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 mengidentifikasi sektor mana yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya energi terbarukan.
Seperti diketahui Indonesia sangat berkepentingan untuk menggantikan sumber daya energi minyak dengan sumber daya energi lainnya karena minyak merupakan sumber daya energi yang menghasilkan devisa selain gas alam. Oleh karena itu, sektor perekonomian yang memanfaatkan minyak sebisa mungkin menggantikannya dengan sumber daya lain seperti gas alam, batubara, panas bumi, tenaga air dan biomassa yang tersedia dalam jumlah besar (Reksohadiprojo, 1998).
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 efisiensi pemanfaatan 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
Bahan bakar adalah istilah populer 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 dibutuhkan 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 berkembang seperti Indonesia (Nusyirwan dan Nuryetty, 1983).
adalah beberapa jenis bahan bakar yang kita gunakan, minyak jelanta, gas alam, propane, etanol, methanol, biomassa (Walker, 2008).
Tongkol Jagung
Di Indonesia jagung merupakan tanaman pangan penting kedua setelah padi dan terdapat hampir diseluruh kepulauan Indonesia.Tanaman relatif mudah dibudidayakan dan dapat tumbuh di semua jenis tanah kecuali tanah liat dan pasir. Kondisi tanah yang dibutukan adalah subur, gembur dan kaya humus sehingga jagung mudah tumbuh didataran rendah sampai dataran tinggi (ketinggian 0-1300) dari permukaan laut, didaerah beriklim sedang dan daerah beriklim tropis basah.Curah hujan optimal untuk pertumbuhan adalah 85-100 mm/bulan merata sepanjang tahun. Budidaya jagung dapat dilakukan secara monokultur atau tumpang sari dengan tanaman lain, misalnya kacang tanah dan ubi kayu. (Anomim, 2005).
Tongkol jagung merupakan salah satu limbah bagian tanaman yang belum banyak dimanfaatkan. Dengan demikian, limbah tongkol jagung akan terus meningkat jumlahnya. Cara yang paling mudah yang dilakukan petani untuk menangani limbah tersebut adalah dengan membakarnya. Tentu saja ini akan menjadi masalah baru bagi lingkungan, terutama karena pembakaran itu akan menimbulkan polusi. Tongkol Jagung memiliki kandungan serat kasar yang cukup tinggi, yakni 33%. Kandungan selulosa sekitar 44,9% dan kandungan lignin sekitar 33,33% memungkinkan tongkol jagung dijadikan briket arang sebagai energi alternatif (Lestari, dkk., 2010)
diperoleh kadar karbon terikat dan nilai kalor yang semakin tinggi. Pada penelitian Surono (2010), Kadar karbon terikat dan nilai kalor tertinggi diperoleh pada temperatur karbonisasi 3800C selama 2 jam yaitu 7128,38 kal/g.
Gambar 1.Tongkol jagung
Ditinjau dari komposisi kimiawinya, tongkol jagung mengandung beberapa unsur penting yang tercantum pada Tabel 2.
Tabel 2. Komposisi Kimia Tongkol Jagung
Komponen Kandungan (%)
Kadar air 9.6
Abu 1.5
Pati 0.014
Pektin 3.0
Hemiselulosa 36. 0
Sellulosa 41.0
Lignin 6.0
(Sumber:Lorenz dan Kulp, 1991). Limbah Teh
batang yang berukuran kecil, limbah perkebunan seperti: cangkang dan sabut kelapa 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.
Pengolah limbah ampas teh tersebut menjadi bahan bakar alternatif berupa biobriket yaitu dengan membakar ampas teh kering secara pirolisis (dengan sedikit udara) untuk dijadikan arang yang kemudian dicetak menjadi briket. Sebagai penguat briket tersebut dicampur dengan biomassa sekam padi (Putro., 2011).
Gambar 2. Limbah Ampas Teh
Komposisi kimia ampas teh dan rata-rata Bahan Kering(BK),Natural
Detergent Fibre(NDF) dan Acid Detergent Fibre (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
Briket Arang
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 sistem hidrolik dan pengeringan pada kondisi tertentu, sehingga diperoleh briket yang mempunyai bentuk, ukuran fisik dan sifat kimia terentu.
Briket adalah bahan bakar padat yang dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif yang mempunyai bentuk tertentu. Pemilihan proses pembriketan tentunya harus mengacu pada segmen pasar agar dicapai nilai ekonomi, teknis dan lingkungan yang optimal. Pembriketan bertujuan untuk memperoleh suatu bahan bakar yang berkualitas yang dapat digunakan untuk semua sektor sebagai sumber energi pengganti (Himawanto, 2003).
Faktor-faktor yang perlu diperhatikan di dalam pembuatan briket antara lain adalah :
1. Bahan Baku
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).
Ada beberapa tahap yang penting yang perlu dilalui dalam pembuatan arang briket yaitu, pembuatan serbuk arang, pencampuran serbuk arang dengan perekat, pengempaan dan penegeringan (Rustini, 2004).
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 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
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
Pengempaan pembuatan briket arang dapat dilakukan dengan alat pengepres tipe compression atau extrusion. Tekanan yang diberikan untuk pembuatan briket arang dibedakan menjadi dua cara yaitu melampui batas elastisitas bahan baku. Pada umumnya, semangkin tinggi tekanan yang diberikan akan memberikan kecenderungan menghasilkan briket arang dengan kerapatan dan keteguhan yang semangkin tinggi pula.
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 pengering 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.
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 4. 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 Kerapatan (gr.cm-2) 0. 48 1–1,2 1 0. 44 Nilai kalor (kal.gr-1) 7289 6000–7000 6230 >5000
(Sumber : Departemen Kehutanan dan Perkebunan (1994) .
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 5. 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 dalam Batubara,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
proses pembakaran sepenuhnya terembunkan/terkondensasikan. Nilai kalor netto/nettcalorific value (NCV) mengasumsikan bahwa 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
atas (HHV) adalah nilai kalor yang diperoleh dari pembakaran 1 kg bahanbakar dengan memperhitungkan panas kondensasi uap (air yang dihasilkan dari pembakaran berada dalam wujud cair). Nilai kalor bawah (LHV) adalah nilai kalor yang diperoleh dari pembakaran 1 kg bahan bakar tanpa memperhitungkanpanas kondensasi uap (air yang dihasilkan dari pembakaran berada dalam wujudgas atau uap) (Napitupulu, 2006).
Proses Pengarangan
Karbonisasi atau pengarangan adalah proses mengubah bahan organik 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).
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 melalui bagian bawah drum yang berlubang. Apabila asap mulai keluar, berarti pembakaran bahan baku sedang berlangsung.
Proses karbonisasi terdiri dari empat tahap yaitu :
1. Pada suhu 1000C – 1200C terjadi penguapan air dan sampai suhu 2700C mulai terjadi penguraian selulosa. Distilat mengandung asam organik dan sedikit ethanol. Asam cuka terbentuk pada suhu 2000C – 2700C.
2. Pada suhu 2700C – 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 sedangkan gas kayu terdiri dari CO dan CO2.
3. Pada suhu 3100C – 5000C terjadi peruraian lignin, dihasilkan lebih banyak tar sedangkan larutan pirolighant menurun, gas CO2 menurun sedangkan gas CO dan CH4 dan H2 meningkat.
Perekat
Perekat adalah suatu zat atau bahan yang memiliki kemampuan untuk mengikat dua benda melalui ikatan permukaan. Beberapa istilah lain dari perekat yang memiliki kekhususan meliputi glue, mucilage, paste, dan cement.Glue merupakan perekat yang terbuat dari protein hewani, seperti kulit, kuku, urat, otot dan tulang yang secara luas digunakan dalam industri pengerjaan kayu. Mucilage adalah perekat yang dipersiapkan dari getah dan air, dan diperuntukkan terutama untuk perekat kertas.Paste merupakan perekat pati (starch) yang dibuat melalui pemanasan campuran pati dan air, dan dipertahankan berbentuk pasta. Cement adalah istilah yang digunakan untuk perekat yang bahan dasarnya karet dan mengeras melalui pelepasan pelarut (Ruhendi, dkk., 2007).
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).
daya rekat yang cukup biasanya yang mengandung protein dan pati khususnya
amylopektin yang cukup tinggi seperti terigu, tapioka, maizena, dan sagu
(Haryanto, 1992).
Kanji adalah perekat yang dibuat dari tepung tapioka dicampur dengan air dalam jumlah tidak melebihi 70 % dari berat serbuk arang dan kemudian dipanaskan sampai berbentuk jeli. Pencampuran kanji dengan serbuk arang diupayakan merata. Dengan cara manual pencampuran dilakukan dengan meremas-remas menggunakan tangan. Secara maksimal dilakukan oleh alat
mixer (Balitbang kehutanan, 1994).
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.
Menurut Lestari, dkk., (2010) semakin besar persentase bahan perekat, maka semakin tinggi pula kadar air dan kadar abunya, sehingga nilai kalor akan menurun.
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).
Ayakan biasanya berupa anyaman dengan mata jala (mesh) yang berbentuk bujur sangkar atau empat persegi panjang, berupa pelat yang berlubang bulat atau bulat panjang atau berupa kisi. Ayakan terbuat dari material yang dapat berupa paduan baja, nikel, tembaga, kuningan, perunggu, sutera dan bahan-bahan sintetik.Material ini harus dipilih agar ayakan tidak lekas rusak baik karena korosi maupun karena gesekan. Selain selama proses pengayakan ukuran lubang ayakan harus tetap konstan (Bernasconi, dkk., 1995).
Dua skala yang digunakan untuk mengklasfikasikan ukuran partikel adalah US saringan seri dantyler 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 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 dapat digunakan sebagai pemanas ruangan. Untuk industri kecil dan menengah briket arang digunakan sebagai sumber energy, misalnya pada pembuatan plat baja, keramik, kaca, pengrajin,pandai besi dan lain-lain (Balitbang Kehutanan, 1994).
Keunggulan Briket Bioarang
