SIFAT FISIS DAN APLIKASI FIBERBRICK TANDAN KOSONG SAWIT
Erwinsyah 1 Ori Ariyandi 2 , Atika Afriani 1 dan Luthfi Hakim 2
146| Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII (11 Nopember 2014), Medan
SIFAT FISIS DAN APLIKASI FIBERBRICK
Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII (11 Nopember 2014), Medan |147 berlignoselulosa, TKS memiliki kadar selulosa yang tinggi, yaitu holoselulosa 67,88% dan alfa selulosa 32,12% dengan kadar serat sebanyak 72,67% dan kadar bukan serat sebanyak 27,33%.
TKS memiliki panjang serat rata-rata 0,74 mm dan diameter luar 10,14 µm serta tebal dinding 3,52 µm. Menurut IAWA (International Association of Wood Anatomist) serat TKS termasuk ke dalam serat pendek, sedang diameternya termasuk serat sedang menurut klasifikasi Klemm dan dapat disetarakan dengan kayu kelas mutu III. Serat yang termasuk ke dalam kelas mutu ini mempunyai serat berukuran pendek sampai sedang (Erwinsyah et al., 2012). Karakteristik tersebut menunjukkan bahwa TKS berpotensi sebagai bahan baku pembuatan fiberbrick. Kebutuhan produk panel seperti papan partikel, kayu lapis, papan semen, medium density fiberboard (MDF), oriented strand board (OSB) dan produk lainnya (fiberbrick) semakin meningkat seiring dengan kenaikan jumlah penduduk dan standar hidup di Indonesia. Sumber utama bahan baku produk panel tersebut berasal dari kayu tropis dan ketersediannya semakin terbatas.
TKS sebagai sumber lignoselulosa non-kayu dapat menjadi bahan baku alternatif untuk menunjang kelangsungan produksi industri panel-panel kayu (Kong et al., 2014). Selain itu, dalam upaya diversifikasi produk berbahan baku limbah padat kelapa sawit, fiberbrick merupakan salah satu alternatif yang dapat dilakukan untuk meningkatkan nilai tambah dan nilai ekonomis serat TKS. Fiberbrick adalah salah satu produk komposit berupa biomasa yang dipadatkan dan dibentuk dengan berbagai tujuan penggunaansalah satunya sebagai substitusi batu bata yang berbahan baku serat. Dengan demikian perlu dilakukan penelitian tentang pemanfaatan TKS sebagai bahan baku pembuatan fiberbrick dengan menggunakan serat TKS sebagai filler (pengisi) dan tepung kanji sebagai perekat. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui sifat fisis fiberbrick TKS dan menganalisis aplikasi penggunaannya sebagai bahan konstruksi ringan serta karakteristik pembakarannya sebagai sumber energi alternatif.
METODE PENELITIAN Persiapan Bahan Baku Serat TKS
TKS diuraikan dengan menggunakan mesin pengurai serat dan dikeringkan di udara terbuka. Serat panjang berukuran 5-20 cm diproduksi dengan menggunakan mesin EFB fiberizer untuk pembuatan fiberbrick serat panjang. Sedangkan serat pendek berukuran 3-5 cm diproduksi menggunakan mesin EFB chipper untuk pembuatan fiberbrick serat pendek.
Penyediaan Bahan Perekat
Tepung kanji digunakan sebagai perekat dalam pembuatan fiberbrick. Tepung kanji merupakan jenis perekat yang larut dalam air. Konsentrasi perekat yang diaplikasikan dalam pembuatan kedua jenis fiberbrick adalah 20%, 30% dan 40% dari bobot serat masing-masing fiberbrick berturut-turut 125 g, 225 g dan 300 g.
Aplikasi perekat kanji dilakukan dengan cara melarutkan tepung kanji dengan air menurut konsentrasinya.
Pembuatan FiberbrickTKS
Fiberbrick dibuat dengan ukuran panjang 19 cm, lebar 7,5 cm dan tinggi 4 cm. Serat TKS dicampur dengan perekat kanji kemudian diaduk hingga merata. Adonan serat TKS dan perekat dimasukkan ke dalam cetakan pada mesin kempa. Selanjutnya, adonan tersebut dikempa dengan tekanan 25-30 kgf/cm2 pada suhu 120 oC selama 15 menit untuk masing-masing fiberbrick sesuai ukuran serat, bobot serat dan konsentrasi perekat. Fiberbrick yang sudah dicetak dilakukan pengkondisian. Pengkondisian dilakukan selama 14 hari pada suhu kamar untuk menyeragamkan kadar air dan menghilangkan tegangan sisa setelah pengempaan.
Pengujian Sifat Fisis Fiberbrick TKS
Pembuatan contoh uji dan pengujian sifat fisis fiberbrick meliputi kadar air, kerapatan, daya serap air dan pengembangan volume mengacu pada ASTM D143-94 (2000)e 1 sedangkan pengujian ketahanan fiberbrick terhadap rayap tanah dilakukan melalui uji kubur (Grave Yard Test) untuk menentukan kelas ketahanana terhadap rayap yang mengacu pada SNI-01-7207-2006.Uji kubur menyatakan persentase penurunan berat setelah dilakukan penguburan di dalam tanah selama 100 hari.Data yang diperoleh selanjutnya dianalisis dengan uji DMRT dengan tingkat kepercayaan 95%.
148| Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII (11 Nopember 2014), Medan
Pengujian Aplikasi Penggunaan Fiberbrick TKS
Fiberbrick yang digunakan untuk aplikasi merupakan fiberbrick dengan nilai rata-rata sifat fisis terbaik berdasarkan ukuran serat TKS. Pengujian karakteristik pembakaran dilakukan dengan metode Thermo Gravimetric Analysis (TGA). Selama proses pembakaran akan dilakukan pengamatan suhu dan waktu yang dibutuhkan sampai fiberbrick habis dan menjadi abu.
Pengujian fiberbrick sebagai bahan konstruksi ringan dilakukan melalui pembuatan dinding bangunan contoh yang terbuat dari fiberbrick dan dilakukan penilaian performa dinding fiberbrick yang digunakan pada dinding konstruksi ringan. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kelayakan fiberbricksebagai substitusi batu bata dalam konstruksi bangunan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat Fisis Fiberbrick TKS
Ukuran serat TKS, bobot serat dan konsentrasi perekat berpengaruh signifikan terhadap sifat fisis fiberbrick TKS yang dihasilkan.Berdasarkan hasil analisis sifat fisis, fiberbrick TKS serat pendek dengan konsentrasi perekat 30% dari bobot serat 300 g menunjukkan stabilitas dimensi terbaik. Hal ini dapat dilihat dari kadar air, kerapatan, daya serap air dan nilai pengembangan volume fiberbrick TKS serat pendek berturut-turut 2,89%, 0,56 g/cm3, 8,29% dan 26,7%. Menurut sifat fisis tersebut, fiberbrick TKS dengan kadar air, daya serap air dan nilai pengembangan yang rendah namun memiliki kerapatan yang cukup tinggi telah memenuhi standar JIS A 5908-2003 untuk papan partikel komersial.Secara umum, fiberbrick TKS serat pendek memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan fiberbrick TKS serat panjang berdasarkan hasil analisis sifat fisisnya.
Gambar 1. Kadar air fiberbrick TKS
Peningkatan penggunaan konsentrasi perekat dan bobot serat menunjukkan penurunan nilai kadar air (Gambar 1). Hal ini disebabkan pencampuran perekat dengan serat akan saling mengisi rongga sehingga kadar air terikat dalam rongga antar serat akan lebih rendah. Bobot serat yang tinggi mempengaruhi komposisi fiberbrick sehingga rongga yang terbentuk pada fiberbrick dan kadar air semakin rendah. Lapisan perekat pada seluruh permukaan serat TKS mampu menghambat peningkatan kadar air selama proses pembuatan fiberbrick karena serat lignoselulosa bersifat higroskopis dan kadar air dapat berubah sesuai dengan kondisi kelembapan udara sekitarnya.
Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII (11 Nopember 2014), Medan |149 Gambar 2. Kerapatan fiberbrick TKS
Peningkatan konsentrasi perekat dan bobot serat berbanding lurus dengan nilai kerapatan fiberbrick TKS (Gambar 2). Tekanan optimum saat proses pengempaan menyebabkan peyebaran serat di dalam fiberbrick merata dan homogen. Selain itu, kerapatan yang tinggi menurunkan persentase rongga antar serat dan meminimalisasi masuknya molekul air karena ikatan molekul partikel serat TKS dan perekat yang terbentuk sangat kuat.
Gambar 3. Daya serap air fiberbrick TKS
Ukuran serat TKS pendek dan konsentrasi perekat yang tinggi mampu mengurangi daya serap air fiberbrick TKS (Gambar 3).Lapisan perekat di permukaan serat TKS dapat berfungsi sebagai pelindung dan mampu menurunkan kemampuan partikel serat untuk menyerap air. Menurut Jasni (2004), selain sifat serat TKS yang higroskopis, faktor lain yang mempengaruhi proses penyerapan air pada produk-produk panel berbasis serat alam antara lain volume ruang kosong antar partikel, saluran kapiler penghubung antar ruang kosong, luas kapiler yang tidak tertutupi perekat dan kedalaman penetrasi perekat. Hasil analisis sidik ragam menunjukkan bahwa ukuran serat, bobot serat dan konsentrasi perekat berpengaruh nyata terhadap kadar air, kerapatan dan daya serap airfiberbrick TKS.
150| Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII (11 Nopember 2014), Medan
Gambar 4. Persentase pengembangan volume fiberbrick TKS
Nilai pengembangan volume sangat mempengaruhi kestabilan dimensi fiberbrick TKS.Apabila nilai pengembangan volume tinggi maka stabilitas dimensi yang dihasilkan rendah. Gambar 4 menunjukkan penggunaan konsentrasi perekat yang tepat dapat menghambat terjadinya pengembangan volume karena perekat dapat meningkatkan kerapatan dan mengurangi penyerapan air. Hal ini sejalan dengan hasil penelitian Widarmana (2001) bahwa kerapatan papan partikel yang tinggi deng aplikasi perekat yang tepat menyebabkan ikatan antar partikel semakin kompak sehingga rongga udara pada papan partikel semakin kecil sehingga air sulit mengisi rongga antar serat papan partikel.Hasil analisis sidik ragam menunjukkan bahwa ukuran serat, bobot serat dan konsentrasi perekat tidak berpengaruh nyata terhadap persentase pengembangan volume fiberbrick TKS.
Ketahanan FiberbrickTKS terhadap Rayap Tanah
Berdasarkan uji kubur (grave yard test), nilai rata-rata persentase penurunan bobot fiberbrick TKS berkisar antara 7,67-16,88% (Gambar 5). Hasil analisis sidik ragam menunjukkan bahwa ukuran serat, bobot serat dan konsentrasi perekat berpengaruh nyata terhadap persentase penurunan bobot fiberbrick TKS.
Serat TKS yang mengandung lignoselulosa sangat rentan terhadap serangan rayap tanah. Peningkatan kadar perekat dapat meminimalisasi persentase penurunan bobot fiberbrick TKS. Dengan demikian, fiberbrick TKS termasuk ke dalam kelas III-IV (ketahanan sedang sampai dengan buruk) berdasarkan SNI 01-7207-2006.
Gambar 5. Persentase penurunan berat fiberbrick terhadap uji kubur
Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII (11 Nopember 2014), Medan |151 Karakteristik Pembakaran Fiberbrick TKS
Pada awal pengujian, penurunan massa terjadi secara lambat. Pada zona devolatilisasi terjadi penurunan massa yang sangat cepat. Sedangkan pada zona pengarangan terjadi penurunan massa yang melambat kembali. Zona pembakaran terjadi pada menit ke-39 hingga menit ke-60.Laju pembakaran fiberbrick TKS serat pendek sebesar 0,23 mg/ min dan kadar abu sebesar 20,34% dengan lama waktu menyala 60 menit (Gambar 6).
Gambar 6. Grafik karakteristik pembakaran fiberbrick TKS serat pendek
Laju pembakaran fiberbrick TKS serat panjang sebesar 0,26 mg/min dan kadar abu sebesar 11,74%
dengan lama waktu menyala 60 menit (Gambar 7). Secara keseluruhan kedua sampel memiliki suhu pembakaran yang sama yakni 165oC. Rongga antar serat fiberbrick TKS serat panjang yang lebih renggang dibandingkan fiberbrick TKS serat pendek menyebabkan fiberbrick TKS serat panjang lebih mudah terbakar.
Fiberbrick TKS memiliki laju pembakaran relatif lebih besar bila dibandingkan dengan semua jenis briket.
Kecepatan pembakaran dipengaruhi oleh struktur bahan serta keras dan lunaknya bahan.
Gambar 6. Grafik karakteristik pembakaran fiberbrick TKS serat panjang
152| Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII (11 Nopember 2014), Medan
FiberbrickTKS sebagai Bahan Konstruksi Ringan
Salah satu syarat yang harus diperhatikan dalam pembuatan batu bata adalah persentase daya serap air.Fiberbrick TKS memiliki daya serap air yang tinggi dibandingkan batu bata pada umumnya.Nilai daya serap air batu bata menurut Ghazali (2009) adalah <3% sedangkan hasil analisis sifat fisis fiberbrick TKS berkisar antara 8,29-14,33%. Perbedaan nilai yang besar disebabkan oleh bahan baku penyusun fiberbrick (serat alam) maupun batu bata (tanah liat).
Aplikasi yang memungkinkan yakni pada penggunaan interior dan digunakan pada bagian atas dinding untuk konstruksi ringan. Contoh dinding fiberbrick TKS yang diletakkan di dalam ruangan pada suhu kamar menunjukkan tidak ada perubahan dimensi yang signifikan karena kadar air yang relatif rendah pad adonan beton yang masih dapat ditahan ikatan molekul perekat fiberbrick TKS. Ikatan antar molekul perekat dengan serat TKS akan menghalangi penetrasi air ke dalam rongga antar serat fiberbrick TKS.
KESIMPULAN
Fiberbrick serat pendek dengan konsentrasi perekat 30% dari bobot serat 300 gr memiliki stabilitas dimensi yang paling baik ditinjau dari sifat fisisnya meliputi kadar air, kerapatan, daya serap air dan nilai pengembangan volume. Ukuran serat TKS, bobot serat dan konsentrasi perekat berpengaruh signifikan terhadap sifat fisis fiberbrick yang dihasilkan.Fiberbrick termasuk ke dalam kelas III-IV (sedang – buruk) dengan nilai 7,67-16,88% berdasarkan tingkat penurunan berat dan ketahanan rayap tanah melalui uji kubur (grave yard test). Fiberbrick lebih tepat diaplikasikan sebagai briket karena memiliki nilai kadar abu yang relatif rendah dengan lama waktu pembakaran 60 menit.Fiberbrick memiliki karakter kurang baik apabila diaplikasikan sebagai substitusi batu bata tetapi masih memungkinkan untuk penggunaan interior sebagai bahan konstruksi ringan.
DAFTAR PUSTAKA
American Society for Testing and Material. 2000. American Society for Testing and Material (ASTM) D 143- 94. United States.
Chang, S.H. 2014. An Overview of Empty Fruit Bunch from Oil Palm as Feedstock for Bio-oil Production.
Biomass & Bioenergy (2014): 1-8.
Erwinsyah, C.-T. Bues and C. Richter. 2007. Thermal insulation material made from oil palm empty fruit bunch fibres. Biotropia Journal Vol. 14 No. 1. June 2007. pp 32-50
Erwinsyah, S. Sugesty dan T. Hidayat.2012. Aplikasi Enzim Lipase Pada Pulp Tandan Kosong Sawit Untuk Kertas Cetak, Moulding Dan Media Tanam Kecambah Kelapa Sawit.Prosiding INSINAS 2012.
Ghazali, M. 2009. Teknik dan Metode Pembuatan Batu Bata. Citra Media Pustaka, Jakarta.
Herawan, T. dan M. Rivani. 2013.Pemanfaatan Limbah Padat Kelapa Sawit untuk Produksi Green Product.
Prosiding Pertemuan Teknis Kelapa Sawit 2013.JCC Jakarta 7-9 Mei 2013.ISBN 978-602-7539-16- 7.Hal. 181- 190.
Jasni, P. 2004. Aplikasi Panas sebagai Alternatif untuk Mengawetkan Kayu.Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis 2(1): 54-61.
Kong, SH., Loh SK., Bachmann RT., Rahim SA. And Salimon J. 2014. Biochar from Oil Palm Biomass: A Review of Its Potential and Challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews (30): 729-739.
SNI-01-7207-2006: Kelas Ketahanan Kayu Terhadap Rayap Tanah (Grave Yard Test).
Widarmana, S. 2001. Panil-panil Berasal dari Kayu sebagai Bahan Bangunan.Prosiding Seminar Persaki.
Bogor 23-24 Juni 2001. Pengurus Pusat Persaki.
Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII (11 Nopember 2014), Medan |153