BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT

Pada pembuatan minyak kelapa sawit, setelah dilakukan ekstraksi minyak dari tandan buah segar, cukup banyak limbah padatan yang terbentuk dari cangkang, serat, dan tandan kosong (lebih dari 70% dari buah kelapa sawit segar) dikeluarkan dari pabrik. Limbah ini digunakan kembali di industri yang sama sebagai bahan bakar boiler untuk menghasilkan steam sebagai pembangkitkan tenaga listrik dan menjalankan operasi internal, dan akan menyisakan abu sisa sebesar 5 %, yang dikenal dengan abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA). Namun, karena kekurangan nutrisi yang dibutuhkan sebagai pupuk, POFA dibuang ke tanah kosong disekeliling pabrik minyak kelapa sawit, dan menyebabkan masalah lingkungan dan resiko kesehatan. Berbagai penelitian telah dilakukan dalam pemanfaatan abu pembakaran biomassa kelapa sawit, dan hasil studi menyatakan abu pembakaran biomassa kelapa sawit dapat digunakan sebagai filler material [3].

Limbah padat tandan kosong merupakan limbah padat yang jumlahnya cukup besar yaitu sekitar 6 juta ton yang tercatat pada tahun 2004, namun pemanfaatannya masih terbatas. Limbah tersebut selama ini dibakar dan sebagian ditebarkan di lapangan [8].

Jenis limbah kelapa sawit pada generasi pertama adalah limbah padat yang terdiri dari tandan kosong, pelepah, cangkang, serat dan lain-lain. Limbah padat dan limbah cair pada generasi berikutnya dapat dilihat pada Gambar 2.1. Pada Gambar tersebut terlihat bahwa Iimbah yang terjadi pada generasi pertama dapat dimanfaatkan dan terjadi limbah berikutnya sehingga dapat dimanfaatkan dan mempunyai nilai ekonomi. Salah satunya adalah potensi limbah cangkang dan serat yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada boiler [8].

Gambar 2.1 Pohon Industri Pemanfaatan Limbah Kelapa Sawit [8]

Bahan abu kelapa sawit merupakan salah satu limbah padat yang dihasilkan pada proses pembakaran cangkang sawit dalam unit boiler di pabrik kelapa sawit. Bahan ini banyak mengandung unsur silika. Pemanfaatan abu pembakaran biomassa kelapa sawit sebagai filler sangat potensial mengingat ketersediaannya yang cukup besar dan berkesinambungan. Penambahan filler material yang banyak mengandung kadar silika yang tinggi dapat meningkatkan sifat mekanik produk [4].

Kandungan utama abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) adalah Silicon Dioxide (SiO2), Aluminum Oxide (Al2O3), Magnesium Oxide (MgO), Ferric Oxide (Fe2O3), Calcium Oxide (CaO), Potassium Oxide (K2O). Silicon Dioxide (SiO2) merupakan senyawa yang paling banyak terdapat pada POFA, yaitu sekitar 40-70 %, Aluminum Oxide (Al2O3) sekitar 5-15 %, Calcium Oxide (CaO) sekitar 5-10 %, Ferric Oxide (Fe2O3) sekitar 5-10 % dan Magnesium Oxide (MgO) 3-10 %. Calcium Oxide (CaO) merupakan senyawa pada clinker dalam semen portland, dimana senyawa ini berfungsi memperkuat kekuatan dari semen yang akan digunakan dalam konstruksi. Semen yang bereaksi dengan air akan membetuk calcium hydroxide (Ca(OH)2) dan calcium silicate hydrates (C-S-H). Tinggi nya kandungan Silicon (Si) pada POFA yang merupakan senyawa yang bersifat pozzolan, yang apabila ditambahkan pada semen dan bereaksi dengan (Ca(OH)2) akan membentuk calcium silicate hydrates (C-S-H) dan calcium aluminates hydrates (C-A-H),

dimana semakin banyak C-S-H yang dihasilkan akan menambah ketahan thermal dan mekanik dari konstruksi dibandingkan dengan semen portland biasa [3].

Abu pembakaran biomassa kelapa sawit mengandung sejumlah besar bahan-bahan yang tidak terbakar, silika, dan alumunium. Pada umumnya, pada abu pembakaran biomassa kelapa sawit terdapat kandungan karbon yang tidak terbakar yang tertinggal pada temperatur pembakaran yang relatif rendah. Karbon yang tidak terbakar adalah faktor penting yang harus dipertimbangkan. Partikel karbon yang tidak terbakar mengakibatkan peningkatan kebutuhan air [3].

2.2 HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS)

Polystyrene adalah monomer, sebuah hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan, polistirena biasanya bersifat padat, dan mencair pada suhu yang lebih tinggi. Polistirena pertamakali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang apoteker Jerman. Ketika mengisolasi zat tersebut dari resin alami, dia tidak menyadari apa yang dia telah temukan. Seorang kimiawan organik Jerman lainnya, Hermann Staudinger, menyadari bahwa penemuan Simon terdiri dari rantai panjang molekul stirena, yang adalah sebuah polimer plastik. Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis inidikenal dengan nama High Impact Polystyrene (HIPS) [9].

Produk polistirena yang pertama kali diproduksi untuk dikomersialkan ada lah homopolimer stirena yang juga dikenal sebagai polistirena kristal. Polistirena kristal ini juga dikenal sebagai General Purpose Polystyrene (GPPS), yang lebih tahan panas daripada produk polimer thermoplastik lainnya. Perkembangan lebih lanjut dari polistirena ini adalah Expanable Polystyrene (EP). Produk polistirena yang tak kalah pentingnya adalah polistirena dengan modifikasi karet atau High Impact Polystyrene (HIPS). HIPS ini bersifat tidak tembus cahaya, lebih keras dan lebih mudah dalam pembuatannya dibandingkan dengan produk polimer thermoplastik lainnya [7].

High Impact Polistirene (HIPS) merupakan polimer stirena yang dimodifikasi dengan penggabungan dari komponen karet. Berdasarkan namanya,

HIPS dicirikan dengan kekuatan impact yang tinggi dibandingkan dengan polistiene yang tidak dimodifikasi, dikarenakan pengaruh dari struktur mikrofasa polimer yang dimodifikasi [10]. Adapun kelebihan dan kekurangan HIPS dapat dilihat dari tabel 2.1.

Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan HIPS [11]

Kelebihan Kekurangan

Lebih kuat daripada polistirena kristal (GPPS).

Transparansi berkurang bila dibandingkan dengan polistiren. Memiliki sifat elektrik yang baik. Ketahanan kimia rendah, terutama

untuk pelarut organik.

Harga murah. Rentan terhadap degradasi sinar UV.

Mudah dalam pemrosesan. Sangat mudah terbakar. Memenuhi persyaratan Food and

Drug Administration (FDA).

HIPS adalah salah satu bahan termoplastik yang paling serbaguna. Banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, HIPS dapat dibentuk, dibuat dan dicetak. Dengan formulasi khusus dan karet yang dimodifikasi, HIPS memberikan tekstur permukaan yang luar biasa dan karakteristik adhesi tinta sangat baik yang diperlukan untuk berbagai metode cetak [12].

Kegunaan dari HIPS ini cukup luas, antara lain untuk isolasi atau bahan pelapis pada kawat/kabel, peralatan rumah tangga dari plastik, botol, furniture, mainan anak-anak, bagian dari refrigerasi, radio, televisi, AC, bahan pembuat kontainer, tempat baterai dan sebagainya [7].

HIPS dapat digabungkan dengan dirinya sendiri atau material lainnya melalui adhesif atau larutan pengikat. Pelarut yang umum digunakan untuk melarutkan semen dan kemampuan polimerisasi semen akan dengan mudah menggabungkan lembaran HIPS [12]. HIPS dapat diproses dengan berbagai teknik konvensional yang biasa digunakan untuk memproses bahan termoplastik pada umumnya, yaitu dengan menggunakan injection molding ataupun dengan ekstruder. Pada injection molding, temperatur proses disarankan sekitar 180-280C. Umumnya, temperatur cetakan (mold) sebaiknya berada diantara 30 dan 50C. Untuk tingkat viskositas yang tinggi, bahan cocok diproses menggunakan ekstruder. Temperatur proses yang umum digunakan untuk memproses HIPS pada ekstruder berkisar 180-220C [11].

2.2.1 Dasar Reaksi Polimerisasi High Imact Polystyrene

High Impact Polystyrene (HIPS) terbentuk dengan suatu reaksi polimerisasi adisi terhadap molekul stirena sebagai monomer dengan melibatkan partikel cis 1-4 polibutadiena, melalui suatu mekanisme yang disebut grafting. Grafting adalah mekanisme dimana rantai polistirena terikat secara kimia terhadap rangka polibutadiena [7]. Adapun reaksi pembentukan HIPS dapat dilihat dari gambar 2.2.

Gambar 2.2 Reaksi Polimerisasi High Impact Polystyrene (HIPS) [7]

2.2.2 Macam-macam Proses Produksi High Impact Polystyrene

Secara umum, High Impact Polystyrene dapat diproduksi dengan tiga macam proses, yaitu :

1. Polimerisasi bulk (larutan)

Dalam industri umunya, polimerisasi bulk (larutan) disebut polimerisasi massa. Sebagian besar polistirena yang diproduksi sekarang ini menggunakan proses ini. Pada proses ini menggunakan sejumlah solvent yang biasanya adalah monomer stirena itu sendiri dan Etil Benzena.

2. Polimerisasi Suspensi

Polimerisasi suspensi adalah sistem batch yang sangat popular untuk tahapan khusus pembuatan polistirena. Proses ini dapat digunakan untuk memproduksi kristal maupun HIPS. Untuk memperoduksi HIPS, stirena dan larutan karet diolah dengan bulk polymerized melalui fase inverse. Kemudian disuspensikan ke dalam air untuk mendapatkan suspense air dan minyak dengan menggunakan sabun atau zat pesuspensi. Kemudian butiran suspense ini

dipolimerisasi lagi sampai selesai dengan menggunakan inisiator dan pemanasan bertahap. Fase air digunakan sebagai heat sink dan media perpindahan panas terhadap jaket yang dikontrol suhunya.

3. Polimerisasi Emulsi

Polimerisasi emulsi biasanya digunakan pada proses kopolimerisasi stirena dengan monomer atau polimer lain. Proses ini merupakan metode komersial yang jarang digunakan untuk memproduksi polistirena kristal atau HIPS. Proses ini mempunyai persamaan dengan proses polimerisasi suspense kecuali bahwa butiran monomer yang digunakan dalam polimerisasi emulsi ini dalam ukuran mikroskopis. Air digunakan sebagai carrier dengan agen pengemulsi untuk memberikan partikel yang sangat kecil dan aktalis untuk mempercepat kecepatan reaksi [7].

2.3 KOMPOSIT

Komposit merupakan material teknik yang tersusun atas dua atau lebih bahan yang memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru dengan sifat yang berbeda dan lebih baik dari keduanya. Definisi lain menyatakan bahwa komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan sifat masing-masing bahan penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan masing-masing material penyusun [13].

Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut: • Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu

• Mempermudah design yang sulit pada manufaktur

• Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya • Menjadikan bahan lebih ringan [14].

Komposit pada umumnya terdiri dari 2 fasa: 1. Matriks

Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :

 Mentransfer tegangan ke serat.

 Melindungi serat.  Memisahkan serat.  Melepas ikatan.

 Tetap stabil setelah proses manufaktur. 2. Reinforcement atau Filler

Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.

Adanya dua penyusun komposit atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah penyebutannya; Matrik (penyusun dengan fraksi volume terbesar), Penguat (Penahan beban utama), Interphase (pelekat antar dua penyusun), interface (permukaan fase yang berbatasan dengan fase lain).

Secara strukturmikro material komposit tidak merubah material pembentuknya (dalam orde kristalin) tetapi secara keseluruhan material komposit berbeda dengan material pembentuknya karena terjadi ikatan antar permukaan antara matriks dan filler. Syarat terbentuknya komposit: adanya ikatan permukaan antara matriks dan filler. Ikatan antar permukaan ini terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi. Dalam material komposit gaya adhesi-kohesi terjadi melalui 3 cara utama:

 Interlocking antar permukaan: ikatan yang terjadi karena kekasaran bentuk permukaan partikel.

 Gaya elektrostatis : ikatan yang terjadi karena adanya gaya tarik-menarik antara atom yang bermuatan (ion).

 Gaya van der walls: ikatan yang terjadi karena adanya pengutupan antar partikel.

Kualitas ikatan antara matriks dan filler dipengaruhi oleh beberapa variabel antara lain:

 Ukuran partikel

 Rapat jenis bahan yang digunakan  Fraksi volume material

 Komposisi material  Bentuk partikel

 Penekanan (kompaksi)  Pemanasan (sintering)

Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh: • Material yang menjadi penyusun komposit

Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.

• Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun

Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.

• Interaksi antar penyusun

Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit [14].

Secara umum, dikenal tiga kelompok komposit:

1. Komposit jenis serat, yaitu komposit yang diperkuat serat, adapun serat yang lazim digunakan antara lain serat alami dan serat sintetis.

2. Komposit jenis lamina, yaitu komposit yang diperkuat lembaran, misalnya kertas, kain, atau papan vanire yang direkatkan.

3. Komposit jenis partikel, yaitu komposit yang diperkuat dengan butiran, misalnya pasir, kerikil, dan filler lain dalam matrik.

Untuk komposit polimer yang diperkuat serat seharusnya ditambah bahan ketiga yang disebut coupling agent yang berfungsi untuk meningkatkan ikatan antara serat dengan matrik [15].

2.3.1 Bahan Pendispersi

Penambahan bahan pendispersi berfungsi sebagai pelunak atau pemlastis matriks polimer juga dapat menurunkan temperatur proses. Pelunak atau pemlastis merupakan bahan yang ditambahkan kedalam bahan polimer sehingga molekul pemlastis akan berada diatara rantai polimer yang mempengaruhi mobilitas rantai dan menaikkan plastisitas bahan [16].

Untuk pendispersi jenis stearat diketahui bahwa molekul dari asam stearat memiliki daerah hidrofobik dan hidrofilik sekaligus, dua sifat yang saling bertolak

belakang, atau mempunyai sifat ampifatik, karena mengandung gugus karboksilat ionik yang hidrofilik (suka air) pada satu ujung dan rantai hidrokarbon hidrofobik (benci air). Pada mekanisme pelunakan, bahan pendispersi merupakan pelunak atau pelarut yang mampu membawa matriks polimer untuk memasuki pori-pori serbuk pengisi, sehingga akan memperluas permukaan kontak antara matriks dengan serbuk pengisi [16].

2.3.2 Perlakuan Alkali Terhadap Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

Perlakuan alkali adalah salah satu teknik modifikasi kimia yang banyak digunakan pada material alam yang biasa dipakai sebagai penguat pada matriks termoplastik dan termoset. Modifikasi dengan perlakuan alkali akan memutus ikatan hidrogen dan cara demikian akan membuat permukaan serat menjadi lebih kasar. Modifikasi kimia dengan perlakuan alkali dilakukan untuk meningkatkan adhesi antara permukaan partikel dengan matriks polimer yang diharapkan akan berpotensi menghasilkan ikatan yang baik.Adanya perlakuan alkali pada material akan menghilangkan sejumlah lignin, lilin dan minyak serta zat pengotor pada permukaan material, sehingga terjadi depolimerisasi pada material [6]. Perlakuan alkali terhadap abu pembakaran biomassa kelapa sawit bertujuan untuk membersihkan permukaan abu dan pori-porinya, sehingga interaksi antara matriks dapat berlangsung dengan baik dan juga terbentuknya ikatan hidrat pada abu.

Dalam penelitian ini digunakan fasa matriks jenis termopalstik yaitu High Impact Polystyrene (HIPS). Maka komposit yang dibuat adalah komposit termoplastik dengan mengunakan pengisi partikel/abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau Palm Oil Fuel Ash (POFA).

2.4 ANALISA BIAYA

Penelitian ini menghasilkan komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) dengan sifat-sifat mekanik yang sangat baik. Hingga ratio komposisi antaraHIPS dan POFA sebesar 90/10.

Pada penelitian ini diperoleh kesimpulan bahwa abu pembakaran biomassa kelapa sawit berpotensial digunakan sebagai pengisi pada HIPS dan mempunyai nilai yang cukup signifikan untuk memotong konsumsi dari matriks. Sehingga dirasa perlu untuk melakukan analisa biaya dari produk komposit yang dihasilkan. Dalam penelitian ini, dilakukan suatu analisa biaya terhadap pembuatan produk komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit. Adapun biaya untuk pembuatan komposit HIPS-POFA adalah sebagai berikut: Harga HIPS = USD 1,697 / kg

Harga POFA = Rp. 0 (Masih dianggap limbah)

Bila POFA dibandingkan dengan harga fly ash batu bara maka harganya= Rp. 350/kg

Nilai 1 USD = Rp. 13.010 (Kurs Jual BI tanggal (13-4-2015) Extrution fee = USD 0,1 / kg

I. Pembuatan POFA terhidrasi (10 kg)

 Pembelian POFA 10 kg = 10 kg × Rp.350/kg = Rp. 3500  Pembuatan 4 Ltr NaOH 1 M

160 Gr NaOH = 0,16 kg × Rp.22.000/kg

= Rp. 3.520

 Air PAM 4 Ltr = 4 L × Rp.5,5/L = Rp. 22  Biaya listrik ( 2 jam x 18,5 KW) = 37 KWH × Rp. 900 /KWH

= Rp. 33.300 (Ball Mill)  Biaya Oven (2 jam x 2 KW) = 4 KWH × Rp. 900/KWH

= Rp. 3.600  Total Biaya = Rp. 43.942 / 10 kg

= Rp. 4.394,2 / kg = p. 4.394,2

II. Pembuatan Komposit HIPS : POFA = 90 : 10 (25 kg) HIPS 90 % = 0,9 × 25 kg = 22,5 kg

POFA terhidrasi 10% = 0,1 × 25 kg = 2,5 kg Zn-St (0,15 phr) = 0,15% × 25 kg = 0,0375 kg III. Harga HIPS murni 25 kg (1 zak) = 25 kg × USD 1,697 /kg

= USD 42,425 IV. Harga komposit HIPS : POFA 90/10 (25 kg)

HIPS 90 % = 22,5 kg × USD 1,697 /kg = USD 38,1825 POFA terhidrasi 10% = 2,5 kg × USD 0,33776 /kg = USD 0,84439 Zn-St (0,15 phr) = 0,0375 23000

13010

= USD 0,0663

Extruding fee = 25,0375 kg × USD 0,1/kg = USD 2,50375

TOTAL = USD 41,59694

V. Penghematan / Cost down = 100 (41,59694

42,425 ) 100 = 1,9518 %

Diharapkan dengan jumlah produksi yang semakin besar, efisiensi proses dapat ditinngkatkan sehingga harga POFA terhidrasi dapat lebih rendah. Walau terlihat penurunan cost kecil tetapi sangat potensial untuk dikembangkan.