ECO-BRIQUETTE DARI KOMPOSIT KULIT KOPI,
LUMPUR IPAL PT SIER, DAN SAMPAH PLASTIK LDPE
ECO-BRIQUETTE FROM COMPOSITE OF COFFEE HUSK, SLUDGE WWT PT SIER, AND LDPE PLASTIC WASTE
Putri Eka Rizki Sudarsono, dan IDAA Warmadewanthi
Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP-ITS, Surabaya
e-mail : [email protected], [email protected]
Abstrak
Bahan organik yang berasal dari sampah pertanian, seperti kulit kopi, dapat dimanfaatkan sebagai sumber alternatif energi karena nilai kalornya cukup tinggi, yaitu 4.346,16 kal/g. Demikian pula sisa pengolahan limbah industri, seperti lumpur IPAL PT SIER. Tujuan dari penambahan plastik adalah untuk meningkatkan nilai kalor komposit briket dan mengurangi volume sampah plastik. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh komposisi dan karakteristik eco-briquette yang paling baik. Variabel yang digunakan berupa metode dalam proses pembriketan dan komposisi briket. Hasil penelitian menunjukkan briket K1 (32% plastik LDPE, 48% lumpur karbonisasi dan 20% kulit kopi karbonisasi) memiliki nilai kalor 5.416,28 kal/g. Hasil uji emisi menunjukkan emisi eco-briquette K1 lebih rendah dari komposisi lain. Biaya yang diperlukan dalam pembuatan eco-briquette briket K1 adalah Rp 3.226,45/kg.
Kata Kunci : eco-briquette, kulit kopi, lumpur IPAL PT SIER, sampah plastik LDPE
Abstract
Organic matter from agricultural waste, such as coffee husk, can be used as a renewable energy because of its high energy content value, it is 4.346,16 kal/g. Organic matter from industrial activities, such as WWT sludge, can be used also. This study added plastic for increasing energy content and reducing amount of plastic waste. The aims of
research are analyzing the influence of composition and characteristic from the best eco-briquette. Variables used for this research were the method of briquetting process and briquette composition. This research shows K1 has high energy content of 5.416,28 kal/g. The other result of research shows emission of eco-briquette K1 is lower than other composition.Cost product needed for producing eco-briquette K1 is Rp 3.226,45/kg.
Key words : eco-briquette, coffee husk, sludge WWT PT SIER, and LDPE plastic waste
1. PENDAHULUAN
Indonesia memiliki potensi energi terbarukan, seperti biomassa, yang cukup besar sekitar 50.000 MW. Namun jumlah tersebut berbanding terbalik dengan pemanfaatannya yang telah dilakukan (Isroi dan Mahajoeno, 2005). Biomassa merupakan bahan organik yang berpotensi menjadi energi alternatif, umumnya berasal dari hasil perkebunan, pertanian dan produk dari hutan (Syafi’i dalam Husada, 2008). Bahan organik yang berasal dari sampah pertanian, seperti kulit kopi, dapat dimanfaatkan sebagai salah satu sumber alternatif energi. Antolin dalam Subroto (2007) menyatakan bahwa kulit kopi memiliki nilai kalor yang tinggi, kadar air yang rendah, serta kandungan sulfur yang cukup rendah.
Bahan organik yang berasal sisa pengolahan limbah industri, seperti lumpur dari IPAL PT
SIER, dapat diterapkan sebagai campuran dalam bahan baku pembuatan briket. Lumpur ini berasal
dari bak pengering lumpur, dimana sebagian besar merupakan biomassa yang mengandung bahan
organik hingga sebesar 66,71% (Windiarti, 1997). Penambahan plastik sebagai bahan baku briket
dirasa menjadi hal yang tepat. Selain dimaksudkan untuk reduksi volume sampah plastik yang
dibuang, penambahan plastik juga dilakukan untuk menaikkan nilai kalor briket. Plastik memiliki
nilai kalor yang tinggi melebihi nilai kalor batubara, yaitu 11.095,24 kal/g (EPIC, 2004).
Kopi
Kopi (Coffea sp.) adalah species tanaman berbentuk pohon yang termasuk dalam famili Rubiaceae dan genus Coffea. Tanaman ini tumbuhnya tegak, bercabang, dan bila dibiarkan tumbuh
dapat mencapai tinggi 12 m. Biji kopi terletak di dalam buah yang berwarna merah atau ungu, dimana buah pada umumnya mengandung dua inti yang saling berhimpit. Di dalam kopi terdapat beberapa lapisan yang menyusunnya, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 1.
Kulit Kopi
Kopi merupakan salah satu komoditas penting di dalam perdagangan dunia. Areal perkebunan kopi di Indonesia mencapai lebih dari 1,291 juta hektar dimana 96% diantaranya adalah areal perkebunan kopi rakyat (Direktorat Jenderal Perkebunan, 2006). Melyani (2009 ) menyatakan bahwa pada tahun 2009 produksi kopi Indonesia mencapai total 689 ribu ton. Produksi kopi robusta mencapai 81% dari total produksi (sekitar 557 ribu ton) dan 19% untuk produksi kopi Arabika (sekitar 131 ribu ton).
Kulit kopi selama ini tidak mengalami pemrosesan di pabrik karena yang digunakan hanya biji kopi yang kemudian dijadikan bubuk kopi instan (Baon, 2005). Telah dilakukan usaha untuk mengolah limbah kulit kopi untuk keperluan bahan bakar dalam bentuk padat, dimana pemanfaatannya adalah sama seperti briket batubara (Anonim, 2009). Antolin dalam Subroto
Keterangan : 1. Inti biji
2. Biji (endosperm)
3. Silver skin (testa, epidermis) 4. Parchment (hull, endocarp) 5. Lapisan pektin
6. Kulit (mesocarp)
7. Kulit terluar (pericarp, exocarp) Gambar 1 Bagian-Bagian Kopi
(Anonim, 2008a)
<URL:http://en.wikipedia.org/wi ki/Coffea, diunduh pada 25 Januari 20089>
(2007) menyatakan bahwa pembakaran limbah kulit kopi menghasilkan kadar sulfur yang rendah.
Keringnya kandungan dari limbah kulit kopi akan menguntungkan karena dapat meningkatkan nilai kalor. Saenger, et al. (2001) memperkuat hasil dengan menyatakan bahwa kulit parchment untuk kopi jenis Arabica yang tumbuh di Kenya memiliki kadar air sebesar 10-11%. Kadar air yang tinggi dapat merusak kandungan biji kopi dan menurunkan mutunya. SNI 01-2907-2008 tentang biji kopi telah mensyaratkan batas kadar air dalam pengolahan adalah kopi sebesar 12,5%.
Lumpur IPAL PT SIER
PT SIER mengolah limbah yang berasal dari perkantoran, restoran, dan air limbah yang berasal dari industri yang besar kecilnya kuantitas dan kualitas bervariasi tergantung dari besar kecilnya industri dan pengawasan pada proses pada industri. Pengumpulan air limbah di kawasan PT SIER dilakukan dengan mengalirkan air limbah di kawasan SIER, dimana air limbah dikumpulkan dari berbagai industri melalui saluran air limbah menuju ke bangunan pengolahan air limbah. Sejumlah perkantoran di kawasan SIER menghasilkan air limbah dengan debit bervariasi, antara 5.000-7.500 m
3per hari. Selain debit, air limbah tersebut juga mempunyai karakteristik yang bervariasi (Setiawan, 2004). Lumpur dari IPAL PT SIER selain berasal dari kegiatan industri juga mengandung limbah domestik dan bahan organik. Lumpur yang berasal dari sludge drying bed mengandung jumlah organik sebesar 66,707% (Windiarti dalam Putri, 2008).
2. METODOLOGI PENELITIAN
Metodologi penelitian merupakan langkah-langkah teknik yang akan dilaksanakan selama penelitian. Persiapan yang akan dilakukan dalam penelitian ini meliputi persiapan alat dan bahan.
Langkah-langkah pembuatan briket meliputi beberapa tahapan seperti :
Dilakukan pengeringan lumpur dan kulit kopi menggunakan oven pada suhu 105
oC.
Dilakukan metode karbonisasi dan non karbonisasi pada lumpur dan kulit kopi.
Dilakukan pengayakan terhadap lumpur dan kulit kopi dengan ayakan 20 mesh.
Dilakukan penimbangan plastik, lumpur, dan kulit kopi sesuai dengan variasi komposisi.
Dilakukan pencampuran flakes plastik, lumpur, dan kulit kopi sesuai dengan variasi komposisi.
Dilakukan pembuatan perekat untuk adonan briket. Digunakan perekat dari bahan tapioka (lem kanji). Kebutuhan lem kanji disesuaikan dengan berat masing-masing briket yang akan dicetak.
Perbandingan antara tepung tapioka dengan air adalah 1:15.
Dilakukan pencetakan briket dengan menggunakan alat pencetak berbentuk silinder berukuran diameter luar = 5 cm, diameter dalam = 1 cm dan tinggi = 5 cm.
Ditaburkan natrium nitrat dan bentonit di sekeliling briket yang telah dicetak. Dilakukan pengeringan briket yang telah dicetak dengan menggunakan oven pada suhu 105
oC.
Pengujian Mutu Produk Briket
Dalam penelitian ini briket yang telah dicetak akan diuji mutunya dengan parameter kadar air, volatile solids, kadar abu, kuat tekan (compressive strength) dan nilai kalor. Dari hasil pengujian
tersebut akan diambil dua produk yang memiliki mutu terbaik. Kedua produk ini akan diuji emisi pembakarannya dengan parameter CO, CO
2, HC dan NOx. Selain pengujian yang telah disebutkan di atas, dilakukan pula pengujian statistik terhadap hasil analisa yang didapat. Pengujian dilakukan dengan metode korelasi antar parameter penting, seperti analisa proximate dan nilai kalor.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kadar Air
Kadar air dalam proses pembuatan briket turut mempengaruhi kualitas briket. Kadar air
yang tinggi akan menyebabkan briket berjamur sehingga tidak tahan lama dalam pengemasan dan
penyimpanan. Pengujian kadar air dilakukan dengan prinsip pemanasan bahan pada suhu 105°C selama 24 jam. Hasil analisis terhadap kadar air sampel diberikan pada Gambar 2.
Gambar 2 Grafik Analisis Kadar Air Sampel
Pada Gambar 2, kadar air untuk sampel yang tidak dikarbonisasi menunjukkan trend yang
semakin meningkat. Hasil analisis kadar air ini meningkat secara signifikan seiring dengan
penurunan komposisi plastik yang digunakan. Kadar air tertinggi untuk sampel yang tidak
dikarbonisasi dimiliki oleh sampel NK4 (0,37%), yang memiliki komposisi 8% LDPE, 12% LNK
dan 80% KKNK. Hasil yang sama juga ditunjukkan pada sampel karbonisasi. Nilai yang
ditunjukkan untuk sampel karbonisasi lebih kecil dibandingkan sampel non karbonisasi. Proses
pengarangan memegang peranan yang penting dalam hal ini. Pada suhu di atas 100°C, air yang
terkandung dalam sampel akan menguap dan pada suhu yang lebih tinggi (150-200°C) sisa-sisa air
yang belum menguap akan keluar terbawa bersama gas (PDII-LPI dalam Lestari, 2005). Sampel K4
merupakan sampel karbonisasi yang memiliki kadar air paling tinggi (0,36%). Komposisi K4 adalah
8% LDPE, 12% LK dan 80% KKK. Kadar air berkaitan dengan nilai kalor karena kadar air yang
tinggi dapat menurunkan kalor dalam bahan (UNEP, 2006).
Volatile Solids
Volatile solids adalah jumlah bahan organik yang dapat didegradasi, dimana prinsip
pengukurannya dilakukan dengan pembakaran pada suhu 550ºC (Tchobanoglous, Theisen, Vigil, 1993). Hasil analisis kadar volatile solids untuk tiap sampel dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Grafik Analisis Volatile Solids Sampel
Pada Gambar 3 diketahui bahwa untuk sampel yang tidak dikarbonisasi, nilai volatile solids yang ditunjukkan cukup tinggi. Sampel non karbonisasi menunjukkan trend yang semakin meningkat seiring dengan pertambahan komposisi kulit kopi yang digunakan. Kadar volatile solids tertinggi untuk sampel yang tidak dikarbonisasi dimiliki oleh sampel NK4 yang terdiri dari 8%
LDPE, 12% LNK dan 80% KKNK. Hasil yang sama juga ditunjukkan oleh sampel kabonisasi.
Semakin banyak komposisi kulit kopi yang digunakan, semakin meningkat pula kadar volatile solids yang digunakan. Kadar volatile solids tertinggi dimiliki oleh sampel K4 yang terdiri dari 8%
LDPE, 12% LK dan 80% KKK. Seperti yang telah diketahui, karbonisasi dapat menghilangkan
bahan volatile dalam sampel sehingga didapatkan karbon yang lebih murni. Saenger, et al. (2001)
dan Erol, Haykiri-achma, Kbayrak (2009) memperkuat hasil dengan menunjukkan bahwa analisis
volatile solids terhadap beberapa biomassa yang tidak dikarbonisasi menunjukkan hasil yang tinggi.
Nilai Kalor
Analisis nilai kalor dalam penelitian ini dilakukan dengan bomb calorimeter system dengan tipe ASTM D-240. Hasil analisis untuk tiap sampel akan diberikan pada Gambar 4.
Gambar 4 Grafik Analisis Nilai Kalor Sampel
Mengacu pada Gambar 4, diketahui bahwa nilai kalor untuk sampel yang tidak dikarbonisasi menunjukkan hasil yang menurun seiring dengan berkurangnya komposisi plastik yang digunakan.
Sampel NK1 merupakan sampel non karbonisasi yang memiliki nilai kalor terbesar, yaitu 4.615,21 kal/g. Penambahan plastik ke dalam bahan baku briket akan meningkatkan nilai kalornya karena nilai kalor erat berhubungan dengan kadar C dalam bahan bakar (Suyitno, 2007).
Hasil analisis terhadap sampel karbonisasi menunjukkan hasil yang sama. Sampel K1
merupakan sampel karbonisasi yang memiliki nilai kalor tertinggi, yaitu 5.416,28 kal/g. Nilai kalor
untuk sampel karbonisasi menunjukkan hasil yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan sampel
non karbonisasi. Karbonisasi akan melepaskan zat terbang (volatil) dan menghasilkan produk
berbentuk cair, padat dan gas. Produk padat ini dinamakan arang (char) yang identik dengan karbon
(Husada, 2008). Hasil analisis untuk sampel uji menunjukkan bahwa nilai kalor sampel rata-rata
berada di atas nilai kalor yang disyaratkan pada nilai kalor biobatubara menurut PERMEN ESDM no. 047 Tahun 2006 (sebesar 4.400 kal/g). Semua sampel kecuali sampel NK4 telah melebihi nilai standard tersebut. Sampel NK merupakan sampel non karbonisasi dengan komposisi kulit kopi yang terbesar (80%).
Kadar Abu
Kadar abu sering dikaitkan dengan adanya kehadiran zat pengotor dalam sampel. Zat pengotor menyebabkan pembakaran sampel menjadi cepat menghasilkan abu dan menghasilkan emisi gas buang yang lebih tinggi. Hasil analisis kadar abu untuk tiap sampel diberikan pada Gambar 5.
Gambar 5 Grafik Analisis Kadar Abu Sampel
Mengacu pada Gambar 5, tampak bahwa kadar abu baik untuk sampel yang dikarbonisasi
maupun tidak dikarbonisasi menunjukkan trend penurunan yang signifikan seiring dengan
penurunan komposisi lumpur yang digunakan. Sampel NK1 merupakan sampel non karbonisasi
yang memiliki kadar abu tertinggi, yaitu 26,66%. Sampel NK1 tersusun atas 32% LDPE, 48% LNK
dan 20% KKNK. Pada hasil analisis tersebut tampak bahwa tingginya kadar abu untuk keseluruhan
sampel non karbonisasi disebabkan oleh penggunaan lumpur. Sampel karbonisasi menunjukkan
hasil yang sama seperti sampel non karbonisasi. Sampel K4 adalah sampel karbonisasi yang
memiliki kadar abu tertinggi diantara semua sampel karbonisasi, yaitu 29,17%. Sampel K4 tersusun atas 32% LDPE, 48% LK dan 20% KKK. Berdasarkan Gambar 5 tampak bahwa kadar abu yang dihasilkan oleh sampel karbonisasi menunjukkan nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan sampel yang tidak dikarbonisasi. Hal ini disebabkan adanya perlakuan karbonisasi pada sampel.
Selain dapat menghilangkan kandungan zat volatil dan meningkatkan kadar karbon terikat dalam sampel, karbonisasi juga dapat meningkatkan kadar abu pada sampel.
Kuat Tekan
Analisis kuat tekan (compressive strength) dilakukan untuk mengetahui pada tekanan berapa briket akan pecah karena berkaitan dengan proses penyimpanannya dan pengangkutan briket. Bila kuat tekan briket rendah berarti kualitas dari briket tersebut kurang baik karena akan mudah pecah terkena beban berat ataupun dalam pengangkutannya. Alat yang digunakan untuk analisis kuat tekan adalah unconfined compression test machine yang mengacu pada ASTM D-2166-66. Hasil analisis kuat tekan pada sampel briket dapat dilihat pada Gambar 6.
0.04 0.11
0.27 0.71
0.55 0.57
0.63 0.64
0.14 0.24
0.49 0.57
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80
NK1 NK2 NK3 NK4 K1 K2 K3 K4 C1 C2 C3 C4
G rafik C o mpres s iv e S tren gth
