BIOPELET KAYU AGATHIS DENGAN PENGUAT KULIT
LEPASNYA
SYAIFUL BAHRI
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Biopelet Kayu Agathis dengan Penguat Kulit Lepasnya adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2014 Syaiful Bahri NIM E24100043
ABSTRAK
SYAIFUL BAHRI. Biopelet Kayu Agathis dengan Penguat Kulit Lepasnya. Dibimbing oleh NYOMAN J WISTARA dan GUSTAN PARI.
Kulit agathis dapat dijadikan sebagai penguat (fortifier) yang diharapakan mampu meningkatkan kandungan energi serta ketahanan biopelet. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis komponen kimia dan proksimat kayu dan kulit agathis, menentukan mutu biopelet kayu agathis dengan penguat kulit lepasnya, serta menentukan sifat termal biopelet. Penentuan lignin klason, ekstraktif, dan holoselulosa serta α-selulosa masing-masing mengacu TAPPI T 222 0m-88, TAPPI T 204 0m-88, dan Browning (1967). Biopelet dibuat menggunakan pencetak biopelet hidrolik dengan diameter 15 mm dan tekanan kempa 1500 psi. Kualitas biopelet seperti kadar air, kerapatan, kadar abu, ketahanan, dan nilai kalor ditentukan berdasarkan DIN EN 14961-2 dan 51731. Kulit agathis memiliki kadar α-selulosa dan holoselulosa lebih rendah dari pada bagian kayunya, tetapi kadar lignin klason, ekstraktif, dan kadar abunya lebih tinggi. Biopelet yang dihasilkan memiliki nilai kerapatan 0.61-0.71 g/cm3, kadar air 0.42-4.52%, kadar abu 0.79-2.73%, ketahanan 21.26-44.59%, dan nilai kalor 4524-4628 kkal/kg. Biopelet yang dihasilkan telah memenuhi standar DIN EN 14961-2 dan 51731 kecuali untuk kerapatan dan ketahanannya. Analisis termal menunjukkan bahwa biopelet mengalami reaksi kehilangan air pada suhu 36-100 oC, reaksi dekomposisi 100-476
oC dengan kehilangan massa 77.34-80.51%, dan kehilangan massa secara
signifikan berhenti pada suhu di atas 480 oC. Kata kunci: agathis, biopelet, kulit, termal
ABSTRACT
SYAIFUL BAHRI. Biopellet Properties of Agathis Wood Fortified with Its Loosen Bark. Supervised by NYOMAN J WISTARA and GUSTAN PARI.
The agathis bark is expected to increase the energy content and durability of the resulting biopellet. The present research was aimed to analyze chemical components of agathis and to determine the quality of agathis wood biopellet fortified with its loosen bark. The klason lignin, extractives, holocellulose and α-cellulose content of wood and bark of the agathis were determined following the standard procedures of TAPPI T 222 0m-88, TAPPI T 204 0m-88, and Browning (1967), respectively. Biopellets of 15 mm diameter were prepared with pelletizing pressure of 1500 psi. The moisture content, ash content, density, durability, and calorific value of the resulting biopellet were compared to those required by DIN EN 14961-2 and 51731 standards. The α-cellulose and holocellulose content of the agathis bark were found lower than these of its wood. However, its klason lignin, extractive, and ash content were higher than these of its wood. The resulting biopellet retained the density of 0.61-0.71 g/cm3, moisture content of 0.42-4.52%, ash content of 0.79-2.73%, durability of 21.26-44.59%, and calorific value of 4524-4628 kcal/kg. Except for that of the biopellet density and durability, all parameters satisfied the requirements of DIN EN standards. Thermal analysis of biopellet showed that water loss occurred at 36-100 oC and significant mass decomposition between 100 up to 475 oC with the weight loss of 77.34-80.51%. No further decomposition was found at above 480 oC.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan
pada
Departemen Hasil Hutan
BIOPELET KAYU AGATHIS DENGAN PENGUAT KULIT
LEPASNYA
SYAIFUL BAHRI
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2014
Judul Skripsi : Biopelet Kayu Agathis dengan Penguat Kulit Lepasnya Nama : Syaiful Bahri
NIM : E24100043
Disetujui oleh
Nyoman J Wistara, Ph.D Pembimbing I
Prof. (R) Dr. Gustan Pari, M.Si Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof. Dr. Ir. Fauzi Febrianto, MS Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Mei 2014 ini ialah biopelet, dengan judul Biopelet Kayu Agathis dengan Penguat Kulit Lepasnya.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Burhan dan Ibu Uti sebagai orang tua yang selalu mendukung dan memberikan do`a untuk kelancaran studi penulis. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Nyoman J Wistara, Ph.D dan Bapak Prof. (R) Dr. Gustan Pari, M.Si selaku dosen pembimbing serta seluruh dosen, laboran, dan karyawan Departemen Hasil Hutan yang telah membantu dan memberikan arahan selama menjalani studi di IPB. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Dinas Pendidikan Tinggi (DIKTI) yang telah memberikan Beasiswa Bidik Misi dan Departemen Hasil Hutan yang telah memberikan Beasiswa Tanabe Foundation. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Ali dari Laboratorium Kimia dan Energi Hasil Hutan Puslitbang Bogor dan pihak Hutan Pendidikan Gunung Walat (HPGW) yang telah membantu dalam kegiatan penelitian. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Sintia, Samuel, Adi, dan Arif yang telah membantu selama kegiatan penelitian dan penyusunan tugas akhir.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2014 Syaiful Bahri
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ix DAFTAR GAMBAR ix PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 3 Tujuan Penelitian 3 Manfaat Penelitian 3 METODE 4Persiapan Bahan Baku 4
Analisis Komponen Kimia dan Proksimat 4
Pembuatan Biopelet 5
Pengujian Kualitas Biopelet 5
Kadar Air 5 Kerapatan 5 Kadar Abu 5 Ketahanan (Durability) 5 Nilai Kalor 6 Analisis Termal 6 Analisis Data 6
HASIL DAN PEMBAHASAN 8
Komponen Kimia Kayu Agathis 8
Kualitas Biopelet 9 Kadar Air 9 Kerapatan 10 Kadar Abu 11 Ketahanan (Durability) 13 Nilai Kalor 14 Analisis Termal 14
SIMPULAN DAN SARAN 17
Saran 17
DAFTAR PUSTAKA 18
RIWAYAT HIDUP 21
DAFTAR TABEL
1 Analisis komponen kimia dan proksimat kayu agathis 8 2 Rataan dan standar deviasi kualitas biopelet 10
3 Analisis keragaman kualitas biopelet 11
4 Uji lanjut Duncan kualitas biopelet 12
5 Rataan, standar deviasi, dan uji lanjut Duncan nilai kalor biopelet 14
6 Analisis termal biopelet 15
DAFTAR GAMBAR
1 Garis besar penelitian 4
2 Analisis termal bahan baku kayu (B0) 16
3 Analisis termal biopelet komposisi B30 16
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Energi berbasis fosil menjadi sumber utama energi rumah tangga yang kebutuhannya semakin meningkat. Tetapi, persediaan sumber energi fosil dunia untuk minyak bumi, gas alam, dan batu bara masing-masing diperkirakan hanya tersedia sampai 40, 60, dan 200 tahun kedepan (Quan 2006). Sumber energi alternatif diperlukan untuk menyelesaikan permasalahan tersebut. Energi berbasis biomassa merupakan alternatif dalam menjawab krisis energi yang berasal dari fosil. Penggunaan energi berbasis biomassa tidak memberikan kontribusi terhadap peningkatan gas rumah kaca dan emisi CO2 (Demirbas 2004; Lehmann et al. 2012)
serta berfungsi sebagai karbon netral (Gil et al. 2010). Penggunaan bahan bakar fosil dapat menyumbang emisi karbon sekitar 98% dari proses pembakarannya, dimana batu bara menyumbang emisi sebesar 30-40% (Demirbas 2005). Biomassa memiliki sifat dapat diperbaharui dan ramah lingkungan sehingga penggunaannya sangat potensial untuk dikembangkan di masa yang akan datang.
Biomassa sebagai sumber energi menempati urutan keempat dan dapat memenuhi sekitar 14% kebutuhan energi dunia (Demirbas 2004). Berdasarkan laporan Kementerian ESDM (2012), konsumsi energi berbasis biomassa Indonesia lebih besar (56.12 juta ton) dari batu bara (28.97 juta ton). Menurut Demirbas (2001), bahan bakar berbasis biomassa berasal dari kayu, limbah penggergajian, limbah kehutanan, limbah pertanian, limbah kertas, kenaf, tebu, bambu, jerami, dan bahan berlignoselulosa lainnya. Biomassa dapat dikonversi menjadi tiga bentuk sumber energi yaitu gas, padat, dan cair. Bentuk padat sumber energi biomassa antara lain briket, biopelet, dan cubes. Pelletizing merupakan konversi biomassa dengan cara pemadatan menjadi produk biopelet yang ditujukan untuk memudahkan penanganan, penyimpanan, dan transportasi.
Biopelet memiliki potensi menggantikan bahan bakar berbasis batu bara atau sebagai bahan campuran dengan batu bara (Demirbas 2005; Uasuf dan Becker 2011). Meskipun nilai kalor kayu berkisar 3900-4778 kkal/kg lebih rendah dari nilai kalor batu bara yang berkisar 6000-6450 kkal/kg (Demirbas 2005, Cahyono et al. 2008), ketersediaan batu bara yang terbatas dan pembakarannya bersifat tidak ramah lingkungan menyebabkan batu bara tidak akan menjadi sumber energi pilihan dunia di masa depan. Dilihat dari aspek pemasaran, permintaan biopelet menunjukkan peningkatan khususnya di Eropa (Toscano et al. 2013). Penggunaan biopelet di Swedia mengalami peningkatan sebesar 240% dari tahun 1997 sampai 2006 serta harga pasarnya meningkat 45% (Nilsson et al. 2011) sehingga dapat dijadikan peluang bisnis.
Agathis dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan kayu berupa kayu pertukangan dan kayu bakar serta hasil hutan bukan kayu berupa getah. Produksi kayu agathis Perum Perhutani tahun 2010-2011 sebesar 305728 m3 (Departemen
Kehutanan 2012). Umumnya pohon memiliki proporsi kulit 10-20% terhadap beratnya (Fengel dan Wegener 1995) sehingga potensi kulit agathis diperkirakan sebesar 30572.8-61145.6 m3. Agathis memiliki ciri khas kulit terkelupas dan
ukurannya lebih tebal ketika berumur dewasa. Selain pemanfaatan kayu dan getahnya, bagian kulit agathis memiliki potensi untuk dijadikan bahan bakar karena
2
kandungan lignin dan ekstraktifnya relatif tinggi. Kandungan lignin dan ekstraktif kayu agathis masing-masing 24.7 dan 2.0% serta nilai kalornya sebesar 4762 kkal/kg (Martawijaya et al. 1981).
Kulit agathis dapat dijadikan penguat yang berfungsi untuk mempertahankan dan meningkatkan sifat biopelet terutama sifat mekanisnya (Hoong et al. 2009). Fortifikasi dengan kulit pinus dalam pembuatan biopelet telah dilakukan oleh Filbakk et al. (2011) dimana ketahanan yang dihasilkan berkisar 95-97%. Kadar air, kerapatan, kadar abu, ketahanan, nilai kalor, panjang dan diameter biopelet, serta analisis dasar merupakan parameter yang dapat digunakan untuk menentukan kualitas biopelet. Nilai parameter yang disyaratkan bergantung pada masing-masing negara atau standar yang digunakan. Ketahanan merupakan faktor penting penentu mutu biopelet karena terkait dengan kerusakan biopelet dalam transportasinya. Tingginya kandungan lignin pada kulit agathis diduga akan meningkatkan nilai ketahanan biopelet yang dihasilkan. Faktor yang berpengaruh terhadap ketahanan biopelet antara lain prapemanasan, kadar air dan jenis bahan baku, ukuran partikel, tekanan, suhu, diameter dan lamanya waktu pembuatan biopelet (Kaliyan dan Morey 2009; Lee et al. 2013).
Ukuran partikel berpengaruh terhadap kerapatan, waktu pembakaran, dan ketahanan biopelet (Saptoadi 2008; Hendra 2012; Lee et al. 2013). Penggunaan ukuran partikel yang semakin kecil pada pembuatan briket arang akan meningkatkan nilai kerapatannya namun waktu pembakarannya relatif lama (Saptoadi 2009). Ukuran partikel yang lebih besar akan menghasilkan briket yang lebih poros sehingga lebih mudah terbakar. Biopelet yang terbuat dari partikel 3.2-0.8 mm menghasilkan kerapatan yang relatif tinggi yaitu 3.2-0.88-1.40 g/cm3 (Mani et al. 2006). Pembuatan biopelet Larix kaempferi C. menggunakan partikel kurang dari 1.41 mm memiliki ketahanan yang lebih tinggi dari partikel 1.41-3.17 mm (Lee
et al. 2013). Penggunaan ukuran partikel biopelet kulit agathis yang semakin kecil
diduga akan meningkatkan nilai ketahanan serta kerapatannya. Ukuran partikel yang semakin kecil akan meningkatkan ikatan antar partikel serta bidang kontak partikel satu dengan lainnya.
Penggunaan variasi nisbah kulit dalam pembuatan biopelet berpengaruh terhadap kadar abu dan nilai kalor. Nisbah kulit kayu pinus pada pencampuran biopelet akan meningkatkan nilai kalor serta kadar abunya (Filbakk et al. 2011). Kadar abu yang tinggi akan membentuk kerak pada tungku pembakaran. Nilai kalor biopelet dipengaruhi oleh komponen kimia penyusun bahan (Telmo dan Lousada 2011). Penambahan kulit ke dalam biopelet diduga akan meningkatkan komponen lignin dan ekstraktif sehingga nilai kalornya meningkat. Keragaman kadar kulit digunakan untuk melihat tingkat penguatan optimum biopelet yang dihasilkan. Penggunaan kulit agathis sebagai penguat biopelet pada penelitian ini adalah maksimum 30%. Persentase tersebut digunakan karena proporsi kulit pada pohon yang kurang dari 30%. Karena jumlahnya terbatas, diharapkan penggunaan kulit sebagai penguat dapat meningkatkan sifat fisis dan mekanis biopelet yang dihasilkan.
Suhu pembuatan biopelet akan berpengaruh terutama terhadap kadar airnya. Suhu pembuatan biopelet yang tinggi akan menurunkan kadar airnya (Hendra 2012). Namun, penggunaan suhu tinggi akan mendekomposisi sebagian komponen kimianya. Dekomposisi komponen kimia akan menurunkan kualitas biopelet. Kandungan kimia terutama lignin akan memengaruhi proses terjadinya ikatan antar
3 partikel, dimana semakin tinggi lignin pada bahan maka diduga ketahanan akan semakin meningkat. Variasi suhu dalam pembuatan biopelet terkait dengan proses pelunakan lignin, dan diharapkan dari penelitian ini ditemukan suhu optimum untuk membuat biopelet kayu agathis yang berkualitas.
Perumusan Masalah
Energi berbasis biomassa seperti kayu adalah alternatif energi berbasis batu bara yang ketersediaannya kian menurun. Kadar energi kayu tergolong rendah dibandingkan dengan batu bara. Peningkatan kadar energinya dapat dilakukan melalui koversi menjadi biopelet dan dengan penguat seperti komponen kulitnya. Kadar lignin dan ekstraktif kulit yang relatif tinggi diharapkan mampu memperbaiki kadar energi dan sifat fisik biopelet kayu. Keragaman suhu dalam penelitian ini ditujukan untuk mencari suhu peletisasi paling optimum yang secara penuh memanfaatkan fungsi lignin sebagai bahan perekat dan peningkat kadar energi. Penggunaan ukuran partikel berbeda ditujukan untuk mengetahui ukuran partikel paling tepat untuk menghasilkan biopelet dengan ketahanan terbaik.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kualitas biopelet kayu agathis yang diperkuat dengan kulit lepasnya, dan menentukan suhu peletisasi terbaik melalui analisis sifat termal bahan baku dan biopeletnya.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang kadar kulit lepas, suhu peletisasi, dan ukuran partikel terbaik untuk menghasilkan biopelet kayu agathis yang memenuhi standar mutu DIN EN 14961-2 dan 51731. Penelitian ini juga diharapkan dapat meningkatkan nilai tambah hutan dalam hal penyediaan energi terbarukan.
