1
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Logam Tanah Jarang (LTJ) adalah salah satu sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui dan merupakan mineral langka yang tersebar di permukaan bumi. LTJ diperlukan untuk kebutuhan bahan baku industri elektronik, energi maupun peralatan dan perlengkapan pertahanan. Dengan ditemukannya beberapa produk inovatif dan perkembangan teknologi yang dapat dihasilkan dari komoditas LTJ, memaksa kebutuhan akan LTJ menjadi semakin meningkat. Meskipun terkadang terjadi fluktuasi harga LTJ, namun itu tidak terasa signifikan. Seperti diperlihatkan dalam Gambar 1.1, menurut World Minerals Statistics, produksi LTJ dunia terjadi peningkatan dua kali lipat dalam kurun waktu 20 tahun terakhir dan mengalami puncak produksi lebih dari 137.000 ton ditahun 2006.
Gambar 1.1. Perkiraan produksi LTJ Oksida China & Dunia antara 1992-2010 (Sumber: Britis Geological Survey, November 2011)
2
Demikian pula produksi LTJ China terus meningkat sampai tahun 2006 hingga mengalami batas produksi mencapai 133.000 ton. Setelah itu China mulai melakukan penurunan angka produksi pada 119.000 ton dan ini masih lebih dari 97% dari produksi global. Namun demikian harga LTJ tidak lantas terjadi penurunan harga. Seperti diperlihatkan dalam Gambar 1.2, merujuk pada tren harga impor dari negara-negara Uni eropa, Jepang, dan USA antara tahun 2004 sampai 2006 terjadi kenaikan harga LTJ, bahkan pertumbuhan yang lebih signifikan terjadi pada tahun 2011.
Seperti diperlihatkan dalam Gambar 1.3, permintaan pasokan LTJ dari negara-negara importir ditahun 2009 lebih tinggi bila dibandingkan daripada pasokan LTJ pada negara-negara eksportir. Dominasi China terhadap produksi dan mulai membatasi ekspor LTJ sejak tahun 2010, demi memenuhi kebutuhan sendiri juga ikut mempengaruhi pasokan kebutuhan jangka panjang produk LTJ dunia dimasa-masa mendatang.
Gambar 1.2.Grafik nilai satuan import Logam Tanah Jarang di Negara Jepang, Uni eropa dan USA, US$ per kilo Tahun 2000-2012 (Sumber: British UNCTAD, 2014 )
3
Unsur LTJ dari logam Yttrium digunakan secara komersial dalam bidang militer dan industri laser, seperti sebagai pelapis mesin jet pesawat tempur. Beberapa unsur LTJ seperti Neodimium (Nd), Samarium (Sm) dan Praseodimium (Pr) merupakan material yang memiliki sifat neomagnet, sehingga berpotensi untuk menghasilkan magnet energi tinggi. Pengembangan magnet permanen dari LTJ dapat kita jumpai pada turbin angin, baterai NiMH pada perangkat seluler dan baterai utama pada kendaraan listrik. Meningkatnya tingkat konsumsi energi dan kebijakan energi global yang menuntut penggunaan energi yang lebih ramah lingkungan menjadi salah satu alasan pentingnya material LTJ bagi para perencana lingkungan sebagai upaya mengurangi emisi karbon dioksida. Hal tersebut tentu saja juga memberi dampak pada solusi penggunaan teknologi energi baru terbarukan (EBT) sehingga akan semakin memacu pasokan Nd, Sm dan Pr di pasaran global. Disamping itu penggunaan magnet permanen pada beberapa fasilitas alat kesehatan dan komputer juga menjadi sebab kenaikan permintaan LTJ
Gambar 1.3. Perbandingan perdagangan negara-negara importir dan eksportir utama Logam Tanah Jarang di Tahun 2009 (Sumber: British Geological Survey November 2011 )
4
berbahan magnet di pasaran industri LTJ dunia. Perkiraan perbandingan kebutuhan dan ketersediaan Nd di industri LTJ seperti ditunjukkan pada Gambar 1.4.
Dalam beberapa temuan, LTJ tidak didapati berupa unsur bebas dalam lapisan kerak bumi. Namun ia berbentuk paduan senyawa komplek karbonat, fosfat ataupun bercampur dengan mineral lain. Dengan demikian untuk memanfaatkan logamnya, pada mineral LTJ harus dilakukan proses pemisahan terlebih dahulu.
Indonesia memiliki potensi LTJ yang cukup besar, tersebar di daerah Bangka Belitung, Kalimantan, Sulawesi, dan Papua dengan perkiraan potensi hingga 1,5 miliar ton. Keberadaan mineral LTJ terindikasi terdapat pada daerah-daerah yang mengandung intrusi granitoid, aluvial dan plaser. Daerah - daerah-daerah yang memiliki ekstensif instrusi granitoid di Indonesia adalah Pulau Bangka dan Belitung, Kepulauan Tujuh, Singkep, Kundur, Karimun Jawa, Sumatera,
Gambar 1.4. Perkiraan permintaan dan ketersediaan Neodimium Oksida dunia hingga tahun 2020(Sumber: Adamas Intel REMO, 2014)
5
Kalimantan, Pulau Sula Banggai (Timur Sulawesi) dan bagian barat Papua (Atmawinata dkk, 2014).
Di Pulau Bangka dan Belitung keberadaan mineral LTJ ditemukan dalam mineral monasit sebagai ikutan (tailing) dari hasil pengolahan mineral bijih timah (kasiterit). Dalam suatu kajiannya, Djamaluddin (2012) mendefinisikan tailing sebagai istilah yang diperuntukkan bagi materi atau bahan hasil produksi yang terbuang dari kegiatan eksploitasi dan pengolahan tambang yang berbentuk materi padatan (Irzon dkk, 2014). Keberadaan tailing merupakan permasalahan tersendiri antara pemerintah daerah, masyarakat penambang dan warga sekitar terkait tata kelola mineral ikutan penambangan timah. Pengawasan atas pengelolaan tailing diatur langsung oleh International Atomic Energy Agency (IAEA) PBB dalam bentuk Additional Protocol to Safeguard Agreement dengan alasan unsur kandungannya yang dianggap strategis. Kesepakatan ini telah ditandatangani Pemerintah Indonesia dan IAEA tahun 1999, dan oleh Badan Pengawas Tenaga Nuklir (BAPETEN) sesuai dengan UU No.10 Tahun 1997 tentang Ketenaganukliran. Berdasarkan ketentuan tersebut Indonesia wajib menganalisa kandungan radioaktif secara kuantitatif atas mineral ikutan dan Terak II, serta menyusun laporan deklarasi protokol tambahan paling lambat tanggal 15 April setiap tahunnya untuk dikirimkan ke BAPETEN, yang kemudian disampaikan ke Sidang Tahunan IAEA di Vienna, Austria.
Gambaran mengenai keberadaan tailing hasil pencucian timah milik PT Timah dan milik masyarakat penambang yang berlokasi di sekitar pemukiman
6
warga daerah Merawang, Kabupaten Bangka Induk dapat dilihat pada Gambar 1.5 dan Gambar 1.6 berikut ini.
Keberadaan tailing PT Timah maupun tailing dari masyarakat penambang saat ini masih berada pada fasilitas ruang penyimpanan yang belum memadai untuk mencegah paparan radioaktif. Hal ini tentu saja memberi dampak keprihatinan sekaligus harapan mengingat potensi tailing yang cukup menjanjikan.
Gambar 1.6. Mineral ikutan timah di tempat pencucian bijih timah masyarakat yang dekat pemukiman warga daerah Merawang, kabupaten Bangka Induk, 2015
Gambar 1.5. Mineral ikutan timah di tempat pencucian bijih timah PT Timah Peltim Mentok, 2015
7
Keterdapatan mineral ikutan seperti monasit dalam kandungan tailing yang memiliki nilai ekonomis memberikan kita peluang untuk dapat mengkaji dan mengolah tailing ke tahap lebih lanjut. Mineral monasit merupakan suatu senyawa fosfat yang terkandung didalamnya oksida LTJ (Atmawinata dkk, 2014) dan menurut data dari hasil penelitian Batan didapati potensi mineral monasit Bangka Belitung diperkirakan memiliki 50% lebih kadar oksida LTJ (Tjokrokardono dkk, 2002).
Secara umum rumus kimia pasir monasit dapat dituliskan seperti berikut (LTJ,Th)PO4. LTJ memiliki kemiripan sifat-sifat kimia dan fisika satu sama
lainnya sehingga untuk mendapatkan LTJ dalam keadaan murni relatif sulit untuk dilakukan. Ada berbagai macam teknik pemisahan LTJ yang dapat kita gunakan, diantaranya pemisahan dengan cara pengendapan. Proses Pengendapan biasanya dipakai untuk melakukan peningkatan kadar unsur atau juga untuk memisahkan suatu unsur dengan unsur lainnya. Proses pengendapan merupakan proses reaksi terbentuknya suatu padatan ataupun endapan didalam larutan sebagai hasil dari reaksi kimia. Proses pengendapan lazim dilakukan dan merupakan proses pemisahan yang tidak memerlukan biaya yang mahal, sederhana, dengan waktu yang relatif tidak terlalu lama.
Pemisahan LTJ dengan cara pengendapan dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa metode diantaranya pengendapan dengan metode pengendapan hidroksida. Pengendapan hidroksida dapat dilakukan dengan pengaturan pH. Proses pengendapan diawali dengan melarutkan konsentrat LTJ(OH)3 hasil olahan pasir monasit ke dalam asam nitrat (HNO3). Dalam reaksi
8
kimia pelarutan, terbentuknya suatu larutan dapat berlangsung dengan laju yang bervariasi, ada yang berlangsung sangat cepat, ada yang berlangsung sangat lambat tetapi banyak juga yang berlangsung dalam laju yang mudah dan dapat diperkirakan. Laju reaksi pada suatu reaksi kimia didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi pelarut dan zat terlarut persatuan waktu (MV Purwani dkk, 2008). Laju reaksi suatu proses reaksi kimia merupakan pengukuran bagaimana konsentrasi ataupun tekanan zat-zat yang terlibat dalam reaksi berubah seiring dengan berjalannya waktu (Vogel,1979).
Pada saat reaksi pelarutan LTJ(OH)3 berlangsung, molekul pelarut HNO3
akan terurai sedangkan molekul zat terlarut konsentrat LTJ(OH)3 akan terbentuk.
Proses terbentuknya endapan secara maksimal pada tahapan pemisahan LTJ(OH)3
bergantung pada tingkat kelarutan maksimum konsentrat LTJ(OH)3 yang akan
dilarutkan dalam sejumlah tertentu pelarut HNO3.
Proses pengendapan dilakukan setelah pelarutan konsentrat LTJ(OH)3
didalam HNO3 bereaksi dengan sempurna. Proses pengendapan dilakukan dengan
cara menambahkan amonia ke dalam larutan. Pengendapan konsentrat LTJ(OH)3
dengan amonia dapat dilakukan secara bertingkat dengan variasi pH. Proses pemisahan ini memerlukan kondisi waktu yang baik agar LTJ yang terkandung di dalam filtrat dapat terpisah secara keseluruhan (Wasito dan Biyantoro, 2009).
Berdasarkan uraian diatas, penelitian ini dimaksudkan untuk mencari informasi berkaitan dengan kinetika reaksi pelarutan LTJ(OH)3 dalam HNO3
selama proses pelarutan berlangsung sehingga akan diketahui laju reaksi melarutnya serbuk padatan LTJ(OH)3 didalam HNO3 dan untuk mengetahui
9
bagaimana kondisi proses pemisahan konsentrat LTJ(OH)3 pada unsur Nd, Pr, Sm
dan Y dengan metoda pengendapan hidroksida melalui pengaturan pH.
1.2 Perumusan Masalah
Pasir monasit sebagai mineral ikutan bijih timah, dalam pemurniannya akan mengalami beberapa tahapan proses pengolahan, mengingat mineral ini terkait dengan kandungan unsur radioaktif, seperti Urainium(U), Thorium(Th) dan beberapa unsur logam berat lainnya. Konsentrat monasit selanjutnya akan mengalami peningkatan kadar melalui proses pengendapan bertingkat menggunakan amonia sehingga menjadi konsentrat LTJOH dengan kadar Nd 20,68%, Sm 13,18%, Y 5,36%, Pr 4,26%. Proses pemisahan pengendapan hidroksida dengan pengaturan pH dipengaruhi oleh kelarutan endapan dan hasil kali kelarutan. Pengendapan yang baik akan tercapai bila proses pelarutan berjalan dengan sempurna.
Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui berapa kondisi optimum pelarutan, orde reaksi, nilai konstanta laju reaksi serta kadar unsur Nd, Sm, Pr, Y pada pelarutan konsentrat LTJ(OH)3 menggunakan HNO3 dan juga untuk
mendapatkan kondisi baik pemisahan konsentrat LTJ(OH)3 pada unsur-unsur Nd,
Sm, Pr dan Y melalui metode pengendapan hidroksida dengan pengaturan pH menggunakan amonia. Penelitian kinetika pelarutan dan pemisahan pengendapan konsentrat Nd(OH)3 pada unsur Nd, Sm, Pr dan Y dari hasil olah pasir monasit
sangat perlu dilakukan guna menjadi bagian dari referensi perancangan alat produksi dalam skala yang lebih besar untuk pemanfaatan mineral ikutan penambangan timah di Bangka Belitung yang hingga saat ini masih menjadi
10
masalah terkait sistem tata kelola pemanfaatannya. Dipilihnya keempat unsur LTJ (Nd, Sm, Pr dan Y) ini didalam penelitian, mengingat kelimpahan potensi keempat unsur LTJ tersebut di Bangka Belitung serta tingkat kebutuhan dan manfaatnya yang sangat memungkinkan untuk dilakukan pengembangan dalam hal riset maupun pengembangan dalam skala industri.
Penelitian ini berupaya memberi alternatif sistem pengolahan dan pemanfaatan mineral ikutan terutama LTJ, hasil penambangan timah milik masyarakat, perusahaan swasta dan BUMN yang selama ini menjadi objek penyelundupan dan menjadi salah satu penyebab gangguan kesehatan dengan pengaruh paparan radiasi radioaktifnya, sehingga kemudian nantinya dapat bernilai ekonomis dan menjadi salah satu produk ekspor unggulan di negara ini. 1.3 Batasan Penelitian
1. Konsentrat LTJ(OH)3 yang di teliti dengan kadar Nd(20,68%), Sm(13,18%),
Pr(4,26%) dan Y(5,36%) yang telah mengalami proses peningkatan kadar sebelumnya dan merupakan LTJOH hasil olah Pasir Monasit dari Bangka Belitung.
2. Proses pelarutan konsentrat LTJ(OH)3 menggunakan asam nitrat dan dilakukan
secara bacth.
3. Parameter yang diteliti pada kinetika pelarutan adalah variasi suhu dan variasi waktu pelarutan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap kadar unsur, konversi (X), dan untuk memperoleh data orde reaksi serta persamaan konstanta laju reaksi overall pada unsur-unsur Nd, Sm, Pr dan Y.
11
4. Parameter yang diteliti pada proses pengendapan adalah pH untuk mendapatkan data kadar, berat unsur dan efisiensi pengendapan yang dihasilkan.
5. Metoda yang dipakai untuk memisahkan unsur-unsur LTJ adalah dengan pengendapan hidroksida melalui pengaturan pH.
6. Oksidator yang digunakan dalam pengendapan adalah Kalium Bromat (KBrO4).
7. Unsur-unsur LTJ yang diteliti adalah Neodimium, Praseodimium, Samarium dan Yttrium.
8. Analisis kadar unsur menggunakan Spektrometer pendar sinar-X 1.4 Keaslian Penelitian
Penelitian mengenai kinetika reaksi dan pemisahan LTJ dengan proses pengendapan telah banyak dilakukan, diantaranya oleh Dwi Biyantoro, dkk (2002) yang meneliti tentang Kinetika Reaksi LTJ dari unsur Neodimium dalam Pasir Monasit melalui proses Digesti. Dimana dalam penelitian tersebut menemukan angka laju reaksi H2SO4 terhadap konsentrat Neodimium dengan
menggunakan proses digesti. Suyanti, dkk (2008) melakukan penelitian Peningkatan Kadar Neodimium secara Proses Pengendapan Bertingkat Memakai Amonia menunjukkan bahwa optimasi pH pengendapan Neodimium (Nd) dimana Nd akan terpisah dengan Yttrium (Y), Lantanum (La) dan Cerium (Ce) pada pH 8 dimana pH untuk memisahkan Ce berada pada kisaran pH 1 dan pH 1,5 sedangkan pemisahan Nd terjadi pada pH 8. Penelitian Suyanti menggunakan berat umpan 25 gram dengan komposisi umpan Y (15,21%), La (11,81%), Nd
12
(21,75%) dan Ce (3,14%). Penelitian tersebut menyimpulkan adanya pengaruh volume HNO3 terhadap berat endapan dan kadar unsur dalam endapan serta
ditemukannya peningkatan kadar sesudah proses pengendapan.
Publikasi tentang penelitian Neodimium, Samarium, Yttrium serta pasir monasit dengan berbagai metoda seperti ekstraksi dan kromatografi sudah banyak sekali ditemukan terutama sekali yang berhubungan dengan unsur-unsur radioaktif seperti Thorium dan Uranium. Meskipun demikian, penelitian tentang kinetika pelarutan konsentrat LTJ(OH)3 menggunakan HNO3 yang berkaitan
dengan proses pemisahan dengan cara pengendapan hidroksida dengan metode pengaturan pH menggunakan amonia yang dilakukan pada unsur Nd, Sm, Pr dan Y, belum pernah dilakukan.
Kebaruan dalam penelitian ini dibandingkan dengan penelitian sebelumnya adalah sampel yang dipergunakan dalam penelitian diperoleh dari umpan yang telah mengalami peningkatan kadar melalui proses pemisahan pengendapan serta melibatkan unsur-unsur LTJ seperti Sm, Y dan Pr. Umpan berupa konsentrat LTJ(OH)3 yang merupakan senyawa LTJOH dari hasil olah
pasir monasit dari Bangka Belitung.
Pada penelitian ini dilakukan penentuan kinetika reaksi pada tahap proses pelarutan konsentrat LTJ(OH)3 menggunakan HNO3 yang merupakan rangkaian
awal dari proses pemisahan pengendapan unsur LTJOH dan dilanjutkan pemisahan konsentrat LTJ(OH)3 dengan metode pengendapan hiroksida melalui
pengaturan pH menggunakan amonia. Penelitian ini difokuskan pada unsur-unsur Nd, Pr, Sm dan Y. Unsur Pr selama ini sangat jarang dimasukkan kedalam bagian
13
penelitian-penelitian sebelumnya. Hal ini kemungkinan disebabkan kadar Pr yang relatif sedikit dan kondisi faktor pisah unsur Pr terhadap unsur-unsur lainnya. Sejauh penelusuran hasil studi pustaka yang dilakukan, topik ini belum pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain secara mendalam. Berikut beberapa penelitian yang berkenaan dengan pemisahan LTJ yang telah dilakukan sebelumnya terlihat pada Tabel 1.1.
14
No Peneliti Tahun Judul Hasil Penelitian Lokasi Penelitian
1 MV.Purwani,Subagio no, R, Trimohadi 1995
Pembuatan Konsentrat Neodimium (Nd) dari Pasir Monasit dengan Cara Pengendapan
Membahas teknis
peningkatan persentase kadar Neodimium (Nd) dalam larutan nitrat melalui proses pengendapan berikut unsur ikutannya Lantanum(La) dan Cerium (Ce)
PPNY-Batan
2
Dwi Biyantoro, MV Purwani, Kris Tri Basuki
2002
Kinetika Reaksi Dijesti Neodimium dalam Pasir Monasit
Membahas Kinetika Reaksi Antara H2SO4 dengan Pasir
Monasit
Puslitbang Teknologi Maju Batan, Yogyakarta
3 Tri Handini, Purwoto,
Mulyono 2007
Pemisahan Itrium dari Konsentrat Logam Tanah Jarang dengan Pengendapan Fraksional Hidroksida
Membahas teknis pemisahan konsentrat Itrium dari unsur-unsur pengotornya (La, Ce, Nd, Sm dan Gd)melalui proses pengendapan dengan urea.
PSTA-Batan
4 Suyanti, MV Purwani, Muhadi AW 2008
Peningkatan Kadar Neodimium Secara Proses Pengendapan Bertingkat Memakai Amonia
Membahas teknis peningkatan kadar dan optimasi ph pengendapan bertingkat untuk pemisahan dan pengkayaan Neodimium (Nd), dari Ittrium (Y), Lantanum (La), Cerium (Ce) dalam konsentrat Nd hasil olah pasir monasit
PSTA-Batan
5 MV Purwani, Suyanti, Dwi Retnani 2008
Pengkayaan Samarium Dalam Konsentrat Logam Tanah Jarang Dengan Proses Pengendapan
Membahas teknis pemisahan konsentrat Samarium (Sm) dari logam ikutannya Lantanum(La), Cerium(Ce) dan Neodimium(Nd) dengan cara pengendapan
PSTA-Batan
6 Wasito, B dan
Biyantoro, D 2009
Optimasi Proses Pembuatan Oksida Logam Tanah Jarang dari Pasir Senotim dan Analisis Produk dengan Spektrometer Pendar Sinar-X
Membahas teknis pembuatan oksida logam tanah jarang dari pasir senotim dengan tahapan proses Digesti, Pengendapan Hidroksida dan Kalsinasi
PSTA-Batan
7 MV Purwani, Suyanti 2014 Laju Reaksi Pelindian Ilmenit Memakai H2SO4
Membahas laju reaksi dan
penetuan tetapan laju reaksi PSTA-Batan Tabel 1.1. Penelitian Berkenaan dengan Logam Tanah Jarang
15
Ti (Titanium) terhadap unsur ikutannya Zircon (Zr)
I.5 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui kondisi optimum proses pelarutan konsentrat LTJ(OH)3
menggunakan HNO3.
2. Mempelajari pengaruh perubahan suhu dan waktu terhadap laju reaksi dan mengetahui kadar dan berat unsur-unsur Nd, Sm, Pr dan Y pada filtrat hasil proses pelarutan.
3. Untuk memperoleh data orde reaksi serta persamaan konstanta laju reaksi pelarutan konsentrat LTJ(OH)3 pada unsur-unsur Nd, Sm, Pr, dan Y.
4. Mengetahui berat dan efisiensi pengendapan unsur Nd, Sm, Pr dan Y pada konsentrat LTJ(OH)3.
I.6 Manfaat Penelitian
1. Untuk mendapatkan informasi kondisi optimum pelarutan konsentrat LTJ(OH)3 di dalam HNO3.
2. Meninjau sejauh mana pengaruh perubahan parameter suhu dan waktu terhadap laju reaksi pada proses pelarutan konsentrat LTJ(OH)3
menggunakan HNO3.
3. Untuk mendapatkan data orde reaksi dan nilai konstanta laju reaksi pada unsur Nd, Sm, Y dan Pr sebagai data pendukung perancangan alat pemisahan untuk keperluan produksi produk LTJ.
16
4. Untuk mendapatkan informasi kondisi proses pemisahan pengendapan konsentrat LTJ(OH)3 melalui cara pengaturan pH dan mengetahui kadar
unsur Nd, Pr, Sm dan Y dari hasil pengendapan konsentrat LTJ(OH)3.
5. Menjadi dasar penelitian selanjutnya untuk proses pemisahan dan pemurnian unsur-unsur LTJ maupun dalam perancangan alat untuk keperluan produksi produk LTJ.
6. Meningkatkan nilai guna tailing yang mengandung mineral monasit, sebagai produk samping pengolahan bijih timah yang selama ini tidak termanfaatkan.
7. Menjadi salah satu referensi penelitian untuk mendukung industri LTJ Indonesia.
17
1.1 Latar Belakang
Energi merupakan sesuatu yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Mulai dari kebutuhan pokok hingga kebutuhan pendukung. Sementara jumlah penduduk Indonesia, setiap tahunnya selalu bertambah dengan angka pertumbuhan yang cukup tinggi. Pada tahun 1930, pemerintah Hindia Belanda mengadakan sensus penduduk, penduduk nusantara berjumlah 60,7 juta jiwa. Pada tahun 1961, sensus penduduk pertama setelah Indonesia merdeka, jumlah penduduk sebanyak 97,1 juta jiwa. Pada tahun 1971 penduduk Indonesia 119,2 juta jiwa, tahun 1980 sebanyak 146,9 juta jiwa, tahun 1990 sebanyak 178,6 juta jiwa, tahun 2000 sebanyak 205,1 juta jiwa, dan pada tahun 2010 sebanyak 237,6 juta jiwa ( Bappenas dan BPS, 2013 ). Apabila jumlah ini terus meningkat sesuai dengan proyeksi penduduk yang diprediksi oleh BPS Indonesia maka pada tahun 2035, jumlah penduduk indonesia akan menembus jumlah 305,652 juta jiwa.
18
Gambar 1.1. Pertumbuhan Jumlah Penduduk Indonesia ( BPS, 2013 ) Bertambahnya jumlahnya penduduk yang signifikan akan menyebabkan krisis apabila tidak seimbang dengan kemampuan negara untuk menyuplai kebutuhan rakyat, salah satunya kebutuhan energi. Indonesia masih dalam target pemenuhan kebutuhan energi yang mandiri.
Saat ini, sebagian besar sumber energi nasional masih bergantung kepada energi fosil sebesar 96% ( minyak bumi 48%, gas 18% dan batubara 30%) dari total konsumsi. Sedangkan laju produksi dalam 18 tahun terakhir mengalami penurunan. Demikian dengan batu bara. Secara global, cadangan batubara Indonesia hanya sebesar 0,8 % dari total cadangan batubara dunia. Namun Indonesia merupakan pengekspor batubara terbesar dimana hampir 79,5% produksi batubara untuk keperluan ekspor ( Dewan Energi RI , 2014 ).
19
Gambar 1.2 Kebutuhan energi indonesia pada setiap sektor ( Dewan Energi RI, 2014 )
Hal ini mengindikasikan bahwa Indonesia dalam kondisi yang rentan terhadap ketahanan energi nasional, baik dalam upaya pemenuhan energi dari sumber dalam negeri maupun pasokan dari luar negeri. Kondisi ini semakin memburuk disebabkan oleh konsumsi energi di Indonesia terus meningkat dari tahun ke tahun. Peningkatan ini merupakan dampak sistemik dari meningkatnya laju pembangunan, laju pertumbuhan penduduk dan pola hidup masyarakat itu sendiri. Peningkatan kebutuhan energi terjadi hampir pada semua sektor yaitu : sektor industri, transportasi, komersial, rumah tangga, pembangkit listrik dan sektor lainnya. Sebagian besar kebutuhan energi Indonesia masih didominasi oleh kebutuhan industri dan rumah tangga, masing-masing 33% dan 27% pada tahun 2013.
20
Indonesia harus mencari potensi energi alternatif, baru dan terbarukan untuk memenuhi kebutuhan energi di dalam negeri, mengurangi ketegantungan terhadap energi fosil atau impor dari luar negeri. Salah satu sumber energi baru terbarukan yang potensial di Indonesia adalah biomassa. Hal ini mengingat, Indonesia merupakan negara agraris yang menghasilkan potensi biomassa, termasuk sampah biomassa atau limbah pertanian.
Salah satu pengembangan pemanfaatan biomassa adalah menjadikannya dalam bentuk pelet yang disebut pelet biomassa. Pelet biomassa menjadi bentuk sumber energi baru terbarukan sebagai alternatif pengganti penggunaan energi fosil seperti gas LPG atau kayu bakar secara langsung pada sektor rumah tangga dan industri. Hal ini sangat baik karena dapat mengurangi ketergantungan energi fosil bagi pengguna LPG bersubsidi dan meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar biomassa, serta mengurangi resiko terpapar asap, partikel, dan emisi gas CO bagi pengguna kayu bakar tradisional yang mencapai 88 ppm (Huboyo dan Budihardjo, 2009)
Oleh sebab itu, penggunaan kompor biomassa berbahan baku limbah biomassa berbentuk pelet sangat baik untuk dikembangkan sebagai alternatif pemenuhan energi di masyarakat, khususnya sektor rumah tangga dan industri yang menggunakan energi panas
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, potensi dan ketersediaan biomassa sangat melimpah, sehingga harganya jauh lebih murah dibanding minyak atau gas LPG . Saat ini persebaran penduduk Indonesia sekitar 60% berada di pedesaan.
21
Penyediaan energi oleh pemerintah diutamakan pada daerah yang belum berkembang, terpencil dan daerah pedesaan dengan menggunakaan potensi energi setempat, khususnya energi terbarukan. Program-program pemerintah diharapkan dapat membantu untuk memenuhi kebutuhan energi masyarakat desa yang bahan baku biomassa dapat yang mudah diperoleh
Biomassa merupakan sumber energi terbarukan yang banyak dimanfaatkan di Indonesia, khususnya kayu bakar untuk kebutuhan rumah tangga dan industri. Namun pemanfaatannya masih bersifat tradisional, sehingga menyebabkan dampak negatif terhadap lingkungan dan tidak efisien. Yang dimaksud tidak efisien di sini adalah energi yang terkandung dalam biomassa yang digunakan hanya sebagian dapat dimanfaatkan, sedangkan sebagian yang lainnya adalah panas yang terbuang dan gas CO-CO2
Gambar 1.3 Tungku kayu bakar yang sering digunakan masyarakat Hal ini akan menimbulkan permasalahan jangka panjang seperti penurunan kualitas udara dan menimbulkan efek gas rumah kaca apabila biomassa langsung
22
dibakar. Gas rumah kaca seperti CO, CO2, NOx, dan lainnya akan terakumulasi di
atmosfer dalam jangka waktu yang cukup lama. Saat ini terdapat banyak teknologi yang mengkonversi biomassa menjadi energi yang efisien dan ramah lingkungan. Agar pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi baru terbarukan berjalan efisien. Penggunaan biomassa yang efisien seharusnya dimasifkan untuk mengurangi ketergantungan penggunaan kayu bakar yang tidak efisien dan gas LPG yang berasal dari energi fosil terbatas.
Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian untuk menemukan cara yang dapat diterapkan agar penggunaan biomassa sebagai sumber energi bagi rumah tangga maupun industri skala kecil. Salah satu teknologi yang dapat digunakan adalah kompor biomassa. Kompor ini merupakan pengembangan dari kompor kayu bakar yang masih banyak digunakan masyarakat indonesia. Kompor ini berbahan bakar biomassa berbentuk pelet yang merupakan sumber energi yang sangat mudah diperoleh di Indonesia sebagai negara agraris.
Pelet biomassa dari berbagai jenis bahan baku mulai banyak dikembangkan, begitu juga dengan modifikasi kompor biomassa untuk mendapatkan hasil yang optimum. Nilai kalor dari satu jenis pelet biomassa berbeda dengan jenis pelet biomassa lainnya. Kemudian, modifikasi kompor juga akan memberikan pengaruh bagi efisiensi termal dan laju penggunaan bahan bakar dan pengaruh lingkungan. Sehingga, modifikasi kompor perlu dilakukan agar penggunaan bahan bakar pelet biomassa semakin efisien dan memberikan dampak negatif sekecil mungkin bagi lingkungan. Oleh sebab itu, penulis melakukan penelitian yang berjudul “Uji
23
Kinerja Kompor Biomassa pada Berbagai Laju Alir Udara dan Jenis Pelet Biomassa sebagai Sumber Energi Alternatif ”
1.3 Keaslian Penelitian
Banyak penelitian yang sudah dilakukan terkait pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi. Penelitian ini terkait dengan beberapa penelitan sebelumnya yang terkait sebagai dasar untuk melakukan pengembangan pemanfaatan limbah biomassa sebagai sumber energi.
Penelitian Mardiatmoko ( 2009 ) yang berjudul “Kompor sekam dengan umpan kontinyu” sebagai salah satu penerapan teknologi tepat guna dapat membantu agar pengoperasian tungku limbah biomassa lebih mudah dan semakin berkembang. Prototipe kompor biomassa yang dibuat memiliki prinsip pengoperasian seperti tungku sekam, dengan rekayasa yang dikembangkan adalah mengupayakan agar pemakaian kompor sekam dapat digunakan secara terus menerus (kontinyu) tanpa jeda saat pengisian sekam. Effisiensi kompor sekam dengan umpan kontinyu adalah sebesar 13,28%.
Rusdaniyar ( 2013 ) melakukan penelitian dengan judul “Optimalisasi Efisiensi Kompor Gasifikasi berbahan Sekam Padi dan Serbuk Gergaji dengan Sistem Umpan Kontinyu” . Penelitian dilakukan dengan cara uji coba pemakaian kompor untuk mendidihkan air (Water Boiling Test). Volume air yang digunakan adalah 1,5 liter dengan jumlah bahan bakar biomassa sebesar 0,5 kg. Variasi kecepatan udara yaitu 2 m/s, 2,5 m/s, 3 m/s, 3,5 m/s, 4 m/s dan 4,5 m/s. Variasi penambahan umpan biomassa adalah 75 gr, 100 gr dan 125 gr. Hasil penelitian menunjukkan efisiensi terbaik kompor gasifikasi dengan bahan bakar sekam padi
24
adalah 17,24% pada kecepatan udara 3,0 m/s dan penambahan umpan 125 gr. Sedangkan efisiensi terbaik kompor gasifikasi dengan bahan bakar serbuk gergaji kayu jati adalah 11,52% pada kecepatan udara 2,5 m/s dan penambahan umpan 125 gr. Kenaikan kecepatan udara meningkatkan konsumsi bahan bakar 0,09 – 0,33 m/hr. Variasi pengumpanan bahan bakar meningkatkan waktu operasional kompor 17% – 32%.
Febriansyah dkk. ( 2014 ) melakukan penelitian yang berjudul “Gama Stove: Biomass Stove for Palm Kernel Shells in Indonesia” meninjau potensi cangkang kelapa sawit sebagai sumber bahan bakar pengganti bahan bakar fosil yang dapat diaplikasikan pada kompor biomassa bernama “Gama Stove”. Dalam penelitian ini menyebutkan kinerja dari kompor mencakupi aliran udara pembakaran, tempertur pembakaran dan uji water boiling test. Kompor dengan diameter tabung pembakaran 20 cm dan bukaan udara 75% memberikan efisiensi 66,63% dan rata-rata suhu pembakaran sekitar 682,59 oC.
Penemuan M. Nurhuda ( 2015 ) berupa Kompor UB-03, FMIPA, Universitas Brawijawa dalam tulisannya yang berjudul “Kompor Biomassa UB untuk mendukung Kemandirian Energi” menyebutkan bahwa Kompor biomassa UB merupakan kompor dengan konsep aliran udara alami yang menggunakan biomassa padat sebagai bahan bakar. Dibandingkan dengan tungku tiga batu, kompor biomassa UB mampu menghemat pemakaian bahan bakar hingga sedikitnya 60% dan mengurangi emisi karbon monoksida dan polutan padat secara signifikan. Dalam uji kinerja kompor biomassa temuan M.Nurhuda mampu bersaing dengan dua jenis kompor unggulan seperti G3300 yang menghasilkan
25
efisiensi termal 31,1 % dan M5000 yang menghasilkan 30,3%, dimana kompor UB 03 temuannya berhasil memaksimalkan efisiensi termal hingga 49,0% dengan konsumsi bahan bakar yang rendah.
Berdasarkan beberapa penelitian yang terkait, peneliti akan menguji kompor biomassa yang dimodifikasi untuk berbagai kondisi operasi laju alir udara dengan berbagai jenis pelet biomassa untuk mendapatkan hasil yang optimum 1.4 Manfaat Penelitian
Dengan dilakukan penelitian ini, maka harapannya hasil dari penelitian ini akan memberikan beberapa manfaat, diantaranya :
1) Menemukan jenis pelet biomassa yang memberikan nilai kalor yang baik dan dapat digunakan sebagai bahan bakar pada kompor biomassa 2) Mendapatkan gambaran kompor biomassa modifikasi yang dapat
digunakan masyarakat sebagai alternatif pemenuhan sumber energi 3) Memberikan informasi jenis pelet biomassa dan kondisi optimum dari
modifikasi kompor biomassa yang dapat digunakan oleh masyarakat 4) Membuka lebar peluang usaha industri pelet dan kompor biomassa
dalam negeri
5) Mengurangi ketergantukan kepada energi fosil untuk pemenuhan energi rumah tangga seperti minyak tanah dan gas LPG yang sumber bahan bakunya terbatas dan berasal dari luar negeri ( impor )
26
1. Mengetahui potensi nilai kalor pelet biomassa : sekam padi, limbah kayu kertas, daun tebu dan kayu sengon sebagai bahan bakar alternatif dibandingkan dengan nilai kalor bahan bakar fosil batubara
2. Optimasi dan mengetahui pengaruh kinerja kompor biomassa dengan variasi jenis pelet biomassa
3. Optimasi dan mengetahui pengaruh kinerja kompor biomassa dengan variasi laju alir udara
4. Optimasi dan mengetahui pengaruh kinerja kompor biomassa dengan jenis pelet biomassa dan variasi laju alir udara
1.6 Batasan Penelitian
Proses pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal, yaitu :
1. Penelitian ini dilakukan pada skala laboratorium dengan bahan baku berbagai jenis pelet biomassa : Pelet Kayu Sengon, Pelet Sekam Padi, Pelet Daun Tebu, dan Pelet Limbah Uang Kertas dari Pabrik Pelet Biomassa “CV. Agro Jawa Dwipa”.
2. Uji terhadap berbagai jenis pelet biomassa dengan metode Analisis Proximate & Water Boiling Test (WBT)
27
3. Kompor Biomassa yang digunakan hasil modifikasi dari kompor biomassa Amarta rancangan Sdr.Ayus Dodi Kirana ( CV Agro Jawa Dwipa ) dengan penambahan blower dengan variasi suplai udara : 519 ft / menit , 663 ft / menit , 778 ft / menit dan diameter penampang aliran udara 10 cm
4. Proses pengujian kinerja kompor biomassa dilihat dari : Efisiensi Thermal Kompor ( ɳT ), Waktu (t) pendidihan air ( menit ), Konsumsi bahan bakar spesifik ( Sc , kg / jam ), dan Uji Emisi CO ( ppm ).
