbah ini digolongkan dalam tiga jenis yaitu limbah padat, limbah cair, dan limbah gas.
a. Limbah padat
Salah satu jenis limbah padat industri kelapa sawit adalah tandan kosong kelapa sawit dan cangkang kelapa sawit. Limbah padat mempunyai ciri khas pada komposisinya.
b. Limbah cair
lumpur juga tinggi yaitu PH berkisar 3- 5. Beberapa hasil analisis bahwa
sludge limbah kelapa sawit mengandung bahan oganik (85 %). c. Limbah gas
Selain limbah padat dan cair, industri pengolahan kelapa sawit juga menghasilkan limbah bahan gas. Limbah bahan gas ini antara lain gas cerobong dan uap air buangan pabrik kelapa sawit (Amir, 2003).
Proses Karbonisasi
Karbonisasi atau pengarangan adalah proses mengubah bahan menjadi karbon bewarna hitam melalui pembakaran dalam ruang tertutup dengan udara yang terbatas atau seminimal mungkin. Proses pembakaran dikatakan sempurna jika hasil pembakaran berupa abu dan seluruh energi didalam bahan organik dibebankan ke lingkungan dengan perlahan. Secara ringkas proses karbonisasi dapat ditampilkan dalam bagan ( Kurniawan dan Marsono, 2008 ).
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 – 310o 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.
4. Pada suhu 500 -100 o C merupakan tahapan dari pemurnian arang atau kadar karbon (Sudrajat, 1994).
Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), pelaksanaan karbonisasi meliputi teknik yang paling sederhana hingga yang paling canggih. Metode karbonisasi yang paling sederhana dilakukan adalah metode pengarangan dalam drum. Arang yang dihasilkan lebih hitam jika dibandingkan dengan metode pengarangan lainnya dan yang dicapai mendekati angka 50 – 60 % dari berat semula. Drum bekas aspal atau oli yang masih baik digunakan untuk membuat arang. Bagian alas drum dilubangi kecil – kecil degan paku atau bor besi dengan jarak 1 cm x 1 cm, sehingga selanjutnya bahan baku dimasukkan kedalam drum, lalu api dinyalakan lewat bawah drum yang berlubang. Apabila asap mulai keluar, berarti pembakaran bahan baku telah berlangsung.
Ayakan
Pengayakan adalah yang paling terkenal dan paling banyak dilaksanakan untuk memisahkan campuran 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 diatas ayakan dan bagian bagian yang lebih halus jatuh melalui lubang (Bergeiyk dan Liedekerken, 1981).
korosi maupun karena maupun gesekan. Selain selama proses pengayakan ukuran lubang ayakan harus tetap konstan (Bernasconi dkk., 1995).
Dua skala yang digunakan untuk mengkalasfikasikan ukuran partikel adalah US Saringan Seri dan Tyler Ukuran Mesh atau Standard Sieve Series. Sistem nomor mesh adalah ukuran dari berapa banyak lubang yang ada per inci (AGM, 2011).
Perekat
Berdasarkan sumber dan komposisi kimianya, perekat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
1. Perekat yang berasal dari tumbuhan seperti kanji 2. Perekat yang berasal dari hewan seperti perekat kasein
3. Perekat sinetik yaitu yang dibuat dari bahan sintetis contohnya urea formaldehid ( Hartomo, 1992).
Penggunaan bahan perekat dimasukkan untuk menarik air dan membentuk tekstur yang padat atau mengikat dua substrat yang akan direkatkan dengan adanya bahan perekat maka susunan partikel akan semangkin baik, teratur dan lebih padat sehingga dalam proses pengempaan keteguhan tekan dan arang briket akan semangkin baik ( Silalahi, 2000).
dipanaskan sampai berbentuk jeli. Pencampuran kanji dengan serbuk arang diupayakan dengan dengan merata dengan cara manual. Pencampuran dilakukan dengan meremas remas menggunakan tangan. Secara maksimal dilakukan oleh alat mixer (Badan penelitian dan pengembangan kehutanan, 1994).
Menurut Hartono (1992) keuntungan perekat kanji adalah perekat yang serbaguna, setting pada suhu kamar, cepat lekat, sedangkan kelemahannya adalah tidak tahan cuaca, lembab atau perubahan suhu. Bila basah akan cepat rusak oleh organisme.
Briket
Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), briket merupakan gumpalan arang yang terbuat dari bahan lunak yang dikeraskan. Faktor faktor yang mempengaruhi sifat briket arang adalah berat jenis bahan atau berat jenis serbuk arang. Kehalusan serbuk suhu karbonisasi, tekanan pengempaan dan pencamuran formula bahan baku briket. Proses pemberiketan adalah proses pengolahan yang mengalami perlakuan penumbukan, pencampuran bahan baku, pencetakan dengan system hidrolik dan pengeringan pada kondisi tertentu, sehingga diperoleh briket yang mempunyai bentuk, ukuran fisik dan sifat kimia terentu.
1. Bahan baku
Briket dapat di buat bermacam macam bahan baku, seperti ampas tebu, sekam padi, serbuk gergaji dll. Bahan utama yang harus terdapat di dalam bahan baku adalah selulosa. Semangkin tinggi kandungan selulosa semangkin baik kualitas briket, briket yang mengandung zat terbang yang terlalu tinggi cendrung mengeluarkan asap dan bau tidak sedap.
2. Bahan perekat
Untuk merekatkan partikel partikel zat dalam bahan baku pada proses pembuatan briket maka diperlukan zat perekat sehingga dihasilkan briket yang kompak.
Bioarang merupakan sumber energi biomassa yang ramah lingkungan dan biodegradable. Briket arang berfungsi sebagai pengganti bahan bakar minyak, baik itu minyak tanah, maupun elpiji. Biomassa ini merupakan sumber energi masa depan yang tidak akan pernah habis, bahkan jumlahnya bertambah, sehingga sangat cocok sebagai sumber bahan bakar rumah tangga (Basrianta, 2007).
Ada beberapa tahap yang penting yang perlu dilalui dalam pembuatan arang briket yaitu, pembuatan serbuk arang, pencampuran serbuk arang dengan perekat, pengempaan dan pengeringan (Rustini, 2004).
1. Pembuatan serbuk arang
ukuran serbuk arang diperoleh kecenderungan bahwa makin kecil ukuran serbuk serbuk makin tinggi pula kerapatan dan keteguhan tekan briket arang. 2. Pencampuran serbuk arang dengan perekat
Tujuan pencampuran serbuk arang dengan perekat adalah untuk memeberikan lapisan tipis dari perekat pada permukaan partikel arang. Tahap ini merupakan tahap penting dan menentukan mutu arang briket yang dihasilkan. Campuran yang dibuat tergantung pada ukuran serbuk arang macam perekat, jumlah perekat dan tekanan pengempaan yang dilakukan. Proses perekatan yang baik ditentukan oleh hasil pencampuran bahan perekat yang dipengaruhi oleh bekerjanya alat pengaduk (mixer), komposisi perekat yang tepat dan ukuran pencampuran.
3. Pengempaan
Pengempaan pembuatan briket arang dapat dilakukan dengan alat pengepres tipe compression atau extrusion. Tekanan yang diberikan untuk pembuatan briket arang dibedakan menjadi dua cara yaitu melampui batas elastisitas bahan baku. Pada umumnya, semangkin tinggi tekanan yang diberikan akan memberi kecenderungan menghasilkan briket arang dengan kerapatan dan keteguhan yang semangkin tinggi pula.
4. Pengeringan
oven. Tujuan pengeringan adalah agar arang menjadi kering dan kadar airnya dapat disesuaikan dengan ketentuan kadar air briket arang yang berlaku.
Syarat briket yang baik adalah briket yang permukaannya halus dan tidak meninggalkan bekas hitam ditangan. Selain itu, sebagai bahan bakar briket juga harus memenuhi kriteria yaitu mudah dinyalakan, emisi gas hasil pembakaran tidak mengandung racun, kedap air dan tidak berjamur bila disimpan dalam waktu yang lama dan menunjukkan upaya laju pembakaran yang baik.
Gambar 7. Biobriket arang
Briket yang baik juga harus memenuhi standard yang telah ditentukan kualitas briket yang dihasilkan menurut standard mutu Inggris dan Jepang dapat dilihat pada tabel berikut. Sebagai data pembanding, sehingga dapat diketahui kualitas briket yang dihasilkan dalam penelitian ini. Kualitas mutu briket dapat di lihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Kualitas mutu briket arang Jenis Analisa Briket Arang
Inggris Jepang Amerika Indonesia
Kadar air (%) 3,59 6-8 6,2 7,57
Kadar abu (%) 5,9 3-6 8,3 5,51
Kegunaan dan Keunggulan Biobriket Arang
Kegunaan arang briket yang banyak digunakan oleh masyarakat antara lain untuk membakar daging di hotel, restoran atau konsumsi kelompok masyarakat tertentu dalam selera eksklusif di negara yang memiliki empat musim, briket arang bisa digunakan sebagai pemanas ruangan. Untuk industri kecil dan menengah sebagai sumber energi misalnya pada pembuatan plat baja, keramik, kaca, pengrajin, pandai besi dan lain lain (Balitbang, 1994).
