BAB I
PENGANTAR
A. Latar BelakangIndonesia termasuk negara produsen CPO (Crude Palm Oil) terbesar di dunia. Hal ini dikarenakan iklim di Indonesia yang sangat cocok dan disertai tersedianya lahan yang luas. Menurut data Badan Pusat Statistik, luas area perkebunan kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2012 mencapai 5.995.700 Ha. Hal ini menunjukkan bahwa banyaknya industri berbasis kelapa sawit di Indonesia.
Selain menghasilkan produk CPO, pengolahan kelapa sawit ini juga menghasilkan produk samping berupa POME (Palm Oil Mill Effluent), cangkang sawit, fiber/sabut, dan tandan kosong kelapa sawit. Pada pengolahan kelapa sawit, limbah yang jumlahnya sangat besar adalah limbah cair dan TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit). Limbah TKKS mencapai 230 kg dari setiap ton TBS atau Tandan Buah Segar yang diolah. Jumlah ini sangat besar dan dapat menjadi limbah yang mengganggu lingkungan apabila tidak dimanfaatkan dan diolah lebih lanjut.
Berdasarkan data dari Dirjenbun (Direktorat Jendral Perkebunan), potensi limbah TKKS sangat besar dan diperkirakan jumlah ini akan semakin meningkat dengan meningkatnya produksi kelapa sawit di Indonesia. Oleh karena itu limbah TKKS harus diolah menjadi produk yang lebih bernilai.
Salah satu produk yang dapat dihasilkan dari penggunaan TKKS adalah karbon aktif. Karbon aktif biasanya digunakan sebagai pembersih, penyerap, dan bahan pengemban katalisator. Contoh industri yang menggunakan karbon aktif adalah industri makanan, industry pengolahan air, industry minuman, industry obat, industri pengolahan limbah cair, industri plastik, dll. Dengan banyaknya bermunculan proses industri di dalam maupun luar negeri, semakin banyak pula kebutuhan arang aktif.
Berdasarkan data Dinas Perdagangan dan Perindustrian mengenai impor dan ekspor karbon aktif di Indonesia, menggambarkan bahwa arus pasar karbon aktif baik di dalam maupun luar negeri masih terbuka lebar. Untuk itu semakin banyak pula peluang untuk memproduksi dan memasarkan arang aktif.
Tandan Kosong Kelapa Sawit merupakan limbah pengolahan kelapa sawit yang cocok untuk diolah menjadi karbon aktif. Selain karena jumlah ketersediaannya di alam yang banyak, juga dikarenakan kandungan selulosa pada TKKS tersebut. mengandung selulosa sebanyak 57.04%. Hal ini menunjukkan bahwa selulosa merupakan komposisi yang paling banyak terdapat pada TKKS.
Selulosa merupakan polimer karbohidrat yang terbanyak yang terdapat di alam (Han and Chen, 2007). Selulosa merupakan senyawa organik dengan formula (C6H10O5)n yang
terdapat pada dinding sel yang berfungsi untuk mengokohkan struktur. Semakin banyak kandungan selulosa, maka semakin baik karbon aktif yang dihasilkan (Takeuchi, Yashito, 2006).
Berdasarkan pertimbangan di atas, maka pabrik karbon aktif dari Tandan Kososng Kelapa Sawit merupakan investasi yang cukup menarik untuk dikaji lebih lanjut dengan melakukan estimasi kelayakan investasi melalui prarancangan pabrik kimia karbon aktif dari TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit).
B. Bahan Baku Tandan Kosong Kelapa Sawit
TKKS adalah salah satu produk sampingan atau limbah padatan yang berasal dari industri pengolahan kelapa sawit. Ketersediaan TKKS cukup signifikan bila ditinjau berdasarkan rata-rata produksi TKKS terhadap total jumlah TBS (Tandan Buah Segar) yang
diproses. Rata-rata produksi tandan kosong kelapa sawit adalah berkisar 22% hingga 24% dari total berat tandan buah segar yang diproses di Pabrik Kelapa Sawit.
Jenis Potensi per Ton TBS (%) Manfaat
Tandan kosong 23,0 Pupuk kompos, pulp kertas
Wet decanter solid 4,0 Pupuk kompos, makanan
Cangkang 6,5 Arang, karbon aktif, papan partikel,
Serabut (fiber) 13,0 Energi, pulp kertas, papan partikel
Limbah cair 50,0 Pupuk, air irigasi
Tabel 1.1. Persentase Setiap Bagian yang Terdapat pada Tandan Buah Segar beserta Manfaatnya
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah padat industri minyak kelapa sawit dengan potensi cukup besar, yang sekarang ini hanya dibuang di tempat, atau dibakar sehingga menimbulkan pencemaran lingkungan. Secara fisik tandan kosong kelapa sawit terdiri dari berbagai macam serat, yaitu tercantum pada tabel berikut :
Tabel 1.2. Komposisi Serat pada Tandan Kosong Kelapa Sawit (Institut Pertanian Bogor, 2012)
Berdasarkan struktur tersebut dapat dibayangkan bahwa sebenarnya tandan kosong kelapa sawit adalah kumpulan jutaan serat organik yang memiliki kemampuan dalam menahan air yang ada di sekitarnya. Secara fisik struktur tersebut akan mengalami proses dekomposisi dan degradasi bahan organik sehingga akan mengalami perubahan struktur
Komposisi TKKS Dasar Kering (%)
Selulosa 57,04
Hemiselulosa 22,84
Lignin 16,49
Abu 1,23
menjadi serasah. Serasah juga mempunyai fungsi dan peranan yang sama dengan tandan kosong kosong kelapa sawit yaitu mampu mempertahankan air yang ada di sekitarnya.
C. Analisis Pasar
Untuk menentukan kapasitas dan kelayakan pasar, maka diperlukan analisis ketersediaan bahan baku, potensi dan permintaan pasar, serta kapasitas pabrik yang sudah ada.
1. Ketersediaan bahan baku
Bahan baku TKKS atau tandan kosong kelapa sawit diperoleh dari hasil samping pengolahan kelapa sawit. Maka banyaknya ketersediaan TKKS ini didudukung dengan banyaknya industri pengolahan kelapa sawit di Indonesia. Industri pengolahan kelapa sawit juga didukung dengan potensi ketersediaan lahan di Indonesia yang cukup luas. Berikut data luas tanaman perkebunan kelapa sawit Indonesia dari tahun 2005-2013 :
Tabel 1.3. Luas Perkebunan Kelapa Sawit Indonesia (Badan Pusat Statistik)
Maka dapat disimpulkan bahwa luas area perkebunan kelapa sawit di Indonesia semakin bertambah setiap tahunnya. Hal ini memungkinkan jumlah TKKS yang juga semakin meningkat setiap tahunnya.
No. Tahun Luas Perkebunan Kelapa Sawit (Ha)
1 2005 3.593.400 2 2006 3.748.500 3 2007 4.101.700 4 2008 4.451.800 5 2009 4.888.000 6 2010 5.161.600 7 2011 5.349.800 8 2012 5.995.700 9 2013 6.170.700
Berikut adalah grafik luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2011. Berdasarkan grafik tersebut Riau merupakan provinsi penghasil kelapa sawit terbesar di Indonesia.
Gambar 1.3. Grafik Luas Perkebunan Kelapa Sawit di Indonesia pada Tahun 2011 (Badan Pusat Statistik)
Hampir keseluruhan hasil perkebunan kelapa sawit dimanfaatkan oleh industry pengolahan kelapa sawit menjadi CPO (Crude Palm Oil) dan menghasilkan TKKS sebagai limbah atau produk samping. Berikut data luas area, produksi kelapa sawit dan TKKS yang dihasilkan di beberapa daerah penghasil kelapa sawit terbesar di Indonesia.
Provinsi Luas Area Produk Kelapa Sawit
Produksi TKKS
Riau 1.300.000 Ha 559.000 ton 128.000 ton
Sumatera Utara 964.300 Ha 400.000 ton 92.000 ton Sumatera Selatan 532.400 Ha 250.000 ton 57.500 ton Kalimantan Barat 466.900 Ha 200.000 ton 46.000 ton
Jambi 466.700 Ha 200.000 ton 46.000 ton
Tabel 1.4. Data Luas Area, Produk Kelapa Sawit dan Produksi TKKS di Beberapa Provinsi Penghasil Kelapa Sawit di Indonesia (Badan Pusat Statistik)
Berdasarkan data tersebut juga dapat disimpulkan bahwa Riau adalah provinsi yang menghasilkan TKKS terbanyak, yaitu 128.000 ton. Berikut data produksi tandan buah segar dan CPO yang dihasilkan oleh kabupaten/kota di Provinsi Riau.
Kabupaten/Kota Produksi Tandan Buah Segar (ton/thn) Produksi (ton CPO) Kampar 7.680.797 1.273.944 Rokan Hulu 6.150.819 989.041 Pelalawan 3.737.819 648.197 Indragriri Hulu 2.185.196 389.113 Kuantan Singingi 2.392.285 431.385 Bengkalis 2.303.132 435.688 Rokan Hilir 4.639.402 797.644 Dumai 406.727 75.085 Siak 4.035.206 704.027 Indragriri Hilir 3.097.067 518.911 Pekan Baru 180.973 30.507 Kepulauan Meranti - -
Tabel 1.5. Produksi TBS dan CPO di Kabupaten/Kota di Provinsi Riau (Dinas Perkebunan Provinsi Riau, 2011)
Berdasarkan data tersebut terlihat bahwa Kampar merupakan kabupaten yang menghasilkan tandan buah segar kelapa sawit terbesar di Riau. Buah dari tandan buah segar ini yang akan diolah menjadi CPO dan meninggalkan tandan sebagai TKKS atau tandan kosong kelapa sawit. Jadi, dengan banyaknya tandan buah segar yang dihasilkan maka TKKS yang dihasilkan juga banyak. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa ketersediaan bahan baku tandan kosong kelapa sawit di Indonesia paling banyak terdapat di Kabupaten Kampar, Provinsi Riau.
Bahan baku utama selain TKKS adalah kalium hidroksida. Ketersediaan bahan baku kalium hidroksida untuk pabrik karbon aktif dari TKKS ini didatangkan dari Cina.
2. Potensi dan permintaan pasar
Berdasarkan data impor dan ekspor karbon aktif dari tahun 2007 – 2011, menunjukkan banyaknya permintaan karbon aktif di dalam dan luar negri
Tahun Impor (ton) Ekspor (ton) 2007 1.080 12.555 2008 1.240 14.340 2009 1.375 15.975 2010 1.580 17.890 2011 1.785 19.880
Tabel 1.6. Kapasitas Impor dan Ekspor Karbon Aktif di Indonesia dari Tahun 2007 – 2011 (Dinas Perdagangan dan Perindustrian)
Maka dapat diperkirakan kapasitas total pabrik karbon aktif di Indonesia adalah 24.000 ton/tahun. Pada perancangan pabrik karbon aktif dari tandan kosong kelapa sawit ini kapasitas karbon aktif adalah 2500 ton/tahun.
Beberapa Industri yang menggunakan karbon aktif adalah sebagai berikut :
a. Industri Makanan
b. Industri Pengolahan Air Minum c. Industri Minuman
d. Industri Obat
e. Industri Pengolahan Limbah Cair f. Industri Plastik
g. Industri Gas Alam (LNG) h. Industri Rafinery
i. Industri Pengolahan Emas dan Mineral j. Industri Minyak Goreng
D. Lokasi Pabrik
Penentuan lokasi merupakan salah satu aspek yang penting dalam pendirian sebuah pabrik. Lokasi pabrik akan mempengaruhi kondisi pabrik dari segi teknis maupun ekonomis. Keberadaan pbrik di suatu lokasi tertentu juga akan mempengaruhi masyarakat dan lingkungannya di sekitarnya.
Pabrik karbon aktif dari tandan kosong kelapa sawit ini direncanakan akan dibangun di Kabupaten Kampar, Provinsi Riau, Sumatera.
Gambar 1.4. Peta Lokasi Kabupaten Kampar, Provinsi Riau Beberapa pertimbangan pemilihan lokasi ini :
1. Ketersediaan Bahan Baku
Berdasarkan data Badan Pusat Statistik, Riau merupakan provinsi dengan luas perkebunan kelapa sawit terluas di Indonesia, yaitu 1.300.000 Ha. Riau juga merupakan provinsi penghasil TKKS terbanyak, yaitu 128.000 ton.
Di provinsi Riau, Kabupaten yang menghasilkan Tandan Buah Segar (TBS) terbanyak adalah Kabupaten Kampar, yaitu menghasilkan TBS sebanyak 7.680.797 ton/tahun. Kabupaten Kampar juga penghasil CPO terbanyak di Riau, yaitu 1.273.944 ton CPO. Maka Kabupaten Kampar juga penghasil TKKS terbesar di Provinsi Riau.
Banyaknya jumlah bahan baku dan jangkauan yang mudah, maka Kabupaten Kampar, Provinsi Riau dipilih sebagai lokasi pabrik karbon aktif yang akan didirikan.
2. Transportasi
Kabupaten Kampar terletak di Provinsi Riau yang berbatasan dengan Sumatera Barat. Untuk transportasi bahan baku tandan kosong dapat digunakan belt conveyor mengingat di kabupaten Kampar ini penghasil kelapa sawit terbanyak di Provinsi Riau. Untuk bahan baku
berupa KOH harus didatangkan dari China sehingga digunakan jalur laut untuk transportasi. Jarak dari pelabuhan yang terdapat di Dumai ke Kabupaten Kampar dapat ditempuh jalur darat menggunakan truk sebagai pengangkut setelah bahan baku berupa KOH diangkut dari kapal.
3. Air, bahan bakar, power danutilitas lain
Operasi suatu pabrik sangat bergantung pada ketersediaan air karena pada proses produksi pabrik ini ada tahap untuk pencucian yang membutuhkan supply air yang cukup banyak. Di sekitar lokasi pabrik juga harus tersedia listrik yang memadai agar memudahkan pengaliran listrik ke mesin-mesin yang bekerja pada pabrik ini.
Kabupaten Kampar ini memiliki 21 kecamatan dan dilalui oleh dua buah sungai besar dan beberapa sungai kecil, di antaranya sungai Kampar yang panjangnya ± 413,5 km dengan kedalaman rata-rata 7,7 m dan lebar rata-rata 143 meter. Kemudian sungai Siak bagian hulu yakni panjangnya ± 90 km dengan kedalaman rata-rata 8 – 12 m. Sehingga untuk persediaan air selama proses produksi dapat dipenuhi oleh satu dari dua sungai tersebut. Sumber energi listrik pada kabupaten Kampar ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA Koto Panjang).
4. Tenaga Kerja dan Buruh
Sumber daya manusia juga salah satu faktor penting demi berlangsungnya produksi pada pabrik. Tenaga kerja merupakan pelaku yang langsung pada proses produksi. Selain itu juga perlu dipertimbangkan tentang besar upah minimum regional di daerah berdirinya pabrik, demi menjamin terpenuhinya hak pegawai untuk memperoleh pendapatan yang memadai.
Sebagian besar tenaga kerja di Kabupaten ini bekerja pada sektor perkebunan, pertanian dan kehutanan. Dengan adanya pabrik ini akan meningkatkan taraf kerja untuk masyarakat di sekitar pabrik.
5. Kondisi Geografis
Dalam pendirian pabrik, kondisi geografis suatu wilayah sangat menentukan sebab faktor iklim atau keadaan tanahnya sangat mempengaruhi. Berbeda wilayah yang terdapat di
wilayah Asia dengan wilayah yang berada di Eropa, berbeda pula pembangunan pabriknya. Dalam pembangunan pabrik juga harus melihat daerah tersebut daerah rawan bencana atau bukan, agar dari awal pembangunan dapat mengantisipasi serta mempersiapkan penanggulangan dengan baik.
Kabupaten Kampar dengan luas lebih kurang 27.908,32 km² merupakan daerah yang terletak antara 1°00’40” lintang utara sampai 0°27’00” lintang selatan dan 100°28’30” – 101°14’30” bujur timur. Kabupaten Kampar dibatasi oleh Kabupaten Rokan Hulu dan Kabupaten Bengkalis di utara, Kabupaten Kuantan Singingi di selatan, Kabupaten Lima Puluh Kota (Provinsi Sumatera Barat) di barat dan Kota Pekanbaru, Kabupaten Siak serta Kabupaten Pelalawan di timur.
Kabupaten Kampar pada umumnya beriklim tropis, suhu minimum terjadi pada bulan November dan Desember yaitu sebesar 21 °c. Suhu maksimum terjadi pada juli dengan temperatur 35 °c.
E. Tinjauan Pustaka
Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari dua proses, yaitu karbonisasi dan aktivasi produk dari proses karbonisasi menjadi karbon aktif. Menurut Astuti(1990), secara umum proses karbonisasi sempurna adalah pemanasan bahan baku tanpa adanya udara sampai temperatur yang cukup tinggi untuk mengeringkan dan menguapkan senyawa dalam karbon. Pada proses ini terjadi dekomposisi termal dari bahan yang mengandung karbon dan menghilangkan spesies non karbonnya. Pada proses ini akan terbentuk char, selain itu karbonisasi juga menghasilkan gas, dan cairan, walaupun dalam jumlah yang sedikit ( Karaosmanoglu, Tetik, and Gollu,1999)
Menurut Chan (1983), reaksi pirolisis biomassa terjadi secara paralel membentuk char, tar dan gas. Kandungan air dalam biomassa yang menguap juga bagian dari proses pirolisis.
Moisture Water Vapour
Gambar 1.5. Mekanisme Pirolisis Biomassa (Chan, 1983)
Proses selanjutnya yaitu aktivasi karbon yang dihasilkan dari proses karbonisasi. Dalam proses aktivasi bertujuan untuk meningkatkan volume dan memperbesar diameter pori setelah mengalami proses karbonisasi dan meningkatkan penyerapan. Pada umumnya terdapat tiga metode proses aktifasi, yaitu aktivasi kimia (Chemical Activation), aktivasi fisika (Physical Activation), dan Physiochemical Activation.
1. Aktivasi kimia
Pada aktivasi kimia, kedua proses karbonisasi dan aktivasi dapat berlangsung dalam satu proses dengan adanya agen kimia (one step activation method). Aktivasi kimia biasanya dilakukan pada suhu operasi yang lebih rendah daripada aktivasi fisika. Dalam proses aktivasi kimia, bahan kimia memainkan peran utama dalam memperbesar struktur pori karbon sebagai pengganti pemanasan suhu tinggi pada aktivasi fisika. Sementara itu, yield karbon yang dihasilkan dari aktivasi kimia lebih besar daripada dengan aktivasi fisika.
Terdapat beberapa agen kimia yang pernah digunakan untuk membuat berbagai macam karbon aktif, diantaranya adalah KOH, NaOH, H3PO4, ZnCl2 and H2SO4. Dari bahan
tersebut memiliki dehydrating properties yang akan mempengaruhi dekomposisi pirolitik, menghambat terbentuknya tar selama proses karbonisasi, dan meningkatkan yield karbon.
Proses aktivasi kimia dengan KOH sangat menarik karena dapat menghasilkan karbon aktif yang sangat porous (micropores). Lillo-R´odenas et al. mengemukakan formula aktivasi dengan KOH sebagai berikut :
3KOH(l) + C ↔ K(g,l) + K2CO3 + 1.5H2(g)
2. Aktivasi fisika
Aktivasi fisika, juga dikenal sebagai dua langkah proses aktivasi, dan pada umumnya digunakan dalam skala komersial dalam produksi karbon aktif. Aktivasi fisika terdiri dari karbonisasi bahan diikuti dengan proses aktivasi produk char dengan menggunakan agen gas pengaktif. Pada tahap karbonisasi, terjadi proses pengurangan kelembaban dan volatilitas bahan. Setelah itu, dilakukan gasifikasi dengan agen pengoksidasi untuk meningkatkan porositas.
Prosedur umum dari metode aktivasi ini adalah pemanasan pada suhu yang relatif tinggi (>800 oC) . Selama pemanasan, inert gas dialirkan untuk meminimalisasi karbon yang terbakar. Kemudian, gas aktivasi dialirkan ketika suhu maksimum telah tercapai selama waktu telah ditentukan. Gas aktivasi yang biasa digunakan untuk metode ini adalah gas CO2,
steam, dan udara. Dalam aktivasi fisika, eliminasi sebagian besar massa karbon internal diperlukan untuk memperoleh struktur karbon yang baik.
Reaksi aktivasi fisika dapat disederhanakan sebagai berikut : C + CO2 → 2CO ΔH ° 298K = 159,7 kJ mol-1
C + H2O → CO + H2 ΔH ° 298K = 118,9 kJ mol-1
3. Physiochemical Activation
Beberapa penulis mengusulkan kombinasi antara aktivasi kimia dengan aktivasi fisika menggunakan CO2 untuk menyempurnakan proses aktivasi sehingga memperoleh pororsitas
yang optimal pada suhu aktivasi yang relatif rendah. Physiochemical activation sebagian besar dilakukan pada suhu 600-850 oC dengan adanya dehydrating agent (KOH, Zn Cl2, atau
H3PO4) dan oxidizing agent seperti CO2 atau steam untuk meberikan efek gasifikasi lebih
lanjut.
Dalam proses pembuatan karbon aktif dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dipilih menggunakan cara aktivasi kimia. Hasil penelitian menunjukkan bahwa TKKS yang merupakan limbah dari proses produksi gula merupakan bahan yang telah terkarbonisasi, sehingga hanya membutuhkan satu langkah proses aktivasi sebelum dijadikan sebagai karbon aktif. Kelebihan aktivasi kimia adalah kondisi suhu dan tekanan operasinya relatif lebih rendah. Selain itu, efek penggunaan bahan kimia mampu meningkatkan jumlah pori-pori dalam produk. Yield karbon yang dihasilkan aktifasi kimia juga lebih tinggi daripada aktifasi
fisika. Sehingga aktifasi secara kimia lebih efisien dan ekonomis dalam proses pembuatan karbon aktif dari TKKS ini.
