i
LAPORAN AKHIR
Insentif Riset SINas 2013
PENGEMBANGAN BAHAN BAKAR PADATAN (SOLID FUEL)
BERBENTUK BRIKET HYBRID KALORI TINGGI BERBASIS
BATUBARA MUDA (BROWN COAL) DAN LIMBAH ORGANIK
Bidang Prioritas Iptek:
Teknologi Energi
Jenis Insentif Riset:
Riset Terapan (RT)
LEMBAGA PENELITIAN
UNIVERSITAS HALUOLEO
JL. MOKODOMPIT (KAMPUS BUMI TRIDHARMA) KENDARI 93232
TLP: 0401-3193935/HP:085241517715/FAX.: 0401-3193935
E-Mail: Lemlit@Unhalu.ac.id
1 November 2013
ii
LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN
Judul: Pengembangan Bahan Bakar Padatan (Solid Fuel) Berbentuk Briket Hybrid Kalori Tinggi Berbasis Batubara Muda (Brown Coal) dan Limbah Organik
Bidang Prioritas Iptek:
1. Teknologi Pangan 5. Teknologi Informasi dan Komunikasi 2. Teknologi Kesehatan dan Obat 6. Teknologi Pertahanan dan Keamanan 3. Teknologi Energi 7. Teknologi Material
4. Teknologi Transportasi
Jenis Insentif Riset:
1. Riset Dasar (RD) 3. Riset Peningkatan Kapasitas Iptek Sistem Produksi (KP) 2. Riset Terapan (RT) 4. Percepatan Difusi dan Pemanfaatan Iptek (DF)
Lokasi Penelitian:
Laboratorium Fisika Material dan Energi FMIPA Universitas Haluoleo
Keterangan Lembaga Pelaksana/Pengelola Penelitian A. Lembaga Pelaksana Penelitian
Nama Peneliti Utama M. Jahiding, S.Si., M.Si Nama Lembaga/Institusi Universitas Haluoleo
Unit Organisasi Jurusan Fisika FMIPA
Alamat BTN. Azatata Citra Blok K No. 4 Kendari 93231
Telepon/HP/Faksimil/e-mail 0401-3135282/085242527715/-/
muhjahiding68@yahoo.com
B. Anggota Konsosrsium
Nama Pimpinan Lembaga/Mitra Industri
Ir. H. Muh. Hakku Wahab, M.Si
Nama Lembaga/Mitra Industri Dinas Energi dan Sumber Daya Mineral Provinsi Sulawesi Tenggara
Alamat Jl. Malik Raya No. 3 Kendari
Telepon/HP/Faksimil/e-mail 0401-3127147/081524780000/0401-3127148/
distamben_sultra@yahoo.com
Rekapitulasi Biaya
No. Uraian Jumlah (Rp)
1. Dana yang disetujui tahun I 130.000.000,-
2. Dana yang telah diterima tahun I
a. Termin I (30 %) 39.000.000,-
b. Termin II (50 %) 65.000.000,-
c. Termin III (20 %) 26.000.000,-
Kendari, 1 November 2013 Setuju Dilaporkan:
iii
ABSTRAK
Penelitian tentang produksi bahan bakar padatan (solid fuel) dalam bentut briket hybrid sebagai sumber energy alternatif berkalori tinggi sedang dilakukan, mulai dari perancangan sistem produksi briket hybrid, karakterisasi bahan baku sampai pada pengembangan kontrol parameter untuk memperoleh briket hybrid yang berkualitas tinggi. Penggunaan bahan bakar konvensional seperti minyak tanah dan gas disamping harganya tidak terjangkau oleh sebagian masyarakat juga ketersediannya akan terus berkurang dan pada akhirnya akan habis sehingga dibutuhkan inovasi pemanfaatan batubara muda dan limbah organik sebagai sumber bahan bakar alternatif. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan briket hybrid berkalori tinggi sebagai bahan bakar alternatif melalui tahapan penelitian : (1) membuat dan mengkarakterisasi karbon aktif batubara muda (brown coal) dan limbah organik (sekam padi, ampas sagu, kulit kakao dan kulit mete) dengan metode pirolisis pada temperatur (4000 C, 5000 C, 6000 C, 7000 C); (2) Menggerus dan mengayak karbon aktif batubara muda dan limbah organik dengan ukuran 60 mesh, serta menggerus dan mengayak perekat (kanji, pati singkong dan lempung) dengan ukuran 200 meash; (3) Analisis proximate (kadar air, kadar abu, volatile matter, fixed carbon) briket batubara muda dan biobriket limbah organik yang telah dicampur dengan perekat kanji, pati singkong dan lempung pada konsentrasi 5 %, 10 % dan 15 %; (4) Analisis nilai kalor briket batubara dan biobriket limbah organik dengan perekat kanji, pati singkong dan lempung pada konsentrasi 5 %, 10 % dan 15 %; Hasil penelitian yang telah dicapai menunjukkan bahwa temperatur pirolisis mempengaruhi kuanlitas karbon aktif batubara muda (brown coal) dan bio arang yang dihasilkan. Pada temperatur pirolisis 4000 C diperoleh batubara muda dan bio arang 80 %, temperatur 5000 C diperoleh 85 %, temperatur 6000 diperoleh 90 % dan temperatur 7000 C diperoleh 87 %. Hasil analisis proximate menunjukkan bahwa kadar air untuk briket batubara muda adalah 2,82 % untuk temperatur pirolisis 4000 C, 2.76 % untuk temperatur pirolisis 5000 C, 2,15 % untuk temperatur pirolisis 6000 C, dan 2,11 % temperatur pirolisis 7000 C. Kadar abu dan volatile matter memiliki trend yang sama, sementara fixed karbon dioperoleh nilai kadar paling besar pada temperatur 6000 C dengan komposisi perekat 5 % yaitu perekat kanji. Hasil analisis proximate limbah organik menunjukkan bahwa kadar air biobriket sekam padi, ampas sagu, kulit mete dan kulit kakao pada temperatur 700 0C dengan perekat kanji 10 % masing-masing adalah 2,34 %; 2,18 %; 1,18 % dan 1,52 %. Sedangkan fixed karbon masingmasing adalah 56,06 %; 64,38 %, 63,58 dan 64, 38 %. Kadar air biobriket limbah organik telah memenuhi syarat sebagai bahan briket hybrid kalori tinggi. Demikian juga dengan fixed karbon dengan kadar rata-rata diatas 60 %. Nilai kalor mengalami perubahan apabila temperatur pirolisis diperbesar dan mencapai nilai maksimum pada tempertur pirolisis 600 0C yaitu 6023,54 kal/gram untuk batubara muda, 4961,96 kal/gram untuk sekam padi, 6949.405 kal/gram untuk ampas sagu, 8875.617 kal/ gram untuk kulit mete, 5828.1637 kal/gram untuk kulit kakao. Pada temperatur pirolisis 700 0C. Temperatur pirolisis 600 0C akan diterapkan pada tahun kedua proyek ini untuk menghasilkan luaran berupa solid fuel berkalori tinggi.
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan ke khadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayahnya sehingga laporan akhir Penelitian Insentif Riset SINas tahun 2013 dapat diselesaikan dengan baik.
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan yaitu pengadaan bahan penelitian, preparasi sampel (pengeringan, pembuatan bioarang dengan metode pirolisis, penggerusan dan pengayakan, aktivasi serta preparasi perekat), analisis proximate, dan analisis nilai kalor. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini dalam rangka menghasilkan briket hybrid adalah batubara muda (brown coal), limbah sekam padi, limbah ampas sagu, limbah kulit mete, limbah kulit kakao.
Hasil penelitian yang disampaikan dalam laporan ini baru telah mencapai 100 % dari total volume penelitian yaitu pengadaan bahan, preparasi sampel dan analisis sampel. Analisis sampel yang telah dilakukan telah mencakup seluruh lingkup analisis yang dibutuhkan yaitu analisis proximate bahan solid fuel (batubara muda dan limbah organik) dan analisis nilai kalor..
Ucapan terima kasih disampaikan kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam kegiatan penelitian ini baik secara langsung maupun tidak langsung. Secara khusus ucapan terima kasih disampaikan kepada Kementerian Riset dan Teknologi yang telah mendanai peneltian ini melalui program Insentif Riset SINas. Semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi pengembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi di Indonesia.
Kendari, 1 November 2013 Ketua Peneliti,
v DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i HALAMAN PENGESAHAN ii ABSTRAK iii KATA PENGANTAR iv DAFTAR ISI v DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Sasaran Penelitian 2
1.3 Luaran Penelitian 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 Batubara dan Klasifikasinya 4
2.2 Limbah Organik 6
2.3 Briket Sekam Padi, Ampas Sagu dan Kulit Mete 7
2.4 Briket Batubara 9
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT 10
3.1 Tujuan Penelitian 10
3.2 Manfaat Penelitian 10
BAB IV METODE PENELITIAN 12
4.1 Metode Pencapaian Sasaran 12
4.2 Lingkup dan Tahapan Penelitian 13
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 18
5.1 Hasil Preparasi Sampel 18
5.2 Analisis Proximate Batubara Muda 23
5.3 Analisis Proximate Limbah Organik 25
5.4 Nilai Kalor 40
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 52
6.1 Kesimpulan 52
6.2 Saran 52
DAFTAR PUSTAKA 53
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Perbandingan biaya mendidihkan 6 liter air dengan berbagai bahan bakar.... 7
Tabel 2.2 Karakteristik Ampas Sagu ... 8
Tabel 5.1 Hasil analisis proximate batubara muda pada temperatur 4000 C ... 24
Tabel 5.2 Hasil analisis proximate batubara muda pada temperatur 5000 C ... 25
Tabel 5.3 Hasil analisis proximate batubara muda pada temperatur 6000 C ... 25
Tabel 5.4 Hasil analisis proximate batubara muda pada temperatur 7000 C ... 26
Tabel 5.5 Hasil analisis proximate sekam padi perekat kanji ... ... 26
Tabel 5.6 Hasil analisis proximate sekam padi perekat pati singkong... ... 27
Tabel 5.7 Hasil analisis proximate sekam padi perekat lempung... ... 27
Tabel 5.8 Hasil analisis proximate kulit mete perekat kanji ... 30
Tabel 5.9 Hasil analisis proximate kulit mete perekat pati singkong... ... 21
Tabel 5.10 Hasil analisis proximate kulit mete perekat lempung... ... 31
Tabel 5.11 Hasil analisis proximate ampas sagu perekat kanji ... 34
Tabel 5.12 Hasil analisis proximate ampas sagu perekat pati singkong... 35
Tabel 5.13 Hasil analisis proximate ampas sagu perekat lempung... ... 35
Tabel 5.14 Hasil analisis proximate kulit kakao perekat kanji ... ... 38
Tabel 5.15 Hasil analisis proximate kulit kakao perekat pati singkong... ... 38
Tabel 5.16 Hasil analisis proximate kulit kakao perekat lempung... ... 39
Tabel 5.17 Nilai kalor briket batubara muda (brown coal) ... 40
Tabel 5.18 Nilai kalor biobriket sekam padi ... 43
Tabel 5.19 Nilai kalor biobriket ampas sagu ... 46
Tabel 5.20 Nilai kalor biobriket kulit mete ... 48
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 4.1 Rangkaian Peralatan Pirolisis Bahan Baku Briket Hybrid ... 14
Gambar 4.2 Alat Pembuatan Briket Batubara ... 15
Gambar 4.3 Bentuk Briket Batbara Muda ... 15
Gambar 5.1 Proses pengeringan sampel ... 19
Gambar 5.2 Bioarang hasil pirolisis ... 20
Gambar 5.3 Penggerusan dan Pengayakan Sampel ... 21
Gambar 5.4 Preparasi Sampel Perekat Kanji dan Pati Singkong ... 21
Gambar 5.5 Proses Aktivasi Sampel Batubara Muda (Brown Coal) ... 22
Gambar 5.6 Batubara Muda yang Telah Diaktivasi ... 22
Gambar 5.7 Proses Aktivasi Sampel Limbah Organik (Brown Coal) ... 23
Gambar 5.8 Kadar abu biobriket sekam padi... ... 28
Gambar 5.9 Volatile matter biobriket sekam padi ... 29
Gambar 5.10 Fixed karbon biobriket sekam padi... 30
Gambar 5.11 Kadar air biobriket kulit mete... ... 32
Gambar 5.12 Kadar abu biobriket kulit mete ... ... 32
Gambar 5.13 Volatile matter biobriket kulit mete... ... 33
Gambar 5.14 Fixed Karbon biobriket kulit mete ... ... ... 33
Gambar 5.15 Kadar abu biobriket ampas sagu ... ... 36
Gambar 5.16 Volatile matter biobriket ampas sagu .... ... 32
Gambar 5.17 Fixed Karbon biobriket ampas sagu .... ... 37
Gambar 5.18 Kadar air biobriket kulit kakao .. ... ... 39
Gambar 5.19 Kadar abu biobriket kulit kakao ... ... 40
Gambar 5.20 Volatile matter biobriket kulit kakao ... ... 40
Gambar 5.21 Fixed Karbon biobriket kulit kakao .. .... ... 41
Gambar 5.22 Nilai kalor batubara muda dengan perekat lempung... 41
Gambar 5.23 Nilai kalor briket batubara muda dengan perekat kanji ... 42
Gambar 5.24 Nilai kalor briket batubara muda dengan perekat pati singkong... 42
Gambar 5.25 Nilai kalor briket batubara muda dengan perekat lempung ... 42
Gambar 5.26 Nilai kalor biobriket sekam padi tanpa aktivasi ... 44
Gambar 5.27 Nilai kalor biobriket sekam padi dengan perekat kanji ... 44
Gambar 5.28 Nilai kalor biobriket sekam padi dengan perekat pati singkong ... 45
Gambar 5,29 Nilai kalor biobriket sekam padi dengan perekat lempung ... 45
viii
Gambar 5.30 Nilai kalor biobriket ampas sagu dengan perekat pati singkong ... 47
Gambar 5.31 Nilai kalor biobriket ampas sagu dengan perekat lempung ... 47
Gambar 5.32 Nilai kalor biobriket kulit mete dengan perakat kanji ... 48
Gambar 5.33 Nilai kalor biobriket kulit mete dengan perakat pati singkong ... 49
Gambar 5.34 Nilai kalor biobriket kulit mete dengan perakat lempung ... 49
Gambar 5.35 Nilai kalor biobriket kulit kakao dengan perakat kanji ... 50
Gambar 5.36 Nilai kalor biobriket kulit kakao dengan perakat pati singkong ... 51
Laporan Akhir Insentif Riset SINas Tahun 2013 1
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian sementara menunjukkan bahwa temperatur aktivasi batubara muda mempengaruhi proksimasi briket, demikian juga dengan jenis dan komposisi perekat. Kadar air, kadar abu dan volatile matter diperoleh kadar paling rendah pada perekat lempung untuk semua jenis dan komposisi perekat. Kadar fixed carbon tertinggi diperoleh pada temperatur 6000 C sebesar 78,65 % pada perekat kanji dengan komposisi 5 %. Kadar air, kadar abu paling rendah diperoleh pada perekat lempung dengan nilai 2,07 % untuk kadar air dan 2,08 % untuk kadar abu pada komposisi perekat 5 %. Volatile matter mengalami penurunan secara menyeluruh apabila temperatur aktivasi dinaikkan dari 4000 C sampai 7000 C.
Proksimasi biobriket limbah organik secara keseluruhan memiliki nilai yang memenuhi syarat sebagai bahan bakar padatan dengan kadar air rata-rata dibawah 10 % dan fixed karbon lebih besar dari 60 %. Beberapa perlakuan sampel memiliki fixed karbon dibawah 60 % akibat ketidaksempurnaan pada proses preparasi. Parameter volatile matter untuk bahan limbah organik lebih besar dibandiing dengan batubara muda, hal ini disebabkan oleh karena limbah organik memiliki unsur organik yang lebih besar seperti nitrogen, hidrogen, karbon dan lain-lain.
Nilai kalor mengalami perubahan apabila temperatur pirolisis diperbesar dan mencapai nilai maksimum pada tempertur pirolisis 600 0C yaitu 6023,54kal/gram untuk batubara muda, 4961,96kal/gram untuk sekam padi, 6949.405 kal/gram untuk ampas sagu, 8875.617 kal/ gram untuk kulit mete, 5828.1637 kal/gram untuk kulit kakao. Pada temperatur pirolisis 700 0C.
6.2 Saran
Untuk memperoleh hasil yang maksimal dari penelitian ini perlu dilakukan penyempurnaan proses pirolisis dengan melakukan pengontrolan pada aliran gas nitrogen dan laju penurunan berat sampel pada masing-masing temperatur pirolisis. Selain itu perlu dilakukan variasi perekat yang lebih beragam untuk melihat pengaruh perekat secara optimal.
Laporan Akhir Insentif Riset SINas Tahun 2013 2
DAFTAR PUSTAKA
Aripin, M. Jahiding, Nur Untoro, 2008, “Pelatihan Pemanfaatan Briket sebagai Bahan
Bakar Alternatif Pengganti Minyak Tanah dan Gas Untuk Rumah Tangga di Kecamatan Ranomeeto Kabupaten Konawe Selatan”. Laporan Pengabdian Masyarakat yang dibiayai oleh The Development and Upgrading of Haluoleo University Project. Lembaga Pengabdian pada Masyarakat Unhalu,
Arnold, Guy. 1987. Batubara. PT Pradnya Paramita. Jakarta.
Badan Pusat Statistika Provinsi Sultra, 2004. Produksi Tanaman Padi, Palawija, Sayuran dan Buah-Buahan di Provinsi Sulawesi Tenggara. Kendari.
Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sulawesi Tenggara, 2007. Laporan Penyelidikan Batubara Kec. Ngapa Kab. Kolaka Utara Provinsi Sulawesi Tenggara. Sulawesi Tenggara
M. Anas, M. Jahiding, Ratna, 2009, “Pengembangan Karbon Aktif Kulit Biji Mete
Dengan Katalis TiO2 Sebagai Material Untuk Mereduksi Emisi Gas Buang (CO, NO2 Dan CO2)”. Laporan Hasil Penelitian Insentif Riset Unggulan Strategi Nasional yang dibiayai oleh DP2M Dirjen Dikti Departemen Pendidikan Nasional. Lembaga Penelitian Unhalu
M. Jahiding, L.O. Ngkoimani, S.H. Erzam, 2010, “Pengembangan Briket Hybrid
(Paduan Biobriket dan Briket Batubara) sebagai Bahan Bakar Alternatif”. Laporan Hasil Penelitian Hibah Bersaing yang dibiayai oleh DP2M Dirjen Dikti Departemen Pendidikan Nasional. Lembaga Penelitian Unhalu
M. Jahiding, L.O. Ngkoimani, S.H. Erzam, W.O. Ratnawati, S. Maymanah, 2011,
Analisis Volatile Matter Briket Hybrid (Paduan Briket sekam Padi dan Batubara muda) sebagai Bahan Bakar Alternatif, Jurnal Aplikasi Fisika Vol. 7 No. 1, Februari 2011.
M. Jahiding, Mashuni, S.H. Erzam, 2012, Pengembangan Briket Batubara Muda
(Brown Coal) sebagai Bahan bakar Alternatif Berkalori Tinggi, Jurnal Aplikasi Fisika Vol. 8 No. 2, Agustus 2012.
Pebriadi, B. dan Mastur. 2008. Pemanfaatan Sekam Sebagai Energi Alternatif di Rumah Tangga Perdesaan. Balai Pengkajian Taknologi Pertanian Kalimantan Timur. Samarinda.
Sukandarrumidi. 2006. Batubara dan Pemanfaatannya. Gajah Mada University Press. Yogyakarta
Sule, D. dan Sinaga, P., 1998. Pembuatan Briket Tanpa Asap dan Tak Berbau dari Batubara Halus dengan Sekam Padi dan Molase. WEC. Jakarta.
