TINJAUAN PUSTAKA
Energi
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), energi adalah tenaga atau gaya untuk berbuat sesuatu, defenisi ini merupakan perumusan yang lebih luas daripada pengertian-pengertian energi pada umumnya dianut di dunia ilmu pengetahuan. Dalam pengertian sehari-hari energi dapat didefenisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja (Kadir, 1995).
Energi merupakan sektor utama dalam perekonomian Indonesia dewasa ini dan akan mengambil peranan yang lebih besar di waktu yang akan datang baik dalam rangka penyediaan devisa, penyerapan tenaga kerja, pelestarian sumber daya energi, pembangunan nasional serta pembangunan daerah.
Situasi energi di Indonesia tidak terlepas dari situasi energi dunia. Konsumsi energi dunia yang semakin meningkat menimbulkan kesempatan bagi Indonesia untuk mencari sumber energi alternatif untuk memenuhi kebutuhannya sendiri. Untuk itu perlu mengidentifkasi sektor mana yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya energi terbarukan.
Biomassa
Biomassa didefenisikan sebagai material tanaman, tumbuh-tumbuhan, atau sisa hasil pertanian yang digunakan sebagai bahan bakar atau sumber bahan bakar. Secara umum sumber-sumber biomassa antara lain tongkol jagung, jerami, dan lain sebagainya; material kayu seperti kayu atau kulit kayu, potongan kayu dan lain sebagainya; sampah kota misalnya sampah kertas dan tanaman sumber energi seperti minyak kedelai, alfalfa, poplars, dan lain sebagainya.
Biomassa adalah campuran material organik yang kompleks, biasanya terdiri dari karbohidrat, lemak, protein dan mineral lain yang jumlahnya sedikit seperti sodium, fosfor, kalsium dan besi. Komponen utama tanaman biomassa adalah karbohidrat (berat kering lebih kurang 75 %), lignin (lebih kurang 25%) dimana pada beberapa tanaman komposisinya berbeda-beda (Silalahi, 2000).
Energi biomassa menjadi sumber energi alternatif pengganti bahan bakar fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan yaitu, dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbaharui, relatif tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara juga dapat meningkatkan efesiensi pemanfaatn sumber daya hutan dan pertanian (Widarto dan Suryanta, 1995).
Pada kenyataannya meskipun potensi energi biomassa relatif besar namun pemanfaatannya sampai saat ini belum optimal (Daryanto, 1994). Potensi energi biomassa di Indonesia tercantum pada Tabel 1.
Tabel 1. Potensi biomassa Indonesia Sumber energi Produksi
(106ton.Th-1)
Bahan bakar adalah istilah popular media untuk menyalakan api. Bahan bakar dapat bersifat alami (ditemukan langsung dari alam), tetapi juga bersifat buatan (diolah dengan teknologi maju). Bahan bakar alami misalnya kayu bakar, batubara dan minyak bumi. Bahan bakar buatan misalnya gas alam cair dan listrik. Sebenarnya, listrik tidak dapat disebut sebagai bahan bakar karena langsung menghasilkan panas. Panas inilah yang sebenarnya yang dibutuhkaan manusia dari proses pembakaran, disamping cahaya akibat nyalanya (Ismun, 1993).
Konsumsi energi bagi manusia merupakan suatu masalah besar dimana sumber energi banyak digunakan sekarang yaitu minyak bumi dan batubara yang cadangannya semakin menipis. Oleh sebab itu, pemakaian sumber energi perlu dilakukan penghematan guna penyelamatan akan kebutuhan hidup dimasa yang akan datang. Hal ini yang sudah terjadi di negara-negara berkembang seperti Indonesia (Nusyuwan dan Nuryelti, 1983).
adalah beberapa jenis bahan bakar yang kita gunakan, minyak jelantah, gas alam, propane, etanol, methanol, biomssa (Walker, 2008).
Sekam Padi
Sekam atau kulit padi adalah limbah buangan dari pabrik penggilingan padi (huller) yang banyak beroperasi di pedesaan. Karena beras merupakan makan pokok masyarakat Indonesia, limbah yang berupa sekam padi dengan sendirinya tidak akan pernah habis sepanjang masa. Selama ini pemanfaatan sekam hanya terbatas untuk campuran pupuk organik, media tanaman holtikultural, peternakan ayam broeiler, dan bahan batu bata. Padahal sekam padi dapat digunakan untuk produksi super karbon/bioarang. Bahan baku sekam padi yang akan dipakai untuk produksi bioarang sebaiknya yang masih baru dan kering. Tujuannya agar rendemen karbon yang di peroleh dapat mencapai 50% dari bahan bakar (Kurniawan dan Marsono, 2008).
Gambar 1. Sekam padi
(Sumber:https://www.google.com/search/sekam+padi.firefox org.mozilla).
Tabel 2. Komposisi Kimia Sekam Padi (%berat)
Indonesia sebagai negara agraris, mempunyai sumber energi biomassa yang melimpah. Berbagai sumber energi biomassa di Indonesia yang potensial antara lain kayu dan limbah pertanian/perkebunan. Sumber energi biomassa tersebut meliputi limbah hasil hutan seperti gergajian kayu, cabang, ranting dan batang yang berukuran kecil, limbah perkebunan seperti cangkang dan sabut sawit, cangkang dan sabut kelapa, ampas teh serta limbah pertanian seperti sekam padi, jerami, ampas tebu, batang dan tongkol jagung dan limbah-limbah yang lain. Indonesia adalah salah satu dari Negara penghasil teh terbesar di dunia dengan penduduknya yang mengkonsumsi minuman teh cukup besar sehingga banyak menghasilkan limbah ampas teh yang merupakan sisa proses produksi minuman teh. Limbah ampas teh tersebut sangat banyak dihasilkan oleh pabrik industri minuman teh yang tersebar di Indonesia, yang selama ini hanya digunakan sebagai pupuk kompos.
Sebagai penguat briket tersebut dicampur dengan biomasa sekam padi (Putro., 2011).
Gambar 2. Limbah Ampas Teh
(Sumber: https://www.google.com/search/ampas+teh org.mozilla:en).
Komposisi kimia ampas teh dan rata-rata BK, NDF dan ADF ampas teh yang difermentasi dengan Aspergillus nigerselama 0, 2, 4 dan 6 minggu disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Komposisi Kimia Ampas Teh
Zat gizi Kandungan (%)
Bahan kering 90.24
Abu 5.00
Lemak kasar 0.42
Protein kasar 18.40
Serat kasar 21.73
Beban Ekstrak Tanpa Nitrogen 54.45
Tanin * 2.98
Nautral Detergent Fibre 52.26
Acid Detergent Fiber 43.56
Hemiselulosa 8.70
Selulosa 33.54
Lignin 8.41
Silika 1.61
Penggunaan bahan campuran sekam padi dan limbah ampas teh untuk membuat briket telah dilakukan oleh Putro (2011) mahasiswa Politeknik Negeri Semarang, dengan judul penelitian Karakteristik Biobriket Ampas Teh pada Berbagai Tingkat Kepadatan dan Komposisi Campuran dengan Sekam Padi. Adapun hasil dari pengujian yang dilakukan di cantumkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Hasil Pengujian Proximate Dan Nilai Kalor Biomassa/briket
Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), briket merupakan gumpalan arang yang terbuat dari bahan lunak yang dikeraskan. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat briket arang adalah berat jenis bahan atau berat jenis serbuk arang. Kehalusan serbuk suhu karbonisasi, tekanan pengempaan dan pencamuran formula bahan baku briket. Proses pemberiketan adalah proses pengolahan yang mengalami perlakuan penumbukan, pencampuran bahan baku, pencetakan dengan system hidrolik dan pengeringan pada kondisi tertentu, sehingga diperoleh briket yang mempunyai bentuk, ukuran fisik dan sifat kimia terentu.
bakar yang berkualitas yang dapat digunakan untuk semua sektor sebagai sumber energi pengganti (Himawanto, 2003).
Faktor-faktor yang perlu diperhatikan di dalam pembuatan briket anatara lain (adalah :
1. Bahan baku
Briket dapat di buat bermacam macam bahan baku, seperti ampas tebu, sekam padi, serbuk gergaji dll. Bahan utama yang harus terdapat di dalam bahan baku adalah selulosa. Semakin tinggi kandungan selulosa maka semakin baik kualitas briket, Briket yang mengandung zat terbang yang terlalu tinggi cenderung mengeluarkan asap dan bau tidak sedap.
2. Bahan Perekat
Untuk merekatkan partikel-partikel zat dalam bahan baku pada proses pembuatan briket maka diperlukan zat perekat sehingga dihasilkan briket yang kompak.
Bioarang merupakan sumber energi biomassa yang ramah lingkungan dan
biodegradable. Briket arang berfungsi sebagai pengganti bahan bakar minyak,
baik itu minyak tanah, maupun gas LPG. Biomassa ini merupakan sumber energi masa depan yang tidak akan pernah habis, bahkan jumlahnya bertambah, sehingga sangat cocok sebagai sumber bahan bakar rumah tangga (Basrianta, 2007).
1. Pembuatan Serbuk Arang
Arang harus cukup halus untuk dapat membuat briket yang baik. Ukuran partikel arang yang terlalu besar akan sukar pada waktu dilakukan perekatan, sehingga mengurangi keteguhan tekanan tekan briket arang yang dihasilkan. Sebaiknya partikel arang mempunyai ukuran 40-60 mesh. Dalam penggunaan ukuran serbuk arang diperoleh kecenderungan bahwa makin kecil ukuran serbuk serbuk makin tinggi pula kerapatan dan keteguhan tekan briket arang. 2. Pencampuran Serbuk Arang dengan Perekat
Tujuan pencampuran serbuk arang dengan perekat adalah untuk memberikan lapisan tipis dari perekat pada permukaan partikel arang. Tahap ini merupakan tahap penting dan menentukan mutu briket arang yang dihasilkan. Campuran yang dibuat tergantung pada ukuran serbuk arang, jenis perekat, jumlah perekat dan tekanan pengempaan yang diberikan. Proses perekatan yang baik ditentukan oleh hasil pencampuran bahan perekat yang dipengaruhi oleh bekerjanya alat pengaduk (mixer), komposisi perekat yang tepat dan ukuran pencampuran.
3. Pengempaan
4. Pengeringan
Briket yang dihasilkan setelah pengempaan masih mengandung air yang cukup tinggi (sekitar 50 %). Oleh sebab itu perlu dilakukan pengeringan yang dapat dilakukan dengan berbagai macam alat penegering seperti kiln, oven atau penjemuran dengan menggunakan sinar matahari. Suhu pengeringan yang umum dilakukan adalah sebesar 60oC selama 24 jam dengan menggunakan oven. Tujuan pengeringan adalah agar arang menjadi kering dan kadar airnya dapat disesuaikan dengan ketentuan kadar air briket arang yang berlaku.
Syarat briket yang baik adalah briket yang permukaannya halus dan tidak meninggalkan bekas hitam ditangan. Selain itu, sebagai bahan bakar briket juga harus memenuhi criteria : 1. Mudah dinyalakan, 2. Emisi gas hasil pembakaran tidak mengandung racun, 3. Kedap air dan tidak berjamur bila disimpan dalam waktu yang lama dan 4. Menunjukkan upaya laju pembakaran yang baik.
Briket yang baik juga harus memenuhi standar yang telah ditentukan, kualitas briket yang dihasilkan menurut standar mutu yang sudah ada di beberapa Negara seperti Inggris, Jepang, Amerika dan Indonesia. Dimana kualiatas mutu briket ini sebagai data pembanding, sehingga dapat diketahui kualitas briket yang dihasilkan dalam penelitian ini. Kualitas mutu briket dapat di lihat pada Tabel 5. Tabel 5. Kualitas Mutu Briket Arang
Jenis analisa Briket arang
Inggris Jepang Amerika Indonesia
Kadar air (%) 3. 59 6–8 6. 2 7. 57
Kadar abu (%) 5. 90 3–6 8. 3 5. 51
Beberapa bentuk pengembangan bahan bakar kayu menghasilkan nilai kalor yang bervariasi. Nilai kalor bakar dari beberapa limbah pertanian dan kayu bakar seperti pada Tabel 6.
Tabel 6. Kayu Bakar Dan Bahan Bakar Minyak
Sumber energi biomassa Nilai kalor bakar (kal.gram-1)
Sekam padi 3.570 (Sumber: Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan 1994).
Nilai kalor merupakan ukuran panas atau energi yang dihasilkan, dan diukur sebagai nilai kalor kotor/gross calorific value atau nilai kalor netto/nettcalorific value. Perbedaannya ditentukan oleh panas laten kondensasi dari uap air yang dihasilkan selama proses pembakaran. Nilai kalor kotor/gross
calorific value (GCV) mengasumsikan seluruh uap yang dihasilkan selama proses
pembakaran sepenuhnya terembunkan/terkondensasikan. Nilai kalor netto (NCV) mengasumsikan air yang keluar dengan produk pengembunan tidak seluruhnya terembunkan. Bahan bakar harus dibandingkan berdasarkan nilai kalor netto.
Nilai kalor bahan bakar terdiri dari nilai kalor atas atau highest heating
value (HHV) dan Nilai Kalor Bawah atau lowest heating halue (LHV). Nilaikalor
memperhitungkanpanas kondensasi uap (air yang dihasilkan dari pembakaran berada dalam wujudgas atau uap) (Napitupulu, 2006).
Proses Pengarangan
Karbonisasi atau pengarangan adalah proses mengubah bahan menjadi karbon bewarna hitam melalui pembakaran dalam ruang tertutup dengan udara yang terbatas atau seminimal mungkin. Proses pembakaran dikatakan sempurna jika hasil pembakaran berupa abu dan seluruh energi di dalam bahan organik dibebaskan ke lingkungan dengan perlahan (Kurniawan dan Marsono, 2008).
Proses karbonisasi merupakan suatu proses pembakaran tidak sempurna dari bahan-bahan organik dengan jumlah oksigen yang sangat terbatas, yang menghasilkan arang serta menyebabkan penguraian senyawa organik yang menyusun struktur bahan membentuk uap air, ethanol, uap-uap asam asetat dan hidrokarbon (Hasani, 1996 dalam Fachry, dkk., 2010).
Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), pelaksanaan karbonisasi meliputi teknik yang paling sederhana hingga yang paling canggih. Metode karbonisasi yang paling sederhana dilakukan adalah metode pengarangan dalam drum. Arang yang dihasilkan lebih hitam jika dibandingkan dengan metode pengarangan lainnya dan yang dicapai mendekati angka 50 – 60 % dari berat semula. Drum bekas aspal atau oli yang masih baik digunakan untuk membuat arang. Bagian alas drum dilubangi kecil-kecil dengan paku atau bor besi dengan jarak 1 cm x 1 cm, sehingga selanjutnya bahan baku dimasukkan kedalam drum, lalu api dinyalakan lewat bawah drum yang berlubang. Apabila asap mulai keluar, berarti pembakaran bahan baku telah berlangsung.
1. Pada suhu 100 – 1200C terjadi penguapan air dan sampai suhu 2700C mulai terjadi penguraian selulosa. Distilat mengandung asam organik dan sedikit ethanol. Asam cuka terbentuk pada suhu 200 – 2700C.
2. Pada suhu 270 – 3100C reaksi ekstermic berlangsung dimana terjadi peruraian selulosa secara intensif menjadi larutan piroligant gas kayu dan sedikit tar. Asam merupakan asam organik dengan titik didih rendah seperti asam cuka dan ethanol sedang gas kayu terdiri dari CO dan CO2.
3. Pada suhu 310 – 5000C terjadi peruraian lignin, dihasilkan lebih banyak tar sedangkan larutan pirolighant menurun, gas CO2 menurun sedangkan gas
CO dan CH4 dan H2 meningkat.
4. Pada suhu 500 -1000C merupakan tahapan dari pemurnian arang atau kadar karbon (Sudrajat dan Soleh,1994).
Perekat
Berdasarkan sumber dan komposisi kimianya, perekat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
1. Perekat yang berasal dari tumbuhan seperti kanji 2. Perekat yang berasal dari hewan seperti perekat kasein
3. Perekat sintetik yaitu yang dibuat dari bahan sintetis contohnya urea
formaldehid (Hartono, 1992).
Penggunaan bahan perekat untuk menarik air dan membentuk tekstur yang padat atau mengikat dua substrat yang akan direkatkan. Dengan adanya bahan perekat maka susunan partikel akan semakin baik, teratur dan lebih padat sehingga dalam proses pengempaan keteguhan tekan dan arang briket akan semakin baik (Silalahi, 2000).
Salah satu persyaratan yang perlu diperhatikan dalam memilih extender perekat adalah bahan harus memiliki daya rekat yang kuat. Bahan yang memiliki daya rekat yang cukup biasanya yang mengandung protein dan pati khususnya
amylopektin yang cukup tinggi seperti terigu, tapioka, maizena, sagu
(Haryanto, 1992).
Menurut Hartono (1992) keuntungan perekat kanji adalah perekat yang serbaguna, cepat lekat, sedangkan kelemahannya adalah tidak tahan cuaca, lembab atau perubahan suhu. Bila basah akan cepat rusak oleh organisme.
Perekat Tetes Tebu
Tetes tebu merupakan salah satu hasil samping proses pembuatan gula dari tebu disamping ampas dan blotong. Tetes tebu sering digunakan sebagai bahan baku proses pembuatan penyedap (MSG), alkohol, pakan ternak, dan pupuk cair. Tujuan penambahan tetes tebu adalah untuk menarik air dan membentuk tekstur yang padat atau menggabungkan dua komponen yang akan direkatkan.
Molasses atau tetes tebu merupakan hasil samping pada industri
pengolahan gula dengan wujud bentuk cair. Molasses adalah limbah utama industri pemurnian gula. Molasses merupakan sumber energi yang esensial dengan kandungan gula di dalamnya. Tetes tebu mengandung kurang lebih 39 % sellulosa dan 27.5 % hemisellulosa. Kedua bahan polisakarida ini dapat dihidrolisa menjadi gula sederhana yang selanjutnya dapat difermentasi menjadi bioetanol. Polisakarida dalam molase terdiri dari : glukosa 21.7 % dan sukrosa 34.19 %. Selain itu juga terkandung 26.46 % air dan 17.26 % abu. Selain itu,
molasses juga dapat berfungsi sebagai perekat pada pembuatan pelet yang dalam
pelaksanaanya dapat meningkatkan kualitasnya (Simanungkalit, 2012).
digunakan tetes tebu sebagai bahan baku perekat karena menghasilkan briket yang mempunyai kekuatan tinggi dan menimbulkan sedikit asap jika dibakar.
Gambar 3. Tetes Tebu
(Sumber: http://peternakansapipotong1 /molases-bahan-konsentrat/). Pengayakan
Pengayakan adalah yang paling terkenal dan paling banyak dilaksanakan untuk memisahkan campuran padat. Sistem pemisahan, didasarkan atas perbedaan dalam ukuran dari bagian-bagian yang akan dipisahkan. Ukuran besar lubang ayak (dinamakan lebar lubang kasa) dari medium ayak dipilih sedemikian rupa, sehingga bagian yang kasar tertinggal di atas ayakan dan bagian yang lebih halus jatuh melalui lubang (Bergeiyk dan Liedekerken, 1981).
sintetik. Material ini harus dipilih agar ayakan tidak lekas rusak baik karena korosi maupun karena maupun gesekan. Selain selama proses pengayakan ukuran lubang ayakan harus tetap konstan (Bernasconi, dkk., 1995).
Dua skala yang digunakan untuk mengkalasfikasikan ukuran partikel adalah US saringan seri dan tyler ukuran mesh atau standard sieve series. Sistem
nomor mesh adalah ukuran dari berapa banyak lubang yang ada per inci (AGM, 2011).
Kegunaan Briket Bioarang
Briket Bioarang merupakan bahan bakar alternatif yang cukup berkualitas. Bahan bakar ini dapat dimanfaatkan dengan teknologi yang sederhana, tetapi panas (nyala api) yang dihasilkan cukup besar, cukup lama dan aman. Bahan bakar ini cocok digunakan oleh para pedagang atau pengusaha yang memerlukan pembakaran yang terus-menerus dalam jangka waktu yang cukup lama (Pari, 2002).
Briket arang yang banyak digunakan oleh masyarakat antara lain untuk membakar daging (berbeqeu di hotel, restoran atau konsumsi kelompok masyarakat tertentu dalam selera eksklusif). Di Negara yang memiliki 4 musim, briket arang bisa digunakan sebagai pemanas ruangan. Untuk industri kecil dan menengah sebagai sumber energi misalnya pada pembuatan plat baja, keramik, kaca, pengrajin,pandai besi dan lain lain (Balitbang Kehutanan, 1994).
Keunggulan Briket Bioarang
