1
MODUL
PROSES PEMBUATAN
BIOBRIKET DAN
ASAP CAIR
Disusun oleh: Deddy Misdarpon, S.Pd., MT Drs. Hadi Prasetyo.,MT Editor oleh: Niamul Huda, ST., M.Pd Didukungi oleh:TEACHING BIOMASS TECHNOLOGIES
AT MEDIUM TECHNICAL SCHOOLS
Dikembangkan oleh:
ETC Foundation the Netherlands
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Bidang Mesin dan Teknik Industri/ TEDC Bandung
Maret 2014
DIKLAT TEKNOLOGI BIOBRIKET BAGI GURU
2 KATA PENGANTAR
Buku Modul ini dimaksudkan untuk memandu peserta pendidikan dan pelatihan kompetensi untuk melaksanakan tugas kegiatan belajar di tempat diklat ataupun di tempat masing-masing. Dengan demikian diharapkan setiap peserta diklat akan berusaha untuk melatih diri memecahkan berbagai persoalan sesuai dengan tuntutan kompetensi yang akan dipilih.
Di dalam buku modul ini diberikan kegiatan belajar, tugas- tugas dan tes formatif dimana seluruh kegiatan tersebut diharapkan dikerjakan/dilakukan secara man-diri/kelompok oleh setiap peserta diklat untuk melatih kemampuan dirinya dalam memecahkan berbagai persoalan
Dalam pelaksanaanya seluruh kegiatan dilakukan oleh setiap peserta/siswa dengan arahan Pembimbing/Instruktur yang ditugaskan, dan pada akhir diklat seluruh materi dari modul ini akan diujikan secara mandiri untuk memenuhi tuntutan kompetensi dan standar pekerjaan/perusahaan.
Materi pembelajaran atau bahan dari modul dan tugas-tugas ini diambil dari be-berapa buku referensi yang dipilih dan juga buku referensi tersebut sebagai bahan bacaan yang dianjurkan untuk memperkaya penguasaan kompetensi peserta diklat.
Diharapkan setiap peserta pelatihan setelah mempelajari dan melaksanakan semua petunjuk dari modul ini secara tuntas, akan mempunyai kompetensi sesuai dengan tuntutan pekerjaan sebagai tenaga pelaksana pemeliharaan Teknik Energi Terbarukan.
Bandung, 13 Maret 2014 Kepala PPPPTK BMTI,
Dr. Dedy H. Karwan, MM NIP. 19560930 198103 1 003
3
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iii
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ... iv
a. Petunjuk Umum b. Petunjuk bagi peserta Diklat c. Peran Instruktur/ Guru d. Petunjuk Pembelajaran BAB I. PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan Pembelajaran ………. 2
C. Standar Kompetensi dan Kompetensi Dasar ……….. 2
D. Indikator Keberhasilan ………. 3
BAB II. KEGIATAN PEMBELAJARAN ... 4
KEGIATAN BELAJAR 1. PEMBUATAN BRIKET ARANG TEMPURUNG ... 4
1. Uraian Materi ... 4
2. Tugas Latihan ... 18
3. Rangkuman ... 21
4. Evaluasi Materi ... 23
5. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ... 24
KEGIATAN BELAJAR 2. PEMBUATAN ASAP CAIR 1. Uraian Materi ... 25
2. Tugas Latihan ... 49
3. Rangkuman ... 50
4. Evaluasi Materi ... 55
5. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ... 56
4
1. Uraian Materi ... 57
2. Tugas Latihan ... 66
3. Rangkuman ... 67
4. Evaluasi Materi ... 69
5. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ... 70
KEGIATAN BELAJAR 4. PENGUJIAN ASAP CAIR 1. Uraian Materi ... 71
2. Tugas Latihan ... 109
3. Rangkuman ... 110
4. Evaluasi Materi ... 111
5. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ... 112
BAB III. PENUTUP ... 113
A. KUNCI JAWABAN ... 114
B. INSTRUMEN PENILAIAN KELULUSAN ... 118
DAFTAR PUSTAKA ... 120
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL
A. Umum
5 2. Pelajari dahulu seluruh materi yang ada dari setiap Kegiatan Belajar,
kemudian pelajari juga dari refferensi yang lain, sesuai dengan yang disarankan.
3. Anda diwajibkan untuk mengikuti seluruh Kegiatan Belajar yang ada pada Modul ini sebagai Kompetensi minimal, dari program diklat yang diselenggarakan.
4. Untuk mempertajam pemahaman, anda diwajibkan mengerjakan soal-soal yang telah disediakan pada bagian akhir dari setiap kegiatan belajar setelah anda selesai mempelajari bagian dimaksud.
5. Untuk dapat melanjutkan kegiatan, anda harus mampu menjawab dengan benar minimal 80 persen dari soal-soal yang ada.
6. Penguasaan /kompetensi anda akan diukur lebih lanjut melalui Post-Test secara terpisah oleh Instruktor/Pembimbing.
B. Petunjuk Bagi Peserta Diklat
a. Pelajari materi pada setiap kegiatan belajar dengan seksama. b. Siapkan alat bantu sebelum memulai melaksanakan pekerjaan. c. Siapkan peralatan alat keselamatan kerja dengan benar.
d. Kerjakan lembar latihan yang terdapat pada bagian akhir dari setiap kegiatan belajar.
e. Koreksi hasil jawabanmu dengan mencocokkan kunci jawaban yang terdapat pada bagian akhir modul ini.
f. Jika jawaban anda belum mencapai standar nilai minimal 80% maka anda dinyatakan belum kompeten, selanjutnya pelajari ulang pada materi tersebut dengan teliti hingá anda yakin telah memperoleh nilai minimal 80.
g. Setelah selesai melakukan semua kegiatan belajar pada modul ini dengan memperoleh nilai rata-rata minimal 80, maka anda telah dinyatakan kompeten dalam proses pembuatan dan pengujian biobriket dan asap cair.
6
BAB I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Data Asia Pasific Coconut Community (APCC) menunjukkan bahwa konsumsi kelapa segar penduduk Indonesia sekitar 36 butir/kapita/tahun atau 7,92 miliar butir (51,1%). Bila produksi buah kelapa nasional sebanyak 15,5 miliar butir/tahun, maka buah kelapa yang dapat diolah di sektor industri adalah 7,57 miliar butir (48,9%). Jumlah ini dapat memenuhi kebutuhan 29 unit industri dengan kapasitas 1 juta butir/hari.
Dari buah kelapa dapat dikembangkan berbagai industri yang menghasilkan produk pangan dan non-pangan mulai dari produk primer yang masih menampakkan ciri-ciri kelapa hingga yang tidak lagi menampakkan ciri-ciri kelapa. Dengan demikian, nilai ekonomi kelapa tidak lagi berbasis kopra.
Keadaan tersebut sudah berkembang di negara-negara lain, seperti di Filipina. Dari total ekspor produk kelapa Filipina (US$ 920 juta), sekitar 49% diantaranya adalah berupa produk bukan coconut crude oil (CCO). Terkait hal itu, secara nasional promosi program diversifikasi di pedesaan untuk menghasilkan produk kelapa setengah jadi yang terkait dengan industri berteknologi tinggi perlu dikembangkan. Produk kelapa yang sudah berkembang di dalam negeri adalah coconut crude oil (CCO) dan turunannya, desiccated coconut (DC), virgin coconut oil (VCO), coconut milk (CM), CF, Activated carbon (AC), dan CCL. Sekitar 90% dari bahan baku daging kelapa digunakan untuk menghasilkan CCO dan sisanya terbagi untuk produk lainnya, tetapi kecenderungan untuk menghasilkan CCO tersebut semakin menurun, sedangkan produk lainnya semakin meningkat. Sesuai dinamika pasar produk, kecenderungan untuk menghasilkan produk oleokimia (OC) turunan dari CCO tampak semakin tinggi.
Produk-produk turunan daging buah selain (OC) yang sangat prospektif untuk berkembang adalah VCO, DC, CM dan CC. Keempat produk ini memiliki konteks pengembangan yang sangat baik. VCO memiliki konteks produk yang dapat meningkatkan kesehatan (daya imunitas tubuh terhadap berbagai penyakit degeneratif) dan bahan baku kosmetik alami yang bernilai tinggi. DC adalah produk campuran makanan yang higienis dan praktis. CM adalah minuman kesehatan yang
7 dapat mensubstitusi susu dan CC adalah bahan yang praktis dan hiegenis untuk keperluan memasak pengganti santan parut manual.
Produk-produk turunan sabut yang prospektif untuk bahan jok mobil mewah, springbed, dan geotextile (GT).
Produk-produk turunan tempurung yang prospektif adalah AC, CCL, tepung tempurung (CP) dan kerajinan. Activated carbon antara lain dapat digunakan untuk industri minyak dan gas, pemurnian air, pengolahan pulp, pupuk dan tambang emas. Ada empat komponen dasar dari buah kelapa, yaitu sabut, tempurung, daging buah dan air yang dapat diolah menjadi berbagai macam produk.
Dalam modul ini yang akan dibahas hanya yang berhubungan dengan tempurungnya saja.
B. Tujuan Pembelajaran
Setelah mempelajari dan mengikuti semua petunjuk kegiatan pembelajaran dalam modul ini, peserta diharapkan mampu memahami prinsip dan melaksanakan :
1) Pembuatan briket arang tempurung 2) Pembuatan asap cair
3) Pengujian biobriket arang tempurung 4) Pengujian asap cair
C. Standar Kompetensi dan Kompetensi Dasar
Standar Kompetensi Kompetensi Dasar
1. Membuat bio briket arang tempurung
1.1. Menyiapkan peralatan utama dan alat batu 1.2. Menyiapkan bahan baku
1.3. Melaksanakan proses pembuatan bio briket 2. Membuat asap cair dari
proses pengarangan tempurung
2.1. Menyiapkan peralatan utama dan alat batu 2.2. Menyiapkan bahan baku
2.3. Melaksanakan proses pembuatan asap cair 3. Melakukan pengujian hasil
bio briket arang tempurung
3.1. Menyiapkan peralatan utama dan alat batu 3.2. Menyiapkan bahan baku
3.3. Melakukan pengujian hasil bio briket tempurung kelapa
4. Melakukan pengujian hasil asap cair/ pyrolisis
4.1. Menyiapkan peralatan utama dan alat batu 4.2. Menyiapkan bahan baku
4.3. Melakukan pengujian hasil asap cair dari proses pengarangan tempurung kelapa
8
D. Indikator Keberhasilan
Terlaksananya pembelajaran peserta diklat meliputi pemahaman prinsip dan melaksanakan :
1. Membuat Bio Briket Arang Tempurung
1.1. Menyiapkan peralatan utama dan alat batu 1.2. Menyiapkan bahan baku
1.3. Melaksanakan proses pembuatan bio briket
2. Membuat Asap Cair dari Proses Pengarangan Tempurung 2.1. Menyiapkan Peralatan utama dan alat batu
2.2. Menyiapkan Bahan Baku
2.3. Melaksanakan proses pembuatan asap cair
3. Melakukan Pengujian hasil Bio Briket Arang Tempurung 3.1. Menyiapkan Peralatan utama dan alat batu
3.2. Menyiapkan bio briket sebagai specimen benda uji 3.3. Melakukan pengujian hasil bio briket tempurung kelapa 4. Melakukan Pengujian Hasil Asap Cair/ Pyrolisis
4.1. Menyiapkan Peralatan utama dan alat batu
4.2. Menyiapkan asap cair grade 1,2, dan 3 debagai specimen benda uji 4.3. Melakukan pengujian hasil asap cair dari proses pengarangan
tempurung kelapa
(Tingkat keberhasilan pembelajaran peserta diklat akan dievaluasi berdasarkan kegiatan pembelajaran yang dikerjakannya)
9
BAB II. KEGIATAN PEMBELAJARAN A. KEGIATAN BELAJAR 1.
PEMBUATAN BRIKET ARANG TEMPURUNG 1. Uraian Materi
o Tempurung
Tempurung kelapa yang dulu hanya digunakan sebagai bahan bakar, sekarang sudah merupakan bahan baku industri cukup penting. Produk yang dihasilkan dari pengolahan tempurung adalah arang, arang aktif, tepung tempurung, dan barang kerajinan. Arang aktif dari tempurung kelapa memiliki daya saing yang kuat karena mutunya tinggi dan tergolong sumber daya yang terbarukan. Selain digunakan dalam industri farmasi, pertambangan, dan penjernihan, arang aktif sekarang sudah dibuat untuk penyaring atau penjernih ruangan untuk menyerap polusi dan bau tidak sedap dalam ruangan. Berdasarkan data ekspor tahun 2003, Indonesia ternyata lebih banyak mengekspor dalam bentuk arang tempurung (56%), sedangkan negara lain dalam bentuk arang aktif.
Pertumbuhan penduduk yang terus meningkat serta laju perkembangan industri menyebabkan meningkatnya penggunaan energi. Selama ini pemenuhan energi berasal dari minyak dan gas bumi yang merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui dan keberadaannya semakin menipis. Untuk mengantisipasi semakin berkurangnya minyak dan gas bumi, mendorong diusahakannya pemanfaatan sumber energi alternatif.
Salah satu sumber energi alternatif yaitu penggunaan briket arang. Tahukah anda tentang arang tempurung kelapa? Mungkin bagi anda yang belum tahu mulai sekarang harus mencari tahu karena briket arang tempurung kelapa ini bisa diolah menjadi sebuah minyak tanah yang mana dijadikan salah satu kebutuhan pokok yang sukar sekali untuk didapatkan sekarang ini mengingat harga jual nya yang cukup tinggi sehingga banyak orang yang beralih untuk lebih memilih gas elpiji.
10 Gambar 1.1. GPotensi Pengembangan Produk Kelapa
Hal ini bisa dijadikan sebagai peluang bisnis briket arang yang mana memberikan keuntungan yang cukup menjanjikan nantinya jika diolah dengan tangan yang benar. Kenaikan harga bbm yang berlangsung belakangan ini nyatanya dapat memberikan efek yang cukup penting untuk penduduk kelompok kalangan bawah.
11 Peluang bisnis ini menyasar karena Kenaikan harga minyak tanah yang melambung tinggi sampai meraih empat kali lipat, ditambah lagi tingkat kecenderungan pemakaian bbm yang makin hari semakin merangkak naik, mendorong beberapa besar penduduk untuk mulai berpaling dari bahan bakar minyak ke pemakaian bahan bakar alternatif.
Perumpamaannya saja potensi pemanfaatan briket arang tempurung kelapa yang sangat memungkinkan apabila dikembangkan sebagai bahan bakar pengganti minyak tanah serta gas elpiji. Melimpahnya sampah tempurung kelapa yang telah tidak terpakai, serta besarnya kandungan daya yang dihasilkan limbah tersebut, membuat banyak sekali warga yang mulai tertarik untuk mengembangkan bahan bakar alternatif berbentuk biobriket dari limbah tempurung kelapa menjadi daya energi alternatif terbarukan.
Pemakaian briket arang tempurung kelapa merupakan langkah pas bagi penduduk untuk kurangi ketergantungan mereka pada bahan bakar fosil layaknya minyak tanah serta gas elpiji, ataupun pemakaian bahan bakar kayu yang tingkat konsumsinya makin hari makin meningkat tajam hingga membahayakan ekologi rimba. Tujuan pasar yang dapat anda bidik saat menjalankan usaha briket arang tempurung yang berdomisili di daerah-daerah terpencil.
Di samping itu, anda juga dapat membidik beberapa pebisnis kuliner yang belakangan ini mulai memakai bahan bakar alternatif berbentuk briket arang untuk kurangi ketergantungan mereka pada bahan bakar minyak tanah serta gas elpiji yang harganya makin hari semakin melambung tinggi.
12 Gambar 1.3. Arang Tempurung dan Briket
o Proses Pembuatan Briket Arang Tempurung Kelapa
Sesungguhnya untuk pembuatan biobriket ini kita dapat menggunakan berbagai macam bahan baku arang yang berupa limbah dan non limbah. Bahan baku briket arang dapat berupa sekam padi, kayu, limbah dari industri penggergajian, dan tempurung kelapa. Saat ini sedang dikembangkan briket arang yang dihasilkan dari tempurung kelapa yang biasanya hanya merupakan limbah pada industri pembuatan minyak kelapa. Perkembangan perkebunan kelapa di Indonesia terus meningkat, pada tahun 1968 luas areal kelapa mencapai 1,595 juta ha menjadi 3,712 ha tahun 1999 dengan volume ekspor minyak kelapa mencapai 735 ribu ton pada tahun 2000 (Anonim, 2003) yang berakibat semakin banyaknya tempurung kelapa yang tidak dimanfaatkan secara optimal dan menjadi limbah industri.
Dengan adanya ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin berkembang, limbah tempurung kelapa ini dapat diproses menjadi produk olahan yang lebih bermanfaat. Pembuatan briket arang dari tempurung kelapa merupakan salah satu cara untuk menanggulangi limbah tempurung kelapa yang dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif.
TEKNOLOGI PENGOLAHAN TEMPURUNG
TEMPURUNG
Arang Tempurung Liquid Smoke
Briket Karbon aktif Karbon
Black Pengawet
Bahan
Bakar KaretFiller AbsorberFilter &
Penggumpalan lateks Ikan Bakso Tahu Cita Rasa Asap Daging Ikan
13 Untuk menghasilkan briket arang, hal utama yang harus dilakukan yaitu pembuatan arang sebagai bahan dasar briket arang. Berbagai macam metoda digunakan untuk menghasilkan arang, baik metode sederhana maupun dengan menggunakan peralatan yang lebih modern.
Sebagian besar masyarakat masih menggunakan metode sederhana untuk menghasilkan arang. Metode ini menggunakan ruang pembakaran berupa lubang di dalam tanah, dapur pengarangan, maupun drum pengarangan. Pembakaran dengan metode ini memakan waktu cukup lama, untuk pembakaran dengan lubang di dalam tanah memerlukan waktu 6 – 7 hari (Palungkun, 2001).
Gambar 1.5. Tungku Pengarangan Sederhana
Peralatan yang lebih modern untuk pembuatan arang dilengkapi dengan alat pengatur suhu pemanasan, sehingga suhu pengarangan dapat diketahui. Selain itu asap yang dihasilkan tidak langsung dibuang ke lingkungan tetapi dikondensasi menjadi asap cair.
14 Gambar 1.6. Tungku Pengarangan Modern
Beberapa keuntungan pembuatan arang dengan metode modern dibandingkan metode sederhana yaitu jumlah arang yang dihasilkan lebih banyak, proses karbonisasi lebih cepat, asap yang dihasilkan selama proses karbonisasi dapat dijadikan asap cair sehingga mengurangi pencemaran lingkungan.
Arang yang dihasilkan dari proses pengarangan dikatakan baik jika arang berwarna hitam merata dan tidak mengandung kotoran. Pada bagian ujung pecahan arangnya bercahaya dan bila dijatuhkan di atas lantai yang keras, pecahan kepingannya menampakkan lingkaran yang terang (Palungkun, 2001).
Jadi ciri arang yang baik untuk biobriket adalah : o arang berwarna hitam merata
o tidak mengandung kotoran
o ujung pecahan arangnya bercahaya
o bila dijatuhkan pada lantai keras, pecahan kepingannya seperti lingkaran terang
Gambar 1.7. Arang Tempurung yang berkualitas
Pada pembuatan briket arang, arang terlebih dahulu dijadikan serbuk, kemudian serbuk arang dicampur perekat dan dicetak. Bentuk dan ukuran briket arang dapat dimodifikasi sehingga lebih praktis dalam penggunaannya sebagai bahan bakar rumah tangga ( Hartoyo dkk, 1978).
15 Dilihat dari manfaat briket arang tempurung kelapa yang dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif, maka dalam proses pembuatannya juga akan dilakukan pengujian untuk mengetahui kualitas briket arang yang dihasilkan.
o PROSES PELAKSANAAN PEMBUATAN BRIKET ARANG TEMPURUNG Penyiapan Bahan Baku
Tempurung kelapa merupakan bagian yang paling keras dari buah kelapa. Tempurung kelapa termasuk golongan kayu keras dengan kadar air sekitar enam sampai sembilan persen (dihitung berdasar berat kering) dan terutama tersusun dari lignin, selulosa dan hemiselulosa (Woodroof, 1970).
Adapun komposisi penyusun tempurung kelapa adalah sebagai berikut: Tabel 1.1. Komposisi penyusun tempurung kelapa
Penyusun Tempurung Jumlah ( % ) Lignin 36,51 Selulosa 33,61 Hemiselulosa 19,27 (Woodroof, 1970)
Briket arang tempurung kelapa dibuat dari bahan baku berupa tempurung kelapa. Pemilihan bahan baku tempurung kelapa yang akan dijadikan arang haruslah tempurung yang bersih dan berasal dari kelapa yang tua. Selain itu bahan harus kering, agar proses pembakarannya berlangsung lebih cepat dan tidak menghasilkan banyak asap (Palungkun, 2001).
MENYIAPKAN TEMPURUNG KELAPA SEBANYAK +/- 250kg, DENGAN KRITERIA : BERSIH, BERASAL DARI KELAPA YANG TUA, DAN KERING
16 Gambar 1.8. Menyiapkan Tempurung Sesuai Kriteria
o PEMROSESAN
PENGARANGAN CARA SEDERHANA
Pengarangan cara sederhana banyak dilakukan oleh masyarakat, karena dengan cirri has kesederhanaannya. Pengarangan sederhana dalam prosesnya hanya akan menghasilkan arang saja, tidak akan menghasilkan asap cair, karena tidak ada proses penampungan asap. Alat yang dipakai untuk pengarangan adalah sebuah drum yang difungsikan sebagai tungku, untuk pengarangan dalam jumlah banyak, dapat menggunakan beberapa tungku pembakaran
Proses Pengarangan :
1. Siapkan tungku pembakaran dan tempurung yang akan dipakai 2. Bersihkan tempurung dari kotoran dan sabut
3. Keringkan tempurung dengan cara dijemur, hingga kadar airnya kira-kira 15%
4. Pengarangan dapat dilakukan dengan cara pengarangan langsung pada tungku tertutup, dengan bahan bakar dibawah tungku tersebut 5. atau pembakaran tempurung yang akan dijadikan arang pada tungku,
kemudian pada saat semua tempurung sudah terbakar, lalu ditutup dengan debu sisa pembakaran atau pasir, sihingga terjadi proses pengarangan. Cara ini tidak memakai bahan bakar tersendiri.
6. Selanjutnya arang tempurung disortir dari bagian pengarangan yang tidak sempurna/ masih mentah.
7. Untuk menghasilkan kualitas arang yang baik, diperlukan pengalaman dan cara-cara yang sesuai dengan cara pengarangan modern
17
Gambar 1.9. Sampel arang tempurung yang belum matang
o PENGARANGAN TEMPURUNG KELAPA CARA MODERN
Bahan baku tempurung yang sudah dipilih kemudian diproses lebih lanjut menggunakan proses pyrolisis. Apabila tempurung kelapa dipirolisis, maka akan terjadi rangkaian proses peruraian penyusun tempurung kelapa tersebut, dan akan menghasilkan arang, tar dan gas (Hartoyo dkk,1978).
a. Pengarangan tempurung Tahap suhu rendah (0o C – 200o C)
Reaksi yang terjadi pada bagian ini adalah reaksi endotermis, yaitu reaksi yang menyerap panas, artinya panas yang dihasilkan dari reaksi tersebut lebih rendah dari panas yang diterima. Reaksi ini pada intinya adalah proses menguapkan air, walaupun titik didih air adalah 100o C tetapi untuk menguapkan air yang berada di
dinding sel diperlukan suhu sampai 200o C.
Pada tahap ini, meskipun lambat terjadi pula proses dekomposisi kayu. Walaupun kekuatan kayu naik seiring dengan menurunnya kadar air kayu, namun perlahan-lahan akan menurun jika sudah di atas 100o C. Proses prengarangan
berjalan pelan namun kayu tempurung tidak sampai terbakar. Kelembaban tinggi akibat proses penguapan air.
18 Gambar 1.10. Proses memasukkan tempurung pada tungku pengarangan
sesuai dengan kapasitas tungkunya
b. Pengarangan Tahap Suhu Tinggi (di atas 200o C)
Tahap ini merupakan reaksi eksotermis , yaitu reaksi yang menghasilkan panas artinya panas yang dihasilkan dari reaksi ini lebih besar dari yang diterima.
Pada tahap ini proses dekomposisi meningkat pesat, dimulai dari terjadinya proses dekomposisi komponen kayu misalkan hemiselulosa, selulosa dan lignin.
Hemiselulosa terdekomposisi pada suhu 200o C - 250o C, selulosa mulai 280oC dan
berakhir pada 300o C–350o C, sementara lignin mulai terdekomposisi pada suhu
300o C-350o C dan berakhir pada suhu 400o C – 450o C.
Pada permulaan pirolisis dihasilkan gas-gas yang mudah terbakar seperti CO, metana, metanol, formaldehid dan asam asetat. Proses pirolisis selanjutnya menghasilkan tar, termasuk di dalamnya adalah furfural dan derivatif furan sebagai hasil dekomposisi dari pentosan, kemudian glukosa sebagai hasil dekomposisi selulosa dan berbagai macam senyawa aromatik (fenol, xilenol) sebagai hasil dekomposisi lignin. Semua hasil dekomposisi menguap bersamaan dengan meningkatnya suhu pirolisis dan residu yang tertinggal adalah arang.
Setelah proses pirolisis selesai kemudian bahan arang tempurung yang didapat digunakan sebagai bahan pembuatan briket arang tempurung. Proses pembuatan briket arang tempurung dapat menggunakan cara berikut.
c. Pembuatan Serbuk/Tepung Arang
Tempurung kelapa yang telah menjadi arang, kemudian dibuat serbuk yaitu digiling dengan mesin penggiling dan ditumbuk. Serbuk yang telah diperoleh disaring dengan saringan 20 mesh dan tertahan 42 mesh. Serbuk arang siap digunakan untuk pembuatan briket.
19 Gambar 1.11. Mesin Penepung Arang Tempurung
Gambar 1.12. Proses Penepungan Arang Tempurung
d. Pembuatan Pasta Briket
Pasta briket dibuat dengan mencampur bahan perekat pati dengan serbuk arang tempurung menggunakan perbandingan 1 : 25. Perekat pati dibuat dengan campuran pati dan air dengan perbandingan 1 : 8. Campuran dipanaskan sampai campuran matang. Setelah perekat pati matang kemudian dicampurkan secara merata dengan serbuk arang tempurung secara manual ataupun menggunakan mesin pengaduk.
20
Gambar 1.13. Diagram Komposisi Pasta Biobriket Arang Tempurung
Gambar 1.14. Mesin Pengaduk/ Mixer Adonan Briket dan Tepung Arang
e. Pencetakan Briket
Setelah adonan briket jadi, kemudian adonan dimasukkan ke dalam alat cetak briket,
o Masukkan adonan briket pada moulding cetakan, sehingga memenuhi seluruh rongga silinder cetakan, volume adonan briket, seperti halnya volume silinder cetakan
o Kemudian dipadatkan dengan tangan, sehingga permukaan atas adonan briket, sama tinggi dengan permukaan bagian atas cetakan
PASTA
BIOBRIKET
TEPUNG
ARANG (25 kg)
TEPUNG
KANJI/TAPIOKA
(1kg)
Air (8 liter)
21 o Mengatur meja cetakan briket, sehingga bagian pin pengepres tepat berada
dibagian tengah (senter) silinder rongga cetakan briket, kuncikan kedudukan meja cetakan pada posisi yang seharusnya
o Memutar roda torak cetakan, sehingga pin pencetak menekan seluruh permukaan adonan briket, sehingga terjadi kepadatan tertentu
o Mengeluarkan briket yang telah selesai dicetak, simpan pada loyang dan siap untuk dikeringkan
Gambar 1.15. Mesin Pengaduk/ Mixer Adonan Briket dan Tepung Arang
f. Pengeringan Briket
Setelah dicetak, selanjutnya biobriket dikeringkan. Pengeringan dapat dilakukan secara alamiah/manual dijemur dibawah terik matahari, atau dimasukkan pada alat pengering khusus (oven). Proses pengeringan secara manual di bawah terik matahari dilakukan selama 3-4 hari, atau kalau dengan menggunakan oven, dikeringkan pada suhu oven 60oC selama 24 jam. sebelum dimasukkan
oven, briket diangin-anginkan terlebih dahulu minimal 12 jam, agar tidak terjadi pengeringan yang mendadak, yang dapat menyebabkan pecah-pecah.
22 Gambar 1.16. Pengeringan Bio Briket Pada Oven Khusus Pada Temp. 60O C
23 Gambar 1.18. Bio Briket yang sudah jadi selanjutnya di packing
2. Tugas Latihan
Tugas Latihan ke 1:
(Setelah anda menyimak uraian materi di atas dan mungkin anda mendapat informasi serupa yang lebih luas dari media lain, selanjutnya jawab pertanyaan dibawah ini dengan vukup rinci)
1.1. Jelaskan bagaimana potensi kelapa saat ini (contohkan potensi kelapa didaerah anda) kaitannya dengan rencana pengembangan energi baru terbarukan ?
1.2. Jelaskan bagaimana aspek peluang bisnisnya, apabila pengembangan energi baru terbarukan yang bersumber dari tempurung kelapa, berhasil dilaksanakan ?
24 1.3. Apabila anda berhasil memproduksi bio briket dari tempurung
kelapa, kemana akan anda pasarkan ?
Tugas Latihan ke 2 :
(Setelah anda menyimak uraian materi PROSES PEMBUATAN BRIKET ARANG TEMPURUNG KELAPA di atas dan mungkin anda mendapat informasi serupa yang lebih luas dari media lain, selanjutnya jawab pertanyaan dibawah ini)
2.1. Identifikasikan bahan baku yang dapat dipakai untuk bio briket :
a) ………
b) ……….……….
c) ………
d) ………
e) ………
2.2. Jelaskan apa kelebihan tempurung kelapa sebagai bahan baku bio briket ! ……….
………. ………. ………. ………. 2.3. Jelaskan fungsi potensi arang tempurung, terkait dengan energy ! ………. ………. ………. 2.4. Identifikasikan fungsi karbon aktif hasil dari arang tempurung !
……… ……… 2.5. Identifikasikan fungsi briket arang tempurung (bio briket) !
………. ……….
25 2.6. Jelaskan pembuatan arang dengan cara metode sederhana !
………. ……….
2.7. Identifikasikan keuntungan pembuatan arang dengan metode modern ! ……….
………. ……….
Tugas Latihan ke 3
(Setelah anda menyimak uraian materi PENYIAPAN BAHAN BAKU di atas dan mungkin anda mendapat informasi serupa yang lebih luas dari media lain, selanjutnya jawab pertanyaan dibawah ini)
3.1. Apa yang menjadi patokan untuk menentukan jumlah bahan baku yang akan disiapkan ?
3.2. Apakah tempurung yang akan dipilih termasuk sabut yang menempel pada tempurung tersebut? * Ya Tidak, alasannya adalah ………
3.3. Berapa persen kadar air tempurung maksimum yang akan dipakai langsung dalam pengarangan ?
3.4. Apabila pengarangan memakai tempurung yang kotor dan mengandung banyak sabut menempel pada tempurung tersebut, bagaimana kualitas hasil arangnya?
3.5. Tuliskan beberapa persyaratan tempurung yang baik untuk dijadikan biobriket!
26
3. Rangkuman Kegiatan Belajar 1.
Kegiatan Belajar 1 ini membahas tentang :
Membuat Bio Briket Arang Tempurung, dengan sub pokok bahasan sebagai berikut :
1. Menyiapkan peralatan utama dan alat batu 2. Menyiapkan bahan baku
3. Melaksanakan proses pembuatan bio briket
Sebagian besar masyarakat masih menggunakan metode sederhana untuk menghasilkan arang. Metode ini menggunakan ruang pembakaran berupa lubang di dalam tanah, dapur pengarangan, maupun drum pengarangan. Pembakaran dengan metode ini memakan waktu cukup lama, untuk pembakaran dengan lubang di dalam tanah memerlukan waktu 6 – 7 hari (Palungkun, 2001).
Peralatan yang lebih modern untuk pembuatan arang dilengkapi dengan alat pengatur suhu pemanasan, sehingga suhu pengarangan dapat diketahui. Selain itu asap yang dihasilkan tidak langsung dibuang ke lingkungan tetapi dikondensasi menjadi asap cair
o Proses Pengarangan :
1. Siapkan tungku pembakaran dan tempurung yang akan dipakai 2. Bersihkan tempurung dari kotoran dan sabut
3. Keringkan tempurung dengan cara dijemur, hingga kadar airnya kira-kira 15%
4. Pengarangan dapat dilakukan dengan cara pengarangan langsung pada tungku tertutup, dengan bahan bakar dibawah tungku tersebut
5. atau pembakaran tempurung yang akan dijadikan arang pada tungku, kemudian pada saat semua tempurung sudah terbakar, lalu ditutup
27 dengan debu sisa pembakaran atau pasir, sihingga terjadi proses pengarangan. Cara ini tidak memakai bahan bakar tersendiri.
6. Selanjutnya arang tempurung disortir dari bagian pengarangan yang tidak sempurna/ masih mentah.
7. Untuk menghasilkan kualitas arang yang baik, diperlukan pengalaman dan cara-cara yang sesuai dengan cara pengarangan modern
o Pembuatan Pasta Briket
Pasta briket dibuat dengan mencampur bahan perekat pati dengan serbuk arang tempurung menggunakan perbandingan 1 : 25. Perekat pati dibuat dengan campuran pati dan air dengan perbandingan 1 : 8. Campuran dipanaskan sampai matang. Setelah perekat pati matang kemudian dicampurkan dan diaduk secara merata dengan serbuk arang tempurung secara manual ataupun menggunakan mesin pengaduk
Pencetakan Briket
Setelah adonan briket jadi, kemudian adonan dimasukkan ke dalam alat cetak briket,
o Masukkan adonan briket pada moulding cetakan, sehingga memenuhi seluruh rongga silinder cetakan, volume adonan briket, seperti halnya volume silinder cetakan
o Kemudian dipadatkan dengan tangan, sehingga permukaan atas adonan briket, sama tinggi dengan permukaan bagian atas cetakan
o Mengatur meja cetakan briket, sehingga bagian pin pengepres tepat berada dibagian tengah (senter) silinder rongga cetakan briket, kuncikan kedudukan meja cetakan pada posisi yang seharusnya
o Memutar roda torak cetakan, sehingga pin pencetak menekan seluruh permukaan adonan briket, sehingga terjadi kepadatan tertentu
o Mengeluarkan briket yang telah selesai dicetak, simpan pada loyang dan siap untuk dikeringkan
Pengeringan Briket
Setelah dicetak, selanjutnya biobriket dikeringkan. Pengeringan dapat dilakukan secara alamiah/manual dijemur dibawah terik matahari, atau dimasukkan pada alat
28 pengering khusus (oven). Proses pengeringan secara manual di bawah terik matahari dilakukan selama 3-4 hari, atau kalau dengan menggunakan oven, dikeringkan pada suhu oven 60oC selama 24 jam
4. Evaluasi Materi
o Post Test
Kerjakan soal dibawah ini pada lembar jawaban yang telah disediakan.
1. Jelaskan persyaratan tempurung kelapa yang baik untuk dijadikan bio briket
2. Buatlah gambaran proses pengarangan tempurung kelapa cara sederhana
3. Jelaskan manfaat pengarangan tempurung dilakukan secara modern
4. Jelaskan prosedur dan cara membuat adonan briket
5. Jelaskan cara melakukan pencetakan adonan briket menjadi briket yang bentuknya stándar dan padat
6. Jelaskan kriteria oven pengering yang memenuhi persyaratan untuk mengeringkan bio briket
7. Jelaskan cara mengeringkan bio briket pada oven, agar hasilnya memenuhi standard kekeringan dan kualitasnya baik 8. Jelaskan mengapa kadar air bio briket tidak boleh lebih dari
10% ?
o Tugas Praktek
Kerjakanlah Tugas Praktek Pembuatan Briket Arang Tempurung berikut ini menurut tatacara standard (SOP) yang tepat:
1. Pembuatan Arang Tempurung, cara tradisional atau cara modern 2. Pembuatan Tepung Arang Tempurung
29 3. Pembuatan Pasta briket
4. Pencetakan biobriket
5. Pengeringan /oven biobriket
5. Umpan Balik dan Tindak Lanjut
o Progres Pembelajaran :
Proses Pembuatan dan Pengujian Biobriket dan Asapcair
Nama Peserta : ………
Sekolah Asal : ………
Standar Kompetensi
Kompetensi Dasar Skor Standar Skor yang dicapai Keterangan (L/ TL) 1. Membuat Bio Briket Arang Tempurung 1.4. Menyiapkan Peralatan utama dan alat batu
1.5. Menyiapkan Bahan
Baku
1.6. Melaksanakan proses pembuatan bio briket
30 30 40 ………. ………. ………. Jumlah Skor 100 ………. ………. 2. Membuat
Asap Cair dari Proses Pengarangan Tempurung
2.4. Menyiapkan Peralatan utama dan alat batu 2.5. Menyiapkan Bahan Baku 2.6. Melaksanakan proses
pembuatan asap cair
30 30 40 ………. ………. ………. Jumlah Skor 100 ………. ………. 3. Melakukan Pengujian hasil Bio Briket Arang tempurung 3.4. Menyiapkan Peralatan utama dan alat batu 3.5. Menyiapkan Bahan Baku 3.6. Melakukan pengujian
hasil bio briket tempurung kelapa 30 30 40 ………. ………. ………. Jumlah Skor 100 ………. ………. 4. Melakukan Pengujian hasil asap cair/ pyrolisis 4.4. Menyiapkan Peralatan utama dan alat batu 4.5. Menyiapkan Bahan Baku 4.6. Melakukan pengujian
30
30
……….
30
hasil asap cair dari proses pengarangan tempurung kelapa 40 ………. Jumlah Skor 100 ………. ………. Cimahi, ……… 2013 Penilai ……….. NIP. ………
B. KEGIATAN BELAJAR 2. PEMBUATAN ASAP CAIR 1. Uraian Materi
a. Pendahuluan
Pengasapan telah lama dikenal sebagai salah satu tahapan dalam pengolahan produk pangan. Tujuan semula dari pengasapan adalah menghambat laju kerusakan produk. Namun dalam perkembangannya tujuan pengasapan tidak hanya itu, tetapi lebih ditujukan untuk memperoleh kenampakan tertentu pada produk asapan dan citarasa asap pada bahan makanan. Astuti (2000) mengemukakan bahwa penggunaan asap cair lebih menguntungkan daripada menggunakan metode pengasapan lainnya karena warna dan citarasa produk dapat dikendalikan, kemungkinan menghasilkan produk karsinogen lebih kecil, proses pengasapan dapat dilakukan dengan cepat dan bisa langsung ditambahkan pada bahan selama proses. Pengasapan diperkirakan akan tetap bertahan pada masa yang akan datang karena efek yang unik dari citarasa dan warna yang dihasilkan pada bahan pangan.
Asap cair dapat diperoleh dengan cara pirolisis tempurung kelapa kemudian dilakukan kondensasi. Untuk aplikasi asap cair, perlu dilakukan pemisahan komponen tar, karena terikutnya komponen ini dapat memberikan kenampakan yang jelek. Salah satu cara untuk memisahkan tar adalah dengan perlakuan destilasi untuk memperoleh sifat organoleptik yang diinginkan. Menurut Yuwanti dkk (1999) proses destilasi terhadap asap cair juga dapat menghilangkan senyawa yang tidak diinginkan dalam asap cair seperti hidrokarbon karsinogen dan residu tar.
Asap cair mengandung berbagai senyawa yang terbentuk karena terjadinya pirolisis tiga komponen kayu yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin.
Lebih dari 400 senyawa kimia dalam asap telah berhasil diidentifikasi. Komponen-komponen tersebut ditemukan dalam jumlah yang bervariasi tergantung
31 jenis kayu, umur tanaman sumber kayu, dan kondisi pertumbuhan kayu seperti iklim dan tanah. Komponen-komponen tersebut meliputi asam yang dapat mempengaruhi citarasa, pH dan umur simpan produk asapan; karbonil yang bereaksi dengan protein dan membentuk pewarnaan coklat dan fenol yang merupakan pembentuk utama aroma dan menunjukkan aktivitas antioksidan (Astuti, 2000).
Selain itu Fatimah (1998) menyatakan golongan-golongan senyawa penyusun asap cair adalah air (11-92 %), fenol (0,2-2,9 %), asam (2,8-9,5 %), karbonil (2,6-4,0 %) dan tar (1-7 %).
Kandungan senyawa-senyawa penyusun asap cair sangat menentukan sifat
organoleptik asap cair serta menentukan kualitas produk pengasapan. Komposisi
dan sifat organoleptik asap cair sangat tergantung pada sifat kayu, temperatur
pirolisis, jumlah oksigen, kelembaban kayu, ukuran partikel kayu serta alat pembuatan asap cair (Girard, 1992).
Diketahui pula bahwa temperatur pembuatan asap merupakan faktor yang paling menentukan kualitas asap yang dihasilkan. Darmadji dkk (1999) menyatakan bahwa kandungan maksimum senyawa-senyawa fenol, karbonil, dan asam dicapai pada temperatur pirolisis 600 oC. Tetapi produk yang diberikan asap cair yang
dihasilkan pada temperatur 400 oC dinilai mempunyai kualitas organoleptik yang
terbaik dibandingkan dengan asap cair yang dihasilkan pada temperatur pirolisis yang lebih tinggi.
Adapun komponen-komponen penyusun asap cair meliputi: o Senyawa fenol
Senyawa fenol diduga berperan sebagai antioksidan sehingga dapat memperpanjang masa simpan produk asapan.
Kandungan senyawa fenol dalam asap sangat tergantung pada temperatur pirolisis kayu. Menurut Girard (1992), kuantitas fenol pada kayu sangat bervariasi yaitu antara 10-200 mg/kg Beberapa jenis fenol yang biasanya terdapat dalam produk asapan adalah guaiakol, dan siringol.
Senyawa-senyawa fenol yang terdapat dalam asap kayu umumnya hidrokarbon aromatik yang tersusun dari cincin benzena dengan sejumlah gugus hidroksil yang terikat. Senyawa-senyawa fenol ini juga dapat mengikat gugus-gugus lain seperti aldehid, keton, asam dan ester (Maga, 1987).
32 HO H3CO Guaiakol OCH3 HO H3CO Siringol o Senyawa karbonil
Senyawa-senyawa karbonil dalam asap memiliki peranan pada pewarnaan dan citarasa produk asapan. Golongan senyawa ini mepunyai aroma seperti aroma karamel yang unik. Jenis senyawa karbonil yang terdapat dalam asap cair antara lain adalah vanilin dan siringaldehida.
HO H3CO Vanilin C O H HO H3CO C O H OCH3 Siringaldehida o Senyawa asam
Senyawa-senyawa asam mempunyai peranan sebagai anti bakteri dan membentuk citarasa produk asapan. Senyawa asam ini antara lain adalah asam asetat, propionat, butirat dan valerat.
o Senyawa hidrokarbon polisiklis aromatis
Senyawa hidrokarbon polisiklis aromatis (HPA) dapat terbentuk pada proses pirolisis kayu. Senyawa hidrokarbon aromatik seperti benzo(a)pirena merupakan senyawa yang memiliki pengaruh buruk karena bersifat karsinogen (Girard, 1992).
Girard (1992) menyatakan bahwa pembentukan berbagai senyawa HPA selama pembuatan asap tergantung dari beberapa hal, seperti temperatur pirolisis, waktu dan kelembaban udara pada proses pembuatan asap serta kandungan udara dalam kayu.
33 Dikatakan juga bahwa semua proses yang menyebabkan terpisahnya partikel-partikel besar dari asap akan menurunkan kadar benzo(a)pirena. Proses tersebut antara lain adalah pengendapan dan penyaringan.
o senyawa benzo(a)pirena
Benzo(a)pirena mempunyai titik didih 310 oC dan dapat menyebabkan kanker
kulit jika dioleskan langsung pada permukaan kulit. Akan tetapi proses yang terjadi memerlukan waktu yang lama (Winaprilani, 2003).
Untuk mendapatkan biobriket dan asap cair yang berkualitas maka harus kita persiapkan beberapa sarana pendukung yang berkualitas dan memadai pula. Banyak peralatan pencetak biobriket dan asap cair dengan spesifikasi dan kapasitas bervariasi yang beredar di pasaran dengan berbagai merk produk yang bermacam-
macam pula.
Mesin produksi biobriket dan asap cair ini merupakan satu unit mesin pengolah limbah tempurung kelapa secara terpadu sehingga diharapkan dalam sekali proses kita mendapatkan hasil secara terpadu pula. Dengan demikian kita peralatan ini dapat berfungsi secara optimal dengan memberikan keuntungan ganda disamping tentu saja pertimbangan komponen bahan yang ekonomis.
Peralatan produksi yang digunakan untuk memproses bahan baku tempurung kelapa menjadi briket dan asap cair terdiri dari beberapa unit mesin, yaitu:
Mesin Pengeringan Tempurung Mesin Pembakaran
Mesin Penepungan Mesin Pencetakan
Mesin Destilasi dan Penyaringan Mesin Pengemasan
34 Gambar 2.1. Alat Destilasi Lab Pemroses Asap Cair
Secara umum proses pembuatan biobriket dan asap cair seperti alur pada bagan berikut:
35
DIAGRAM PROSES PEMBUATAN BIOBRIKET DAN ASAP CAIR
36 Proses Pirolisis
Pirolisis adalah degradasi limbah organik secara thermal dalam kondisi tanpa oksigen untuk menghasilkan arang karbon, minyak dan gas yang dapat dibakar. Besarnya produk yang akan dihasilkan dipengaruhi kondisi proses, terutama temperatur dan laju pemanasan. Perbedaan utama pirolisis, gasifikasi dan insinerasi: jumlah oksigen yang disuplai ke rekator thermal.
Temparatur relatif rendah, yaitu dalam rentang 400-800C. Kondisi proses yang bervariasi mengakibatkan perbedaan produk arang, gas atau minyak yang dihasilkan.
Panas disuplai melalui pemanasan tidak langsung, seperti pembakaran dari gas atau minyak, atau pemanasan langsung menggunakan transfer gas panas. Pirolisis memiliki kelebihkan dalam menghasilkan gas atau produk minyak dari limbah yang dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk proses pirolisis itu sendiri.
b. Pirolisis dari limbah domestik (sampah kota) menghasilkan: 35% produk arang
kadar abu hingga 37%
c. Pirolisis dengan laju pemanasan yang lambat terhadap limbah ban akan menghasilkan:
Arang hingga 50% kadar abu sekitar 10% Pemanfaatan arang:
37 Digunakan langsung sebagai bahan bakar
Dipadatkan menjadi briket bahan bakar
Digunakan sebagai bahan adsorpsi seperti karbon aktif . Proses Pirolisis
Proses pembakaran bahan baku tempurung kelapa menjadi arang tempurung dan asap cair dengan menggunakan tungku pirolisis, adapun langkah-langkah adalah sebagai berikut:
Pada waktu pengisian bahan baku diusahakan tempurung kelapa terisi penuh di dalam reaktor dengan menggunakan balok kayu untuk memadatkan tempurung di dalam reaktor pirolisis.
Reaktor ditutup rapat setelah terisi penuh dengan tempurung kelapa. Untuk mencegah asap keluar dari reaktor pirolisis.
Untuk proses pembakaran disediakan bahan bakar sekitar 40 – 50 kg tempurung untuk membakar 120 kg tempurung yang akan dijadikan briket. Pada saat proses pembakaran suhu pirolisis dikontrol melalui alat kontrol
temperatur yang terpasang diatas reaktor pirolisis. Selama proses pembakaran suhu dijaga sekitar 300-400 o C.
Kran pada separator / penampung tar harus dibuka 5-10 menit per jam karena untuk mencegah cairan tar mengeras didalam pipa. Disamping itu untuk mencegah terjadinya tekanan tinggi pada reaktor pirolisis.
Setelah 5 – 6 jam dimana asap cair tidak keluar dari kondensor maka proses pirolisis dianggap sudah selesai.
Setelah proses pirolisis selesai tempurung (sisa pembakaran) yang digunakan sebagai bahan bakar kemudian dapat dikeluarkan dan dimatikan dengan menggunakan air.
Arang hasil pirolisis yang ada didalam reaktor didiamkan terlebih dahulu selama 2 jam kemudian dikeluarkan dan digiling.
a. Proses Pembuatan Asap Cair 1) Penangkapan Asap Cair
Pada saat proses pirolisis berlangsung sekitar 4-6 jam, asap cair akan keluar dan masih mengandung gas metan dan tar, disalurkan melalui pipa diameter 3 cm ke tangki penampung asap. Asap akan mulai mengembun
38 menjadi cairan pada drum kondensor. Jadilah asap cair sebanyak 55 liter. Asap cair yang dihasilkan masih berupa asap cair grade C (masih mengandung tar sehingga warna coklat pekat) dengan kadar pH 4-5.
2) Pemisahan Tar
Pada saluran pipa asap cair ini tar berupa larutan hitam pekat yang mirip dengan oli di tangkap melalui separator kemudian ditampung pada bak penampungan tar. Yang dibuka 5 - 10 menit setiap satu jam proses.
3) Proses Recycle Gas Metan
Dari tangki penampung asap cair terdapat asap yang mengembun menjadi cairan dan gas yang masih belum terkondensasi berupa gas metan yang selanjutnya masih dapat dimanfaatkan dengan cara dibakar dan disalurkan kembali ke bawah reaktor untuk membantu bahan bakar pirolisis.
4) Pemisahan Asap Cair Grade C dengan tar
Asap cair ditampung pada tabung pemurnian untuk diproses menjadi asap cair murni grade A dan B (tidak mengandung gas metan dan tar). Hal ini dapat dilakukan melalui proses pengendapan asap cair grade C selama minimal satu minggu, untuk mengendapkan tar. Asap cair yang telah terpisah oleh tar disaring dengan Zeolit aktif, proses selanjutnya asap cair grade C dilakukan dilakukan destilasi untuk pemurnian.
5) Pemurnian Asap Cair Grade C menjadi Grade A dan B (proses destilasi)
Pada proses detilasi diusahakan suhu awal mencapai 250 C selama 3 jam (grade B) dengan warna agak kecoklatan dan kadar PHA yg masih cukup tinggi. Kemudian perlahan lahan diturunkan sampai dengan 120 C. Selama suhu 120 C proses destilasi sebaiknya dipertahankan selama 5 jam (grade A) dengan warna coklat muda agak bening dengan kadar PHA yang sangat sedikit. Kedua proses diatas dilakukan untuk volume asap cair sebanyak 55 liter, pada penurunan temperatur hasil asap cair akan semakin baik dimana larutan asap cair akan semakin bening dan kadar tar sudah habis begitu juga dengan kadar benzoapyrene/Polycyclic Hidrocarbon Aromatic (PHA).
39 .
6) Pengemasan dan Pemanfaatan Asap Cair
Asap Cair kemudian disimpan dalam penampungan untuk siap dikemas sesuai dengan gradenya masing-masing.
Tungku Pirolisis
Alat yang digunakan untuk pembakaran tempurung (pengarangan) menggunakan tungku pirolisis, agar hasil arang karbon bisa sempurna dan juga bisa didapatkan hasil lain berupa asap cair, dan gas methan. Untuk lebih jelasnya , Anda perhatikan pembahasan berikut ini.
Bagan Dapur Pirolisis Arang Tempurung dan Kondensasi Asap Cair
Gambar 2.3. Bagan Dapur Pirolisis Arang Tempurung dan Kondensasi Asap Cair
garis sambung garis asli tutup outlet fire exhaust s/s dia. 4" flange 2"-304-JIS plate s/s JIS-304 3mm Detail sambungan knee dia. 2" pipa s/s dia.2" flange 2"-304-JIS reducer 2-1/2" Detail sambungan knee dia. 2" flange 1/2"-304-JIS s/s 1/2" s/s dia. 4"
stop kran s/s dia. 1/2"
besi siku 5/5 s/s dia. 1/2" drum dia.60 besi dia 12 drain out drain in besi siku 5/5 double plat s/s#3mm
40 Gambar 2.4. Metode Recycling Gas Metan untuk Pembakaran
Keterangan Gambar: (1) Tabung pirolisis
Tempat menampung semua bahan tempurung/kayu/serbuk gerjen yang akan dijadikan arang melalui proses pirolisis.
(2) Tungku pembakaran
Tungku pembakaran berfungsi untuk membakar semua bahan yang akan dibakar dalam tabung pirolisis.
(3) Lubang udara
Lubang udara berfungsi untuk sirkulasi udara selama proses pembakaran agar panas yang dihasilkan bisa merata
(4) Lubang bahan bakar
Lubang bahan bakar berfungsi untuk keluar masuknya semua bahan bakar yang digunakan selama proses pembakaran.
(5) Pengukur suhu
Pengukur suhu adalah alat yang berfungsi untuk mengatur suhu selama proses pembakaran dalam tungku agar lebih stabil sehingga proses
41 pengarangan menjadi lebih sempurna.
(6) Tabung kondensasi
Tabung kondensasi berfungsi untuk mendinginkan asap/gas agar menjadi zat cair sehingga mempermudah dalam penyimpanan.
(7) Blower
Blower berfungsi untuk mendorong agar asap dapat mengalir secara cepat dan lancar dalam tempat penampungan.
(8) Penampung tar
Penampung tar adalah alat yang digunakan untuk menampung tar yang keluar selama proses pengarangan mengggunakan pirolisis.
(9) penampung bio-oil
Penampung bio-oil adalah tempat untuk menampung asap cair yang dihasilkan dalam proses pengarangan dengan pirolisis.
(10) Pengukur tekanan
Pengukur tekanan merupakan peralatan yang mendukung dalam pengarangan menggunakan tabung pirolisis, berfungsi untuk mengukur tekanan agar tetap stabil.
(11) pipa gas recycle
Pipa gas recycle merupakan alat pendukung tabung pirolisis, berfungsi untuk merecycle semua bahan gas yang dihasilkan selama proses pengarangan dan digunakan sebagai tambahan bahan bakar.
(12) pipa bio-oil
Pipa bio-oil merupakan alat pendukung tabung pirolisis, berfungsi untuk mengalirkan bio-oil yang diperoleh selama proses pengarangan dalam pirolisis.
Karakteristik Umum Alat
Mesin pembuatan biobriket mengolah 120 kg tempurung kelapa dengan kadar air 15-20% hingga menghasilkan kira-kira 40 kg biobriket berukuran silinder dengan diameter 3.5 cm tinggi 6 cm dan diameter lubang 0.5 cm setiap potongnya, asap cair grade C sebanyak 50 liter dan tar 3 lt serta gas methan yang digunakan sebagai bahan bakar tambahan. Mesin ini terdiri dari beberapa bagian yang dapat diintegrasikan atau terpisah sesuai dengan tahapan pekerjaan, yaitu:
42 a. Proses Pirolisis untuk pembuatan arang tempurung kelapa dengan
menggunakan tabung pirolisis dengan blower gas methan sebagai bahan bakar tambahan. Proses pirolisis berlangsung selama 4-6 jam pada suhu 300-400o C.
b. Proses kondensasi untuk menghasilkan tar, gas methan dan asap cair grade C yang dilakukan dengan menggunakan tabung kondensator dengan air bersuhu 23-250 C yang disirkulasi menggunakan pompa air.
c. Proses destilasi untuk merubah asap cair grade C menjadi grade lebih tinggi dilakukan proses dehidrasi menggunakan zeolit aktif untuk menyerap air. Setelah itu asap cair tersebut dimurnikan menjadi grade B atau grade B menjadi grade A dengan menggunakan tabung destilator yang suhunya dapat diatur antara 120-250oC.
Karakteristik Khusus Alat
Instalasi Pirolisator dan Kondensator Tempurung Kelapa
43 Reaktor pirolisis berdiameter 750 mm, tinggi 1040 cm dan kerucut dengan ketinggian 323 mm serta ketebalan plat 3 mm stainless steel. Konstruksi pirolisis ini dilengkapi dengan exhaust valve untuk menjaga tekanan dalam reaktor dan fire exhaust dengan diameter 4 inchi dan tempat termometer untuk mengukur suhu dalam reaktor. Dibawah reaktor ditempatkan ruang untuk pembakaran dengan ukuran kaki reaktor yang terbuat dari siku 5/5 dan tinggi 440 mm, lebar 750mm.
Proses pirolisis berlangsung selama 4-6 jam pada suhu 300-400o C yang
diukur dengan termometer payung. Pengaturan suhu dilakukan dengan mengontrol cara pembakaran dengan bahan tempurung kelapa. Hasil yang diperoleh dari proses pirolisis ini adalah arang tempurung kelapa, asap cair dan gas methan.
Untuk mengalirkan gas asap cair ke drum kondensor menggunakan pipa diameter 2 Inchi dengan kemiringan 300 pada lekukan separator. Pipa ini
menggunakan flange 2” unruk menghubungkan antara reaktor dengan drum kondensor dan juga flange 0.5” untuk menghubungkan dengan pipa separator
Separator dibuat dari bahan stainless diameter 4” denan ketinggian 200 mm yang dilengkapi dengan stop kran diameter 0.5” untuk mengeluarkan tar. Pengolahan asap cair grade C dilakukan dengan menggunakan drum kondensator dengan air yang bersirkulasi. Untuk memisahkan tar dilakukan menggunakan sparator yang dipasang pada saluran sebelum masuk tabung kondensator.
Kondensator terbuat dari bahan stainless dengan ukuran diameter 600 mm dan tinggi drum 880 mm. Dengan pipa kondensor diameter 0.5” tempat mengalirnya asap cair dan drum kondensor ini dilengkapi dengan pipa sirkulasi keluar masuknya air. Drum ini didukung dengan kaki yang terbuat dari besi siku 5/5 lebar kaki 667 mm dan tinggi 420 mm.
Untuk memisahkan dan memanfaatkan gas methan dilakukan dengan menyambung saluran keluar tabung kondensator dengan pipa yang mengarah ke atas dan kemudian menghubungkannya dengan tabung pirolisis melalui blower. Asap cair grade C diperoleh dengan memasang penampung asap cair pada saluran keluar tabung kondensator yang mengarah ke bawah. Penampungan asap cair terbuat dari bahan stainless dengan kapasitas 60 liter.
44 Proses Destilasi
Distilasi adalah suatu proses yang di dalamnya suatu cairan atau uap campuran dari dua atau lebih substansi dipisahkan ke dalam fraksi-fraksi komponennya dengan kemurnian yang diinginkan melalu pemakaian atau pelepasan kalor.
Pemisahan komponen dari campuran cairan melalui distilasi tegantung atas perbedaan titik didih masing-masing komponen. Juga, tergantung atas konsentrasi komponen yang ada, campuran cairan akan memiliki karakteristik titik didih yang berbeda. Karenanya, proses distilasi tergantung atas karakteristik tekanan uap campuran cairan.
Tekanan uap suatu cairan pada suhu tertentu merupakan tekanan kesetimbangan yang dilakukan oleh molekul-molekul yang keluar dan masuk permukaan cairan. Berikut beberapa butir penting melihat tekanan uap:
o masukan energi menaikkan tekanan uap o tekanan uap terkait dengan pendidihan.
o Suatu cairan dikatakan “ mendidih” bilamana tekanan uapnya sama dengan tekanan sekitarnya
o Kemudahan suatu cairan mendidih tergantung atas volatilitasnya
o Cairan dengan tekanan uap tinggi ( cairan volatil) akan mendidih pada suhu lebih rendah
o Tekanan uap dan titik didih campuran cairan tergantung atas jumlah relatip komponen di dalam campuran tersebut.
o Distilasi terjadi dikarenakan beda volatilitas komponen di dalam cairan campuran.
Destilasi Asap Cair
Asap cair yang dihasilkan dari proses pirolisis dengan bahan baku tempurung kelapa masih mengandung tar dengan warna kecoklatan dan pekat, selanjutnya asap cair ini dinamakan asap cair dengan grade C yang masih perlu dimurnikan lagi untuk mendapatkan grade B dan A. Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
a. Penangkapan Asap Cair
Pada saat proses pembakaran tempurung kelapa dengan menggunakan tungku pirolisis berlangsung sekitar 4-6 jam, asap cair akan keluar dan masih mengandung gas metan dan tar, disalurkan melalui pipa diameter 3
45 cm ke tangki penampung asap. Asap akan mulai mengembun menjadi cairan pada drum kondensor. Jadilah asap cair sebanyak 50% berat tempurung terbakar atau sebanyak 55 - 60 liter. Asap cair yang dihasilkan masih berupa asap cair grade C (masih mengandung tar dengan warna coklat pekat) dengan kadar pH 4-5.
b. Pemisahan Tar
Pada saluran pipa asap cair ini tar berupa larutan hitam pekat yang mirip dengan oli di tangkap melalui separator kemudian ditampung pada bak penampungan tar. Yang dibuka 5 - 10 menit setiap satu jam proses.
c. Proses Recycle Gas Metan
Dari tangki penampung asap cair terdapat asap yang mengembun menjadi cairan dan gas yang masih belum terkondensasi berupa gas metan yang selanjutnya masih dapat dimanfaatkan dengan cara dibakar dan disalurkan kembali ke bawah reaktor untuk menambah bahan bakar pirolisis.
d. Pemisahan Asap Cair Grade C dengan tar
Asap cair ditampung pada tabung pemurnian untuk diproses menjadi asap cair murni grade A dan B (tidak mengandung gas metan dan tar). Hal ini dapat dilakukan melalui proses pengendapan asap cair grade C selama minimal satu minggu, untuk mengendapkan tar. Asap cair yang telah terpisah dengan tar disaring menggunakan Zeolit aktif, proses selanjutnya asap cair grade C dilakukan proses destilasi untuk pemurnian.
Pemurnian Asap Cair Grade C menjadi Grade A dan B (proses destilasi). Pada proses detilasi diusahakan suhu awal mencapai 250 C selama 3 jam (grade B) dengan warna agak kecoklatan dan kadar PHA yg masih cukup tinggi. Kemudian perlahan lahan diturunkan sampai dengan 120 C. Selama suhu 120 C proses destilasi sebaiknya dipertahankan selama 5 jam (grade A) dengan warna coklat muda agak bening dengan kadar PHA yang sangat sedikit. Kedua proses diatas dilakukan untuk volume asap cair sebanyak 55 liter, pada penurunan temperatur hasil asap cair akan semakin baik dimana larutan asap cair akan semakin bening dan kadar tar sudah habis begitu juga dengan kadar benzoapyrene/Polycyclic Hidrocarbon Aromatic (PHA).
46 Instalasi Pemurnian Asap Cair (Destilasi)
Gambar 2.6. Alat Destilasi di Lapangan/ Produksi
Untuk menghasilkan asap cair grade B dilakukan melalui proses dehidrasi dan destilasi. Proses dehidrasi dilakukan dengan menggunakan zeolit yang diaduk dengan alat pengaduk manual kemudian didiamkan selama seminggu untuk memisahkan dari tar.
Proses destilasi dilakukan menggunakan alat destilasi yang terdiri dari tabung destilasi berukuran diameter 50 cm dan tinggi 60 cm dengan bahan stainless steel dan kolom destilasi setinggi kira-kira 200 cm dengan pendinginan udara.
Temperatur pemanasan pada tabung destilasi antara 120 – 250o C. Kolom
destilasi dengan pipa diameter 3" dan 4“, kapasitas 20-25 liter asap cair, sistem destilasi batch, model kolom bertingkat dengan refluks, bahan besi galvalis, dilengkapi dengan timer
47 ALAT DAN BAHAN BAKU ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA
Untuk pembuatan asap cair tempurung kelapa diperlukan Alat dan bahan sebagai berikut:
Alat:
o Reaktor untuk proses pirolisis o Satu set alat distilasi
Bahan :
o Tempurung kelapa .
o Berbagai jenis kayu, sekam padi, ampas tebu, dan lain-lain.
Sejumlah tempurung kelapa dibersihkan dari sabutnya, kemudian diambil secukupnya digunakan untuk pirolisis. Penggunaan berbagai jenis kayu sebagai bahan bakar pengasapan telah banyak dilaporkan. Pembuatan bandeng asap di daerah Sidoarjo, menggunakan berbagai jenis kayu sebagai bahan bakar seperti kayu bakau, serbuk gergaji kayu jati, ampas tebu dan kayu bekas kotak kemasan (Tranggono dkk, 1997).
Namun untuk menghasilkan asap yang baik pada waktu pembakaran sebaiknya menggunakan jenis kayu keras seperti kayu bakau, rasa mala, serbuk dan serutan kayu jati serta tempurung kelapa, sehingga diperoleh hasil pengasapan yang baik (Tranggono dkk, 1997). Asap yang dihasilkan dari pembakaran kayu keras akan berbeda komposisinya dengan asap yang dihasilkan dari pembakaran kayu lunak. Pada umumnya kayu keras akan menghasilkan aroma yang lebih unggul, lebih kaya kandungan aromatik dan lebih banyak mengandung senyawa asam dibandingkan kayu lunak (Girard, 1992).
PEMROSESAN ASAP CAIR
Pemrosesan asap cair bersamaan dengan proses pembakaran tempurung kelapa pada pembuatan arang tempurung. Proses utama pada pembuatan asap cair adalah menggunakan proses pirolisis dan destilasi.
o Pirolisis
Pirolisis adalah proses pemanasan suatu zat tanpa adanya oksigen sehingga terjadi penguraian komponen-komponen penyusun tempurung kelapa
Istilah lain dari pirolisis adalah penguraian yang tidak teratur dari bahan-bahan organik yang disebabkan oleh adanya pemanasan tanpa berhubungan
48 dengan udara luar. Hal tersebut mengandung pengertian bahwa apabila tempurung kelapa dipanaskan tanpa berhubungan dengan udara dan diberi suhu yang cukup tinggi, maka akan terjadi reaksi penguraian dari senyawa-senyawa kompleks yang menyusun tempurung dan menghasilkan zat dalam tiga bentuk yaitu padatan, cairan dan gas (Widjaya, 1982).
Tempurung kelapa dan kayu mempunyai komponen-komponen yang hampir sama. Kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin dalam kayu berbeda-beda tergantung dari jenis kayu. Pada umumnya kayu mengandung dua bagian selulosa dan satu bagian hemiselulosa, serta satu bagian lignin. Pada proses pirolisis terjadi dekomposisi senyawa-senyawa penyusunnya, sebagai berikut:
o Pirolisis selulosa
Selulosa adalah makromolekul yang dihasilkan dari kondensasi linear struktur heterosiklis molekul glukosa. Selulosa terdiri dari 100-1000 unit glukosa (Fengel dan Wegener, 1995). Selulosa terdekomposisi pada temperatur 280 oC dan berakhir
pada 300-350 oC
Girard (1992), menyatakan bahwa pirolisis selulosa berlangsung dalam dua tahap, yaitu :
i. Tahap pertama adalah reaksi hidrolisis menghasilkan glukosa.
ii. Tahap kedua merupakan reaksi yang menghasilkan asam asetat dan homolognya, bersama- sama air dan sejumlah kecil furan dan fenol. o Pirolisis hemiselulosa
Hemiselulosa merupakan polimer dari beberapa monosakarida seperti pentosan (C5H8O4) dan heksosan (C6H10O5). Pirolisis pentosan menghasilkan
furfural, furan dan derivatnya beserta satu seri panjang asam-asam karboksilat. Pirolisis heksosan terutama menghasilkan asam asetat dan homolognya. Hemiselulosa akan terdekomposisi pada temperatur 200-250 oC.
o Pirolisis 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 dasar lignin berperanan penting dalam memberikan aroma asap produk asapan. Senyawa ini adalah fenol, eter fenol seperti guaiakol, siringol dan homolog serta derivatnya (Girard,1992). Lignin mulai mengalami dekomposisi pada temperatur 300-350 oC dan berakhir pada 400-450 oC.
49 o Proses Destilasi
Destilasi merupakan proses pemisahan komponen dalam campuran berdasarkan perbedaan titik didihnya, atau pemisahan campuran berbentuk cairan atas komponennya dengan proses penguapan dan pengembunan sehingga diperoleh destilat dengan komponen-komponen yang hampir murni.
Destilasi adalah suatu proses pemisahan suatu komponen dari suatu campuran dengan menggunakan dasar bahwa beberapa komponen dapat menguap lebih cepat daripada komponen yang lainnya. Ketika uap diproduksi dari campuran, uap tersebut lebih banyak berisi komponen-komponen yang bersifat lebih volatil, sehingga proses pemisahan komponen-komponen dari campuran dapat terjadi (Earle dalam Astuti, 2000).
Destilasi sederhana dilakukan secara bertahap, sejumlah campuran dimasukkan ke dalam sebuah bejana, dipanaskan bertahap dan dipertahankan selalu berada dalam tahap pendidihan kemudian uap yang terbentuk dikondensasikan dan ditampung. Produk destilat yang pertama kali tertampung mempunyai kadar komponen yang lebih ringan dibandingkan destilat yang lain.
Komponen-komponen dominan yang mendukung sifat-sifat fungsional dari asap cair adalah senyawa fenolat, karbonil dan asam. Titik didih dari komponen-komponen pendukung sifat fungsional asap cair dapat dilihat pada tabel berikut.
50 Tabel 2.1. Titik didih senyawa pendukung sifat fungsional asap cair
Sumber : Buckingham dalam Astuti (2000) Keterangan : *adalah titik leleh
Berdasarkan perbedaan titik didih dari senyawa-senyawa penyusun asap cair tersebut akan dilakukan destilasi untuk memisahkan komponen tar dan untuk mendapatkan fraksi asap cair dengan sifat-sifat fungsional yang menonjol.
Pada proses pirolisis ini berlaku hukum kekekalan massa dimana massa sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap. Gas yang tidak dapat terkondensasi ini terhitung sebagai massa yang hilang yaitu data yang diperoleh dari perhitungan berat awal tempurung kelapa dikurangi dengan berat arang dan cairan. Hasil pirolisis ditampilkan pada tabel berikut.
Senyawa Titik didih (0C, 760 mmHg)
Fenol Guaikol 4- metilguaikol Eugenol Siringol Furfural Pirokatekol Hidrokuinon Isoeugenol 205 211 244 267 162 240 285 266 Karbonil - Glioksal - Metilglioksal - Glikoaldehid - Diasetil - Formaldehid 51 72 97* 88 -21 Asam - Asam asetat - Asam butirat - Asam propionat - Asam Isovalerat 118 162 141 176
51 Tabel 2.2. Nilai rata-rata hasil pirolisis tempurung kelapa
Suhu Hasil pirolisis pirolisis Arang Cairan Gas
(0 C) (%) (%) (%)
250 42,17 41,43 16,40 300 35,28 46,42 18,29 350 32,93 48,57 18,50 400 31,80 51,43 16,77
Berdasarkan tabel di atas dapat dilihat bahwa pirolisis dengan empat tingkat temperatur pirolisis yang berbeda menghasilkan arang, cairan dan gas dalam jumlah yang berbeda pula.
Arang
Proses pembuatan asap cair ini menghasilkan arang sebagai bahan sisa pirolisis. Grafik yang memperlihatkan hubungan temperatur pirolisis dengan rendemen arang dapat dilihat pada gambar berikut.
52 Pada gambar di atas terlihat penurunan rendemen arang dari temperatur 250-400 oC. Arang yang dihasilkan beratnya semakin berkurang dengan naiknya
temperatur pirolisis, ini disebabkan semakin berkurangnya komponen-komponen organik yang terdapat dalam tempurung tersebut. Arang yang dihasilkan pada temperatur 400 oC adalah sebesar 31,80 % dan pada temperatur 250 oC diperoleh
arang dengan rendemen yang cukup tinggi yaitu sebesar 42,17 %.
Cairan
Cairan yang dihasilkan pada pirolisis ini terdiri dari dua lapisan yaitu lapisan atas adalah asap cair sedangkan lapisan bawah adalah tar. Hasilnya ditampilkan dalam grafik pada gambar berikut.
Gambar 2.8. Grafik Rendemen Cairan Hasil Pirolisis
Selama proses pirolisis berlangsung, terjadi beberapa tahap pirolisis yaitu tahap awal adalah proses pelepasan air yang disertai pelepasan gas-gas ringan seperti CO dan CO2. Tahap awal ini terjadi pada temperatur 100 sampai 200oC.
