PROPOSAL SKRIPSI
ANALISIS BIOCHAR HASIL KONVERSI BATUBARA DAN TATAL KAYU KARET DENGAN CO-PIROLISIS DITINJAU
DARI VARIASI KOMPOSISI BAHAN BAKU DAN JENIS BATUBARA
Diusulkan sebagai persyaratan mata kuliah Seminar Proposal Skripsi Program Diploma IV Pada Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi
OLEH :
SONIA RAHMA PUTRI 0620 4041 0403
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG
2024
IDENTITAS DAN URAIAN UMUM
1. Judul Laporan Akhir : Analisis Biochar Hasil Konversi Batubara dan Tatal Kayu Karet dengan Co-Pirolisis Ditinjau dari Variasi Komposisi Bahan Baku dan Jenis Batubara 2. Bidang Ilmu : Teknik Energi
3. Nama Mahasiswa : Sonia Rahma Putri
4. Lokasi Percobaan : Laboratorium Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya
5. Waktu yang dibutuhkan : 4 Bulan 6. Biaya yang diperlukan : Rp 5.902.000
Palembang, Maret 2024
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Aida Syarif, M.T.
NIDN 0011016505
Rima Daniar, S.ST., M.T.
NIDN 2022029201
ii
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL
IDENTITAS DAN URAIAN UMUM i DAFTAR ISI i
DAFTAR TABEL iv DAFTAR GAMBAR v RINGKASAN vi
BAB I PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang 1.2.
R umusan Masalah 3 1.3.
Tujuan Penelitian 4 1.4.
Manfaat Penelitian 4 1.
5 . Relevansi 4
BAB I I TINJAUAN PUSTAKA 2 .1. Sejarah Penelitian
2 .2. Batubara 6
2.2.1. Karakteristik Batubara...7
2 .3. Biomassa 8 2.3.1. Tatal Kayu Karet...8
2 .4. Co-Pirolisis 9 2.4.1. Jenis-Jenis Pirolisis...10
2.4.2. Tahapan Proses Pirolisis...11
2.4.3. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pirolisis...12
2.4.4. Produk Pirolisis...13
BAB I II METODOLOGI PENELITIAN 6 3 .1. Waktu dan Tempat Penelitian 6 3 .2. Alat dan Bahan 16 3.2.1. Alat yang Digunakan...16
3.2.2. Bahan ynag Digunakan...17
3 .3. Perlakuan dan Rancangan Percobaan 17 3 .4. P engamatan 18 3 . 5 . Prosedur Percobaan 19 3.5.1. Diagram Alir Percobaan...19
3.5.2. Persiapan Bahan Baku...20
3.5.3. Preparasi Bahan Baku...20
3.5.4. Analisa Proksimat Bahan Baku...20
3.5.5. Prosedur Co-Pirolisis...22
3.6. Analisa Hasil Produk...23
BAB I V BIAYA DAN JADWAL PENELITIAN 4 .1. Biaya Penelitian
4 .2. Jadwal Penelitian 27 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel Halama
2.1. Sejarah Penelitian...5
2.2. Range Komposisi Berbagai Tingkatan Batubara...8
2.3. Komponen Kimia Kayu Karet...9
2.4. Karakteristik Tatal Kayu Karet...9
2.5. Persyaratan Mutu Arang...14
2.6. Standar Mutu Asap Cair (Bio-Oil)...15
3.1. Komponen Alat Pirolisis...17
3.2. Tabel Pengamatan...18
3.3. Data Pengamatan Produk Biochar...18
4.1. Biaya Upgrading Alat...26
4.2. Biaya Bahan Habis Pakai...26
4.3. Biaya Analisa Bahan Baku dan Produk...26
4.4. Biaya Lain-Lain...27
4.5. Rekapitulasi Biaya...27
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halama
3.1. Seperangkat Alat Pirolisis...16 3.2. Diagram Alir Percobaan...19
RINGKASAN
ANALISIS BIOCHAR HASIL KONVERSI BATUBARA DAN TATAL KAYU KARET DENGAN CO-PIROLISIS DITINJAU DARI VARIASI
KOMPOSISI BAHAN BAKU DAN JENIS BATUBARA (Sonia Rahma Putri, 2024, 27 Halaman, 15 Tabel, 2 Gambar)
Kebutuhan energi di Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya terutama konsumsi energi dari batubara yang diperkirakan akan mencapai 187 juta ton pada tahun 2024. Cadangan batubara di Indonesia sebagian besar merupakan batubara kualitas rendah (34,4% dari total cadangan) yang tidak dapat dimanfaatkan secara langsung dan memiliki nilai jual yang rendah. Batubara kualitas rendah dapat dikonversi menjadi produk bahan bakar yang memiliki nilai kalor lebih tinggi dengan teknik konversi energi, yaitu co-pirolisis, dimana batubara dipanaskan bersamaan dengan biomassa untuk menghasilkan produk bahan bakar cair, padat, dan gas. Pada penelitian ini digunakan limbah biomassa tatal kayu karet yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan dan pemanfaatannya menjadi salah satu upaya untuk mengurangi penumpukan limbah hasil perkebunan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh rasio komposisi batubara dan biomassa serta pengaruh beda nilai kalor batubara terhadap kualitas produk pirolisis terutama biochar yang dihasilkan. Pada penelitian ini, rasio komposisi bahan baku batubara dan tatal kayu karet diatur dengan variasi 100%:0%, 75%:25%, 50%:50%, 25%:75%, 0%:100% dan dengan menggunakan dua sampel batubara dengan nilai kalor
vi
4.500 Kkal/kg dan 4.800 Kkal/kg. Selain itu, diamati rate of pyrolysis dengan mencatat kenaikan temperatur setiap 10 menit dalam proses co-pirolisis. Produk yang dihasilkan dari proses co-pirolisis berupa biochar, bio-oil, dan syngas yang akan dianalisis secara kuantitatif dan menganalisis karakteristik biochar.
Kata Kunci : Co-Pirolisis, Batubara, Tatal Kayu Karet
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi di Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya yang ditunjukkan dengan besarnya konsumsi energi listrik per tahun. Menurut Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral SDM pada tahun 2024, konsumsi energi listrik tahun 2024 diproyeksikan mencapai 1.408 kWh/kapita yang mana konsumsi listrik meningkat dari tahun sebelumnya, yaitu sebesar 1.285 kWh/kapita pada tahun 2023. Sumber energi primer di Indonesia masih bertumpu pada energi fosil, terutama batubara. Energi fosil tidak dapat diperbarui sehingga cadangannya akan semakin menipis dan lama kelamaan akan habis. Selain itu, penggunaannya berdampak pada peningkatan emisi gas rumah kaca yang mengakibatkan pemanasan global. Namun, kenyataannya penggunaan batubara di Indonesia terus meningkat setiap tahunnya. Menurut data Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM), konsumsi batubara pada tahun 2023 diperkirakan 184 juta ton dan meningkat pada tahun 2024 yang diperkirakan akan mencapai 187 juta ton.
Ketersediaan batubara di Indonesia cukup melimpah, namun sebagian besar kualitas batubara yang ada merupakan jenis batubara dengan kualitas yang rendah. Berdasarkan data Pusat Sumber Daya Mineral, Batubara dan Panas Bumi, 2020, batubara kalori rendah memiliki jumlah cadangan sebesar 13,38 miliar ton (34,4% dari total cadangan) dan sebesar 21,88 miliar ton (56,4%) merupakan batubara kalori sedang. Pembakaran batubara kalori rendah dapat menimbulkan emisi gas yang berbahaya bagi lingkungan, seperti senyawa NOx, CO, dan SOx serta dapat menurunkan efisiensi pembakaran dan tingginya biaya pengangkutan karena mengandung kadar air yang tinggi. Selain itu, batubara kalori rendah memiliki nilai jual yang rendah dan tidak dapat dimanfaatkan secara langsung sehingga harus dioptimalisasi penggunaannya dengan teknologi konversi batubara.
Dalam upaya mengurangi penggunaan batubara dan peningkatan pemanfaatan energi baru terbarukan, Kementrian ESDM mendorong penggunaan metode co-firing pada PLTU dengan memanfaatkan biomassa sebagai campuran
viii
batubara. Hal ini tertuang dalam RUKN (Rencana Umum Ketenagalistrikan Nasional) tahun 2019-2038. Teknik co-firing dilakukan dengan cara membakar batubara dan biomassa secara bersamaan sebagai bahan bakar sehingga mampu menekan konsumsi batubara. Biomassa menjadi salah satu alternatif bahan bakar karena ketersediannya melimpah dan dapat diperbarui serta ramah lingkungan.
Biomassa dapat diperoleh dari berbagai jenis limbah, salah satunya limbah perkebunan.
Sumber daya hasil pertanian di Indonesia sangat melimpah, salah satunya adalah perkebunan karet. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik, produksi karet alam nasional pada tahun 2022 mencapai angka 3,14 juta ton (Badan Pusat Statistik, 2022). Perkebunan karet terluas ada di Provinsi Sumatera Selatan, yaitu sebesar 919.500 hektare (ha) berdasarkan catatan data Badan Pusat statistik tahun 2022. Hal ini menunjukkan potensi limbah perkebunan karet yang besar. Tatal kayu karet merupakan serpihan kulit luar kayu hasil buangan dari proses penyadapan karet. Selama ini, tatal kayu karet hanya menjadi tumpukan sampah yang tidak dimanfaatkan. Tatal kayu karet sendiri mengandung selulosa yang berpotensi sebagai energi alternatif dan pemanfaatannya dapat mengurangi limbah perkebunan.
Teknik co-firing yang menjadi salah satu upaya dalam menekan penggunaan batubara dan mengoptimalkan pemanfaatan biomassa masih memiliki tantangan dalam implementasinya. Menurut Ridwan Djamaluddin, (2022), hal ini dikarenakan adanya perbedaan karakteristik batubara dan biomassa yang seringkali menimbulkan masalah teknis pada boiler dan feeding equipment di PLTU. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan integrasi co-firing biomassa dengan teknologi pirolisis, yaitu metode co-pirolisis. Pirolisis merupakan proses dekomposisi bahan organik dengan pemanasan tanpa udara atau dengan udara terbatas. Sedangkan, co-pirolisis merupakan proses pirolisis yang mencampurkan lebih dari satu bahan baku, dalam hal ini digunakan biomassa dan batubara.
Teknologi konversi energi ini dapat meningkatkan nilai kalor batubara dan biomassa sebagai bahan bakar dan dapat mengurangi kandungan volatile matter selama pemanasan sehingga meminimalisir emisi pembakaran. Adapun produk yang dihasilkan dari proses ini, yaitu produk gas (syngas), produk cair (bio-oil),
dan char/arang.
Ada berbagai parameter yang dapat mempengaruhi keberhasilan proses pirolisis, terutama untuk menghasilkan produk bio-oil, yaitu jenis biomassa, pre- treatment bahan baku, suhu pirolisis, laju pemanasan, waktu tinggal, dan komposisi bahan baku. Parameter operasional ini menjadi faktor penting untuk menghasilkan produk pirolisis yang optimal.
Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Nurfaritsyah et al.
(2023) pirolisis menggunakan bahan baku tatal kayu karet dengan variasi waktu dan temperatur didapatkan kesimpulan bahwa semakin tinggi temperatur dan lama waktu tinggal produk biochar mengalami penurunan. Produk optimal dihasilkan pada temperatur 190oC dan waktu 30 menit dengan rendemen biochar sebesar 60%.
Penelitian yang dilakukan oleh Husna et al. (2023) menggunakan metode co-pirolisis dari bahan baku tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dan batubara dengan variasi komposisi 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, dan 0:100. Didapatkan produk syngas paling optimal pada suhu 250oC dengan rasio 25% batubara dan 75% TKKS. Rendemen yang dihasilkan pada kondisi ini, yaitu 20,4% char, 16,71% tar, dan 62,89% syngas.
Penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya masih belum mengkaji terkait karakteristik dari biochar yang dihasilkan dari proses co-pirolisis dan belum ada kajian terhadap proses co-pirolisis dari bahan baku limbah tatal kayu karet dan batubara. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk menganalisis kondisi operasional dan komposisi terbaik agar dihasilkan produk pirolisis paling optimal. Berdasarkan hal ini, penulis tertarik untuk melakukan penelitian proses co-pirolisis dari batubara dan biomassa tatal kayu karet dengan parameter variasi komposisi bahan baku sebagai upaya dalam mengembangkan kajian konversi energi.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, adapun rumusan masalah pada penelitian ini antara lain:
1. Bagaimana pengaruh variasi komposisi batubara dan tatal kayu karet
x
terhadap kualitas produk bio-char hasil co-pirolisis?
2.
Bagaimana pengaruh perbedaan nilai kalor batubara terhadap karakteristik produk bio-char proses co-pirolisis batubara dan tatal kayu karet?1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh variasi komposisi terhadap kualitas produk bio-char hasil co-pirolisis batubara dan tatal kayu karet.
2. Mendapatkan karakteristik produk bio-char yang optimal dari proses co- pirolisis batubara dan tatal kayu karet dari variasi komposisi bahan baku dan nilai kalor batubara.
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagi Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK)
Membantu dalam kajian pengembangan teknologi konversi energi dengan co-pirolisis batubara dan tatal kayu karet. Selain itu, diperolehnya metode yang efisien dalam upaya optimalisasi potensi energi alternatif dari biomassa.
2. Bagi Masyarakat
Pemanfaatan limbah biomassa dapat mengurangi limbah perkebunan dan penggunaan energi dari produk co-pirolisis dapat mengurangi emisi gas rumah kaca sehingga berdampak positif bagi lingkungan masyarakat.
3. Bagi Institusi Polsri
Dapat dijadikan bahan untuk kajian lanjutan pada penelitian selanjutnya mengenai proses co-pirolisis dan sebagai acuan pembelajaran ataupun objek praktikum pada Jurusan Teknik Kimia.
1.5 Relevansi
Penelitian ini merupakan implementasi mata kuliah Teknik Energi, yaitu teknologi konversi energi tak terbarukan yang menjadi capaian pembelajaran program studi. Analisis yang akan dilakukan dalam penelitian mengenai proses co-pirolisis ini juga relevan dengan pembelajaran mengenai sistem termal,
bioenergi dan proses kimia di bidang Teknik Energi.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sejarah Penelitian
Penelitian terkait yang pernah dilakukan sebelumnya menjadi acuan dalam penelitian yang akan dilakukan dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut.
Tabel 2.1 Sejarah Penelitian No
. Referensi Bahan Baku Proses Kondisi operasi
% Yield Produk
Cair 1. Husna et al.,
2023
Batubara dan Tandan Kosong Kelapa Sawit Tanpa Katalis
Pirolisi s
T = 200oC dan 250oC,
6,58%
-16,71%,
2. Nurfaritsya h et al., 2023
Tatal Kayu Karet Tanpa Katalis
Pirolisi s
T = 190 oC -390oC
30% - 60%
3. Jamilatun et al., 2022
Tandan Kosong Kelapa Sawit Tanpa Katalis
Pirolisi s
T = 300 oC -700oC
40% - 55,53%
Pada penelitian yang dilakukan oleh Husna et al (2023), tentang “Analisis Komposisi Syngas Co-Pirolisis Batubara dan Tandan Kosong Kelapa Sawit Berdasarkan Variasi Komposisi Bahan Baku” yang dioperasikan dengan variasi temperatur 200-250oC dengan variasi rasio komposisi batubara dan TKKS, yaitu 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, dan 0:100. Disimpulkan bahwa yield gas terbesar diperoleh pada rasio 100% TKKS dan temperatur 250 oC, yaitu 74,81% dan yield liquid terbesar diperoleh pada rasio 25% batubara dan 75% TKKS pada temperatur 250oC sebesar 16,71%, sedangkan char terbanyak dihasilkan pada komposisi 100% batubara di temperatur terendah, yaitu 200oC.
xii
Pada penelitian mengenai “ Pengaruh Variasi Temperatur dan Waktu Proses Pirolisis Tatal Kayu Karet untuk Pembuatan Bio-Char, Bio-Oil dan Syngas sebagai Bahan Bakar” oleh Nurfaritsyah et al (2023), proses pirolisis dioperasikan pada temperatur 190oC-390oC dengan variasi waktu 30 menit dan 70 menit.
Disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur dan lama waktu tinggal akan meningkatkan rendemen bio-oil yang dihasilkan dan berbanding terbalik dengan bio-char. Temperatur dan waktu tinggal mempengaruhi karakteristik produk yang dihasilkan, dimana nilai densitas, viskositas, dan pH pada bio-oil semakin menurun seiring meningkatnya temperatur dan waktu tinggal. Bio-oil tertinggi dihasilkan pada temperatur 390oC dan wantu 70 menit sebesar 23,39%.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Jamilatun et al (2022) tentang
“Pirolisis Tandan Kelapa Sawit untuk Menghasilkan Bahan Bakar Cair, Gas, Water Fase Dan Charcoal”, menggunakan fixed bed reaktor dengan temperatur 300oC - 700 oC dihasilkan rendemen bio-oil tetinggi sebesar 55,53% pada temperatur 700 oC dengan kandungan paling tinggi yaitu senyawa fenol namun pembakarannya masih tergolong lama karena masih mengandung banyak air.
Dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, untuk menghasilkan produk cair di atas 50% diperlukan temperatur yang tinggi dan produk bio-oil dari proses pirolisis yang dihasilkan masih belum memiliki kemampuan bakar yang baik. Dengan mencampurkan batubara dan biomassa tatal kayu karet diharapkan mampu menghasilkan produk pirolisis dengan kualitas yang baik dan diperoleh dalam temperatur yang tidak terlalu tinggi dengan menganalisis pengaruh dari rasio komposisi bahan bakunya.
2.2 Batubara
Batubara merupakan batuan organik yang terbentuk dari sisa tumbuh- tumbuhan yang terendapkan dalam waktu yang sangat lama dengan melalui beberapa fasa geologi sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar padat (Andayani, 2018). Tumbuhan yang terendapkan mengalami proses kimia dan fisika yang membuat kandungan oksigen dan zat terbang berkurang serta meningkatnya kandungan karbon. Tahapan terbentuknya batubara dimulai dari penggambutan kemudian menjadi batubara coklat (lignite), sub-bituminous,
bituminous, dan antrasite hingga meta-antrasite yang disebut pembatubaraan atau coalifikasi (Rahmad et al., 2018).
Batubara memiliki beberapa tingkatan sesuai dengan nilai kalor yang dimiliki. Menurut Prasetiyo et al (2018), secara umum batubara dibagi menjadi 4 tingkatan dari yang paling tinggi sampai yang paling rendah, yaitu:
a. Batubara kalori rendah (lignite), adalah jenis batubara dengan peringkat paling rendah, bersifat lunak-keras, mudah diremas, mengandung kadar air tinggi (10-70%), memperlihatkan struktur kayu, nilai kalorinya <5.100 kal/gr.
b. Batubara kalori sedang (sub-bituminous), adalah jenis batubara yang peringkatnya lebih tinggi, bersifat lebih keras, tidak bisa diremas, kadar air relatif lebih rendah, umumnya struktur kayu masih tampak, nilai kalorinya 5.100-6.100 kal/gr.
c. Batubara kalori tinggi (bituminous), adalah jenis batubara yang peringkatnya lebih tinggi, bersifat lebih keras, tidak mudah diremas, kadar air relatif lebih rendah umumnya struktur kayu tidak tampak, nilai kalorinya 6.100-7.100 kal/gr.
d. Batubara kalori sangat tinggi (antracite). adalah jenis batubara dengan peringkat paling tinggi, umumnya dipengaruhi intrusi ataupun struktur lainnya, kadar air sangat rendah, nilai kalorinya 7.100 kal/gr.
2.2.1 Karakteristik Batubara
Batubara mengandung unsur karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, dan abu. Kualitas batubara ditentukan oleh maseral dan mineral penyusunya, serta derajat coalification (Prasetiyo et al., 2018). Maseral merupakan kandungan bahan organik penyusun batubara dimana ada tiga klasifikasi, yaitu maseral vitrinit, liptinit , dan inertinit (Annisa et al, 2021). Selain itu, nilai kalor yang terkandung pada batubara menunjukkan kualitas batubara, semakin tinggi nilai kalornya semakin baik kualitasnya. Parameter yang mempengaruhi perbedaan nilai kalori batubara, yaitu nilai total moisture, ash content, inherent moisture, volatile matter, fix carbon dan total sulfur (Sari & Octova, 2021). Untuk menentukan karakteristik batubara dapat dilakukan analisis proksimat dan ultimate. Analisis proksimat untuk mengetahui total moisture, ash content, inherent moisture, volatile matter, dan fix carbon. Sedangkan analisis ultimate untuk mengetahui
xiv
kandungan unsur kimia dalam batubara seperti unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), dan sulfur. Karakteristik batubara berdasarkan peringkatnya dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Range Komposisi Berbagai Tingkatan Batubara
Komposisi Lignite Subbituminous Bituminous Anthracite
Moisture (%) 25-45 10-25 2-15 3-6
Volatile matter (%) 24-32 28-45 15-45 2-12
Fixed carbon (%) 25-30 30-57 50-70 75-85
Ash (%) 3-15 3-10 4-15 4-15
Sulfur (%) 0,3-2,5 0,3-1,5 0,5-6 0,5-2,5
Hydrogen (%) 6-7,5 5,5-6,5 4,5-6 1,5-3,5
Carbon (%) 35-45 55-70 65-80 75-85
Nitrogen (%) 0,6-1,0 0,8-1,5 0,5-2,5 0,5-1
Oxygen (%) 38-48 15-30 4,5-10 5,5-9
Density (g/ml) 1,40-1,45 1,35-1,40 1,28-1,35 1,35-1,70 Heating value (Btu/lb) 6000-7500 7500-10000 12000-14500 12000-13500 (Sumber : Handbook of Coal Analysis, 2005)
2.3 Biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang dapat digunakan sebagai energi alternatif ramah lingkungan. Umumnya biomassa dapat digunakan sebagai bahan bakar yang dapat diperbarui. Biomassa dapat bersumber dari tumbuhan, pohon, limbah makanan, limbah pertanian, dan kotoran ternak. Penggunaan biomassa dapat mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi fosil dan mengurangi emisi gas berbahaya hasil pembakaran. Komponen utama biomassa secara umum terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Biomassa juga mengandung bahan anorganik seperti abu dengan jumlah yang sangat kecil. Komposisi ini berbeda- beda pada setiap jenis biomassa. Dari segi penggunaan energi, biomassa yang mengandung selulosa dan lignin seperti pohon mempunyai potensi yang tinggi dan tersedia dalam jumlah yang banyak (Herlambang et al., 2017).
2.3.1 Tatal Kayu Karet
Kayu karet (Havea brasiliensis) merupakan tanaman yang berasal dari perkebunan karet yang mengandung getah. Proses pengambilan getah dengan memotong tipis kulit kayu menghasilkan limbah berupa serpihan-serpihan kayu yang disebut dengan tatal kayu karet. Tatal kayu karet mengandung lignoselulosa sehingga termasuk biomassa yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar dan dapat dikonversi menjadi sumber energi alternatif. Tatal kayu karet dapat menjadi
energi terbarukan dengan metode pirolisis atau pemecahan senyawa kimia kompleks dengan pemanasan sehingga menjadi produk bahan bakar cair, gas, dan padatan disertai dengan peningkatan nilai kalor. Komponen kimia yang terkandung di dalam tatal kayu karet bergantung pada usia dan jenisnya.
Komponen kimia dan karakteristik tatal kayu karet berdasarkan penelitian oleh (Susanti, 2023), (Ridjayanti et al., 2023) dan (Nurhayati, 2018) dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan Tabel 2.4 berikut.
Tabel 2.3 Komponen Kimia Kayu Karet No
, Komponen Kimia Nilai
1. Selulosa (%) 47,89
2. Hemiselulosa (%) 26,88
3. Lignin (%) 22,68
Tabel 2.4 Karakteristik Tatal Kayu Karet No
. Parameter Satuan Nilai
1. Kadar Air (Moisture) % 18,02
2. Kadar Karbon (Fixed Carbon) % 21,79
3. Kadar Zat Terbang (Volatile Matter) % 27,16
4. Kadar Abu (Ash Analysys) % 33,03
5. Densitas Gr/ml 1,250
6. Nilai Kalor Kal/gr 3.606
(Sumber : Susanti, 2023)
2.4 Co-Pirolisis
Pirolisis adalah proses dekomposisi atau cracking material organik dengan pemanasan (termokimia) tanpa udara atau dengan sedikit udara. Biomassa yang dipirolisis terdekomposisi secara termal menjadi gas yang dapat terkondensasi, char, dan gas yang tidak dapat terkondensasi (Rathod et al., 2023). Pirolisis biasanya berlangsung pada suhu 200oC sampai 600oC. Produk pirolisis menjadi energi ramah lingkungan karena mengandung sulfur dan gas NOx yang rendah sehingga dapat memperlambat emisi gas rumah kaca penyebab pemanasan global (Novita et al, 2021).
Pirolisis memiliki keutungan dibandingkan dengan metode konversi biomassa lainnya seperti gasifikasi dan pembakaran, dimana pirolisis membutuhkan suhu yang
xvi
lebih rendah untuk menghasilkan produk.
2.4.1 Jenis-Jenis Pirolisis
Menurut Islami (2022), pirolisis diklasifikasikan menjadi tiga jenis berdasarkan laju pemanasannya, yaitu:
a. Pirolisis Lambat (Slow Pyrolysis)
Metode pirolisis lambat atau dikenal sebagai slow pyrolysis merupakan metode pirolisis dengan laju pemanasan kurang dari (0,1-1,0 °C/detik). Pada saat pirolisis lambat berlangsung, biomassa dipanaskan perlahan dengan tidak adanya oksigen ke suhu yang relatif rendah sekitar kurang dari 400 °C dengan periode waktu yang lama. Slow pyrolysis dapat menghasilkan arang atau char berkualitas baik menggunakan suhu dan laju pemanasan yang rendah. Metode ini dapat menghasilkan char berkisar antara 30-40%, gas 25-35%, dan bio-oil 25-35%. Secara umum hasil produk konversi yang dicapai dengan slow pyrolysis lebih rendah dibandingkan dengan metode fast pyrolysis atau flash pyrolysis, namun metode ini memiliki keunggulan dibandingkan metode lainnya yaitu menggunakan perangkat yang sederhana dan relatif lebih murah.
b. Pirolisis Cepat (Fast Pyrolysis)
Pada metode fast pyrolysis, biomassa dipanaskan pada suhu berkisar 500°C dengan laju kenaikan suhu yang sangat tinggi (10-200 °C/detik) dan waktu yang sangat singkat (1-2 detik). Berdasarkan berat awal biomassa, metode fast pyrolysis dapat menghasilkan bio-oil dengan konversi yang lebih tinggi berkisar antara 60-75%, char 15-25%, dan 10-20% gas. Biaya operasi metode ini lebih tinggi dibanding slow pyrolysis, membutuhkan perangkat dengan teknologi yang lebih canggih, pengaturan suhu yang lebih rumit, serta kondensor yang lebih mahal menjadi kelemahan dari metode fast pyrolysis.
c. Pirolisis Kilat (Flash Pyrolysis)
Produksi bio-oil dengan metode ini dapat meningkat hingga 75%. Metode ini dilakukan dengan devolatilisasi cepat di bawah atmosfer inert menggunakan laju pemanasan yang lebih tinggi dengan suhu pirolisis sekitar 450-1000°C dan waktu tinggal gas yang sangat singkat (< 1 detik). Produk yang dihasilkan dari flash pyrolysis berupa 75% bio-oil, 13% gas, dan 12% char.
2.4.2 Tahapan Proses Pirolisis
Dikutip dari buku “Energi Terbarukan Pirolisis” oleh Ridhuan & Irawan (2020), proses pirolisis dapat dibagi menjadi beberapa fase, yaitu:
a. Fase pengeringan
Pada suhu 200°C pengeringan fisik disertai produksi uap air, jika yang dimasukkan bahan biomasa yang basah maka perlu disertakan atau dimasukkan steam (uap air panas) ke dalam reaktor,
b. Fase pirolisis.
Pirolisis terjadi pada suhu 200 – 500°C. struktur makromolekul pecah menjadi gas, komponen organik cair, karbon padat.
c. Fase evolusi gas.
Evolusi gas terjadi pada 500 – 1200°C, produk hasil pirolisis diturunkan lebih lanjut, karbon padat dan produk organik cair menghasilkan gas yang stabil. Hidrokarbon besar molekul besar dipecah menjadi metana dan karbon padat. Metana direaksikan dengan uap air dikonversi menjadi karbon monoksida dan hidrogen. Karbon padat direaksikan dengan uap air atau karbon dioksida dikonversi menjadi karbon monoksida dan hidrogen.
Pada pirolisis terjadi dekomposisi senyawa-senyawa penyusunnya, yaitu : a. Pirolisis selulosa
Selulosa adalah makromolekul yang dihasilkan dari kondensasi linear struktur heterosiklis molekul glukosa. Selulosa terdiri dari 100-1000 unit glukosa (Fengel dan Wegener, 1995). Selulosa terdekomposisi pada temperatur 280oC dan berakhir pada 300-350oC. Girrard (1992) menyatakan bahwa pirolisis selulosa berlangsung dalam dua tahap, yaitu : Tahap pertama adalah reaksi hidrolisis menghasilkan glukosa dan tahap kedua merupakan reaksi yang menghasilkan asam asetat dan homolognya, bersama-sama air dan sejumlah kecil furan dan fenol.
b. Pirolisis hemiselulosa
Hemiselulosa merupakan polimer dari beberapa monosakarida seperti pentosan (C5H8O4) dan heksosan (C6H10O5). Pirolisis pentosan menghasilkan furfural, furan dan derivatnya beserta satu seri panjang
xviii
asam-asam karboksilat. Pirolisis heksosan terutama menghasilkan asam asetat dan homolognya. Hemiselulosa akan terdekomposisi pada temperatur 200-250oC (Girrard, 1992).
c. Pirolisis lignin
Lignin merupakan sebuah polimer kompleks yang mempunyai berat molekul tinggi dan tersusun atas unit-unit fenil propana. Senyawa- senyawa yang diperoleh dari pirolisis struktur dasar lignin berperanan penting dalam memberikan aroma asap produk asapan. Senyawa ini adalah fenol, eter fenol seperti guaiakol, siringol dan homolog serta derivatnya (Girard, 1992). Lignin mulai mengalami dekomposisi pada temperatur 300-350oC dan berakhir pada 400-450oC (Girrard, 1992).
Reaksi yang terjadi pada proses pirolisis menurut Widiardi et al., 2016 secara umum, yaitu:
(C6H12O6)m (H2+CO+CH4+...+C5H12) + (H2O+...+CH3COOH+...) + C
2.4.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pirolisis
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pirolisis dalam menghasilkan suatu produk, yaitu:
a. Jenis Bahan Baku
Karakteristik bahan baku yang digunakan mempengaruhi jumlah dan sifat produk yang dihasilkan. Bahan baku biomassa dapat diklasifikasikan berdasarkan kandungan selulosa dan lignin yang ada di dalamnya. Prediksi unsur dapat membantu dalam pemilihan pirolisis biomassa untuk membandingkan kandungan energi dalam biomassa. Klasifikasi berdasarkan lignin dan selulosa dapat mengubah distribusi produk. (Tripathi et al, 2016).
b. Temperatur
Semakin tinggi temperatur maka semakin banyak gas yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan bahan baku padatan akan menguap dan berubah menjadi gas sehingga berat dari bahan baku akan berkurang. Namun, semakin tinggi temperature akan mengurangi jumlah produk yang dihasilkan karena temperature
pemanasan
padat Gas tak terkondensasi cair
Biomassa
tinggi akan memperpendek rantai hidrokarbon. Rantai hidrokarbon yang pendek akan mengurangi gas yang tidak dapat dikondensasi (Anom, 2023).
c. Waktu Reaksi
Dalam kondisi vakum, semakin lama waktu reaksi maka rantai hidrokarbon akan semakin pendek karena waktu reaksi yang lama akan menyebabkan produk pirolisis menjadi gas. Produk padatan akan semakin berkurang sepanjang dengan lamanya waktu reaksi (Anom, 2023).
d. Ukuran Partikel
Ukuran partikel berpengaruh terhadap hasil produk pirolisis. Semakin besar ukuran partikel luas permukaan per satuan berat semakin kecil sehingga proses akan menjadi lambat (Mulyadi dalam Hermayana, 2017).
e. Laju Pemanasan
Laju pemanasan merupakan parameter penting yang mempengaruhi kinerja pirolisis. Pada laju pemanasan yang rendah umumnya produk yang didapat berupa arang sedangkan ketika laju pemanasan ditingkatkan akan menghasilkan produk cair dan gas (Islami, 2022).
f. Kondisi Kerja
Pirolisis biomassa umumnya dilakukan dengan kondisi di bawah atmosfer inert ataupun vakum. Pada kondisi atmosfir, komponen biomassa yang telah menjadi gas akan langsung keluar dan dikondensasi. Sedangkan pada kondisi vakum, produk gas tersebut akan ditahan dan mengalami reaksi lebih lanjut (Islami, 2022).
2.4.4 Produk Pirolisis
Pirolisis menghasilkan produk berupa cairan, padat dan gas dengan dengan jumlah dan sifat produk yang berbeda-beda tergantung dari kondisi proses pirolisis dan karakteristik sumber bahan baku.
1. Char
Char adalah zat kaya karbon berpori yang berasal dari biomassa melalui pembakaran tidak sempurna atau suplai oksigen terbatas (pyrolysis), terdiri dari campuran kompleks Karbon (C), Oksigen (O), Hidrogen (H), Nitrogen (N), Belerang (S), dan Abu (Rathod et al., 2023). Untuk kualitas dari char dapat
xx
dilihat dari karakteristik char itu sendiri yaitu dari hasil analisa proksimat dan juga nilai kalor yang terkandung dari char tersebut sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar. Karakteristik dari char yang diamati, yaitu kadar air, kadar abu, zat terbang, kandungan karbon terikat, dan nilai kalor.
Pada Tabel 2.5 berikut merupakan persyaratan mutu arang dapat dilihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 2.5 Persyaratan Mutu Arang No
. Karakteristik Satuan Mutu
Pertama Kedua
1 Kadar Air % ≤8 ≤10
2 Kadar Abu % ≤4 ≤4
3 Kadar Zat Mudah
Menguap % 10 - 17 10 - 17
4 Kadar Karbon Terikat % ≥79 ≥79
5 Nilai Kalor % ¿6500 6000 - 6500
(Sumber: SNI-1683-2021)
2. Bio-oil/Asap cair
Pirolisis dari biomasa akan menghasilkan produk berupa gas dan arang.
Gas dari pirolisis dapat dibedakan menjadi gas yang tidak dapat dikondensasi diantaranya (CO, CO2, CH4, dll) dan gas yang dapat dikondensasi. Minyak akan terbentuk pada proses kondensasi dari gas dihasilkan dari proses pirolisis yang disebut juga bio-oil/asap cair. Bio-oil atau asap cair ini menjadi salah satu produk alternatif yang dapat dimanfaatkan. Asap cair mengandung komponen kimia yang memiliki efek antibakteri dan dapat digunakan sebagai pengawet alami.
Asap cair merupakan cairan kondensat uap asap hasil pirolisis biomassa yang mengandung senyawa penyusun utama asam, fenol dan karbonil sebagai hasil degradasi termal komponen selulosa, hemiselulosa dan lignin. Senyawa asam, fenol dan karbonil dalam asap cair tersebut memiliki kontribusi dalam memberikan sifat karakteristik aroma, warna dan flavor dan juga sebagai antioksidan dan anti mikroba (Girrard, 1992). Dalam penelitian yang dilakukan Kemas Ridhuan (2019), asap cair yang dihasilkan ditangkap dan kemudian
pencemaran udara yang ditimbulkan akibat metode pirolisis. Asap cair ini mempunyai kandungan kimia dan mineral yang banyak digunakan di bidang pertanian, kehutanan, perikanan, peternakan, kesehatan, dan industri.
Kualitas asap cair dapat dilihat dari karakteristiknya. Berikut merupakan SNI Asap cair dapat dilihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 2.6 Standar Mutu Asap Cair (Bio-Oil) No
. Karakteristik Satuan Mutu
Pertama Kedua
1 Warna - Kuning sampai
cokelat
Kuning sampai cokelat
2 Bahan Terapung - Tidak ada Tidak ada
3 pH - 1,5 – 2,75 2,76 – 4,5
4 Densitas Gr/ml 1,005 – 1,050 1,005 – 1,050
5 Asam Asetat % 8,0 - 15 1,1 – 7,99
6 Fenol % Maks. 2 Maks. 2
(Sumber: SNI 8985:2021)
3. Gas
Dekomposisi primer biomassa menghasilkan gas yang dapat dikondensasi (uap) dan gas yang tidak dapat dikondensasi. Syngas hasil pirolisis terdiri dari CO2, CO, CH4, dan H2 memiliki kandungan yang sama dengan hasil syngas gasifikasi. Namun, proses pembentukannya berbeda dimana pada proses pirolisis dilakukan tanpa adanya oksigen, sehingga tidak terjadi oksidasi dan reduksi.
Pembentukan gas CO2 dan CO disebabkan oleh pirolisis primer pada active pyrolysis stage ditandai dengan hemiselulosa dan selulosa mulai terdegradasi, sedangkan gas CO terbentuk karena degradasi lignin oleh pirolisis sekunder pada passive pyrolysis stage. Salah satu parameter yang digunakan untuk mengukur kualitas syngas adalah kandungan hidrogennya. Semakin tinggi kandungan gas hydrogen dalam syngas maka semakin tinggi juga kualitas dari syngas (Zhang et al., 2019).
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
xxii
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian akan dilaksanakan pada bulan Maret 2024 sampai dengan bulan Juni 2024 di Laboratorium Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
Adapun uraian tahapan dan tempat penelitian sebagai berikut:
1. Analisa proksimat dan nilai kalor pada bahan baku dan hasil percobaan Tempat : Laboratorium Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
2. Persiapan bahan baku dan pengambilan data
Tempat : Laboratorium Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat yang Digunakan
Alat yang digunakan pada penelitian co-pirolisis menggunakan bahan baku batubara dan tatal kayu karet, yaitu seperangkat alat pirolisis yang dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Seperangkat Alat Pirolisis Tabel 3.1 Komponen Alat Pirolisis No
.
Nama Komponen Spesifikasi Keterangan
1. Reaktor Pirolisis Material Tinggi Diameter Ketebalan
Bentuk
Plat Stainless Steel 304 30 cm
19 cm 1,5 mm Silinder 2. Band Heater Elemen Pemanas
Daya Volt
Kawat Nichrome (Ni80Cr200) 820 W
220 V
3. Separator Materia
Tinggi Diameter
Bentuk
Plat Aluminium 40 cm 10 cm Silinder Vertikal
4. Pompa Vacum Merk
Volt Daya Frekuensi
Value 230 V
¼ HP 50-60 Hz
5. Kompor Merk
Tungku
Omicko 1 3.2.2 Bahan yang Digunakan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini, yaitu:
1. Batubara A (4000 kal/gr) 2. Batubara B (4500 kal/gr) 3. Tatal Kayu Karet
3.3 Perlakuan dan Rancangan Percobaan
Penelitian dilakukan menggunakan seperangkat alat pirolisis. Bahan baku yang digunakan adalah batubara dan limbah tatal kayu karet dimana pada penelitian ini berfokus untuk menghasilkan biochar, selain menghasilkan biochar proses pirolisis ini juga menghasilkan syngas dan bio-oil. Penelitian dimulai dengan preparasi bahan baku dengan mengeringkan bahan baku terlebih dahulu dan melakukan analisa proksimat serta nilai kalor bahan baku. kemudian menetapkan kondisi operasi atau parameter untuk memperoleh hasil yang optimal dalam menghasilkan produk biochar.
Variabel yang digunakan pada penelitian ini berupa variabel tetap yaitu berat komposisi campuran bahan baku, waktu, temperatur dan ukuran bahan baku.
Sedangkan variabel bebas yang digunakan adalah jenis batubara yang digunakan, yaitu batubara A dan batubara B dengan nilai kalor yang berbeda, serta rasio
xxiv
komposisi bahan baku batubara : tatal kayu karet, yaitu 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, dan 0:100.
3.4 Pengamatan
Parameter yang diamati pada penelitian ini adalah jumlah yield produk yang dihasilkan, karakteristik biochar hasil pirolisis berupa analisis proksimat, analisis ultimat, dan nilai kalor berdasarkan variasi komposisi bahan baku dan perbedaan nilai kalor batubara A dan batubara B. Selain itu, akan dilakukan mengamatan rate of pyrolysis dengan mengamati kenaikan temperatur setiap 10 menit selama 1 jam. Hasil pengamatan akan disusun dalam bentuk tabel pada Tabel 3.2 dan 3.3 berikut.
Tabel 3.2 Tabel Pengamatan Sampel
Komposisi Batubara:
tatal karet
Rate of Pyrolysis (oC / menit)
Rendemen Produk (%)
10 20 30 40 50 60 Biocha r
Bio-oil Syngas Batubara A
(4500 Kkal)
100 : 75 75 : 25 50 : 50 25 : 75 0 : 100 Batubara B 100 : 75 (4800 Kkal) 75 : 25
50 : 50 25 : 75 0 : 100
Tabel 3.3 Data Pengamatan Produk Biochar No
.
Analisis Biochar Nilai
1. Analisa Proksimat (%adb):
- Kadar Air (Moisture) - Kadar Abu (Ash) - Kadar Volatile matter - Fixed Carbon
2. Analisa Ultimat (%adb):
- Carbon (C) - Hydrogen (H) - Nitrogen (N) - Sulphur (S) - Oksigen (O) 3. Nilai Kalor (Kal/g)
3.5 Prosedur Percobaan 3.5.6 Diagram Alir Percobaan
Alur dalam penelitian co-pirolisis dari bahan baku batubara dan tatal kayu karet dapat dilihat dalam diagram alir percobaan Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Diagram Alir Percobaan xxvi
Mulai
Studi Literatur
Perbaikan Alat Co-Pirolisiss
-Pengecilan ukuran -Pengeringan -Analisa proksimat -Analisa nilai kalor
Tidak Persiapan Bahan Baku
Test Run
Ya
-Variasi komposisi batubara : tatal kayu karet
(100%:0%, 75%:25%, 50%:50%, 25%:75%, 0%:100%)
- waktu operasi 1 jam Batubara
dan tatal
kayu karet Proses Pirolisis
Batubara A: tatal kayu karet Batubara B: tatal kayu karet
Produk Pirolisis (Bio-oil, Biochar, dan Syngas)
- analisa proksimat - analisa ultimat - nilai kalor Analisis Produk Pirolisis
(Biochar)
Pengolahan Data
Kesimpulan
Selesai
3.5.2 Persiapan Bahan Baku
Bahan baku yang akan digunakan adalah batubara yang didapatkan dari PT Bukit Asam dan Tatal Kayu Karet yang didapatkan dari perkebunan karet di daerah sekitar Palembang. Bahan baku yang didapat harus dikeringkan terlebih dahulu hingga mengering untuk mwngurangi kadar airnya, lalu diperkecil ukurannya menjadi 2 cm.
3.5.3 Preparasi Bahan Baku a. Preparasi Batubara
1. Memperkecil ukuran bahan baku batubara dengan mengunakan crusher.
2. Mengayak ukuran bahan baku batubara dengan menggunakan ayakan dengan ukuran 2 cm.
3. Memasukkan batubara hasil ayakan ke dalam oven dan mengatur temperatur ke 100°C selama 1 jam.
b. Preparasi Tatal Kayu Karet
1. Memperkecil ukuran tatal kayu karet dengan memotong dan mencacah bahan baku hingga ukuran 2 cm.
2. Memasukkan tatal kayu karet ke dalam oven dan mengatur temperatur ke
100°C selama 1 jam.
3.5.4 Analisa Proksimat Bahan Baku
a. Analisa Moisture berdasarkan ASTM D7582-10
1. Preparasi sampel batubara dengan cara mengayak sampel sampai ukuran
170- 200 mesh.
2. Mempersiapkan crucible beserta tutupnya yang sebelumnya telah
dikeringkan terlebih dahulu untuk menghilangkan kandungan air yang terdapat dalam crucible.
3. Menimbang berat crucible kosong, crucible + tutup, dan crucible + sampel 1 gram + tutup.
4. Memasukkan crucible beserta tutup yang telah berisi sampel batubara ke dalam furnace.
5. Pemanasan dilakukan hingga mencapai temperature furnace 110°C.
6. Setelah mencapai suhu 110°C, menunggu suhu turun hingga mencapai suhu ruangan.
7. Mematikan furnace setelah mencapai suhu ruang.
8. Mengeluarkan crucible + sampel dari dalam furnace.
9. Menimbang berat sampel setelah pemanasan.
10.Lakukan percobaan yang sama untuk bahan baku tatal kayu karet.
b. Anallisa Volatile Matter berdasarkan ASTM D7582-10
1. Preparasi sampel batubara dengan cara mengayak sampel sampai ukuran 170- 200 mesh.
2. Mempersiapkan crucible beserta tutupnya yang sebelumnya telah dikeringkan terlebih dahulu untuk menghilangkan kandungan air yang terdapat dalam crucible.
3. Menimbang berat crucible kosong, crucible + tutup, dan crucible + sampel 1 gram + tutup.
4. Memasukkan crucible beserta tutup yang telah berisi sampel batubara ke dalam furnace.
5. Pemanasan dilakukan hingga mencapai temperatur furnace 950°C dan ditahan selama 7 menit.
6. Setelah mencapai suhu 950°C dan ditahan selama 7 menit, menurunkan suhu hingga mencapai suhu ruangan.
7. Mematikan furnace setelah mencapai suhu ruang.
8. Mengeluarkan crucible + sampel dari dalam furnace.
9. Menimbang berat sampel setelah pemanasan.
10. Lakukan percobaan yang sama untuk bahan baku tatal kayu karet.
c. Analisa Ash Batubara berdasarkan ASTM D7582-10
1. Preparasi sampel batubara dengan cara mengayak sampel sampai ukuran 170-200 mesh.
2. Menyiapkan crucible beserta tutupnya yang sebelumnya telah dikeringkan terlebih dahulu untuk menghilangkan kandungan air yang terdapat dalam crucible.
3. Menimbang berat crucible kosong, crucible + tutup dan crucible + sampel 1 gram + tutup.
xxviii
4. Memasukkan crucible beserta tutup yang telah berisi sampel batubara ke dalam furnace.
5. Pemanasan dilakukan hingga mencapai temperature furnace 450°C dan ditahan selama 7 menit.
6. Setelah mencapai suhu 450°C dan ditahan selama 7 menit, menaikkan suhu hingga mencapai suhu 920°C.
7. Setelah mencapai suhu 920°C, menurunkan suhu hingga mencapai suhu ruangan.
8. Mematikan furnace setelah mencapai suhu ruang.
9. Mengeluarkan crucible + sampel dari dalam furnace.
10. Menimbang berat sampel setelah pemanasan.
11. Lakukan percobaan yang sama untuk bahan baku tatal kayu karet.
3.5.5 Prosedur Co-Pirolisis
1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Memasukkan 1 kg bahan baku yang sudah dipersiapkan sebelumnya ke dalam reaktor pirolisis kemudian ditutup rapat.
3. Menghidupkan pemanas dan mengatur suhu sebesar 200°C pada kontrol panel.
4. Menghidupkan stopwatch saat pemanas mulai menyala hingga proses pirolisis berakhir.
5. Menghidupkan pompa vacum apabila temperatur yang diinginkan sudah tercapai.
6. Disulut asap pada kompor dengan api sehingga diperoleh nyala api konstan.
7. Pada saat api mulai nyala waktu ini disebut waktu ke-0 dan amati nyala api dari pembakaran gas hasil pirolisis.
8. Proses pirolisis dihentikan apabila nyala api pada kompor telah padam.
9. Setelah proses pirolisis selesai matikan heater dan kontrol panel.
10. Apabila reaktor telah dingin keluarkan biochar dari reaktor, dinginkan lalu timbang massa char.
11. Lakukan langkah yang sama dengan variasi komposisi bahan baku dan sampel batubara yang berbeda.
3.6 Analisa Hasil Produk
Produk yang dihasilkan dari proses co-pirolisis dapat dianalisis secara kualitatif dan kuantitatif, yaitu:
1. Analisis Kualitatif
Pada analisis kualitatif bertujuan untuk mengetahui karakteristik produk.
Dimana pada penelitian ini akan dilakukan analisis proksimat dan ultimat untuk produk biochar.
a. Analisa Kadar Air (SNI-1683-2021) 1. Memanaskan cawan porselen
2. Menimbang sampel sebanyak 1 gr (w)
3. Memasukkan sampel yang telah ditimbang ke dalam cawan porselen lalu dipanaskan dalam oven dengan temperatur (105oC ± 5 oC) selama 3 jam
4. Mendinginkan sampel dalam desikator kemudian ditimbang (w1) dan dihitung kadar airnya
5. Penetapan kadar air ditentukan dengan persamaan berikut : Kadar air (%) = w1
w2x100 Dimana :
W1 = kehilangan bobot sampel (g) W2 = bobot sampel (g)
b. Analisa Kadar Abu (SNI-01-2891-1992) 1. Memanaskan cawan porselen
2. Menimbang sampel sebanyak 2 -3 gr
xxx
3. Memasukkan sampel yang telah ditimbang ke dalam cawan porselen lalu dipanaskan dalam oven dengan temperatur (550oC) selama 3-4 jam
4. Mendinginkan sampel dalam desikator kemudian ditimbang kemudian dihitung kadar abunya.
Kadar abu (%) = w1 w2x100 Keterangan :
W1 = berat abu (g) W2 = berat sampel (g)
c. Analisa Kadar Zat Terbang (SNI-1683-2021) 1. Memanaskan cawan porselen
2. Menimbang sampel sebanyak 1 - 2 gr
3. Memasukkan sampel yang telah ditimbang ke dalam cawan porselen dan penutupnya yang telah diketahui beratnya
4. Mencatat beratnya (W1)
5. Dipanaskan dalam oven dengan temperatur (950 oC) selama 7 menit 6. Mendinginkan sampel dalam desikator kemudian ditimbang (W2)
kemudian dihitung zat terbangnya.
Kadar Zat Terbang (%) = w1−w2 w1 x100 Keterangan :
W1 = berat sampel (g)
W2 = berat setelah pemanasan (g) d. Kadar Fixed Carbon (SNI-1683-2021)
Kadar fixed carbon diperoleh setelah diperoleh nilai kadar air, kadar abu, dan kadar volatile matter, yang dapat dihitung dengan rumus dibawah ini:
FC = 100% – (% M + % Ash + % VM) Keterangan:
% Ash = Kadar Abu
% M = Kadar Air
% VM = Volatile Matter
e. Analsisis ultimat (kadar C, H, N, O) dilakukan dengan menggunakan metode ASTM D5373-08.
f. Analisis Kadar Sulfur dilakukan dengan menggunakan metode ASTM D5016-08.
g. Analisis Nilai Kalor pada biochar dilakukan dengan menggunakan Bomb Kalorimeter menggunakan metode ASTM D5865-11a.
2. Analisis Kuantitatif a. Massa Produk Cair
Pada hasil penelitian diperoleh produk cair (tar) dalam satuan volume.
Untuk
mengetahui jumlah tar dalam satuan berat dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Dharma et al, 2015).
m = ρ x V Keterangan:
m = Massa (gr)
ρ = Massa Jenis (gr/ml) V = Volume (ml) b. Rendemen Produk (%)
Rendemen produk ialah perbandingan berat produk yang dihasilkan dari proses pirolisis dengan berat bahan baku (Diatmika, 2019).
1. % Rendemen Bio-Oil
Rendemen Bio-Oil
=
Massa asap cairMassa bahan bakux100 % 2. % Rendemen Biochar
Rendemen Biochar
=
Massa bahan bakuMassa char x100 % 3. % Rendemen TarRendemen Tar
=
Massa bahan bakuMassa tar x100 % 4. % Rendemen Syngasxxxii
Rendemen Syngas = 100% - (%Rendemen biochar + %Rendemen Tar + %Rendemen Bio-oil)
BAB IV
BIAYA DAN JADWAL PENELITIAN
4.1 Biaya Penelitian
Tabel 4.1 Biaya Upgrading Alat No Spesifikasi Kuantitas Harga Satuan
(Rp)
Jumlah Harga (Rp)
1 Pompa Vakum 1 buah 700.000 700.000
2 Termokopel 2 buah 50.000 50.000
3 Glasswool 1 buah 50.000 50.000
4 Selang Gas 1 buah 130.000 130.000
5 Relay 220V 1 buah 57.000 57.000
6 PAK 1 buah 165.000 165.000
7 Jacket Grasswool 1 buah 375.000 375.000
8 Skun kabel 1 buah 3.000 3.000
9 Freon 1 buah 120.000 120.000
10 Pompa Auarium 1 buah 50.000 50.000
11 Klem Selang 2 buah 2.500 5.000
Sub Total (Rp) 1.705.000
Tabel 4.2 Biaya Bahan Habis Pakai
No Material Kuantitas Harga Satuan (Rp)
Jumlah Harga (Rp)
1 Tatal kayu Karet 1 kg 9.000 9.000
2 Karung 2 pcs 2.500 5.000
3 Plastik Ziplock 1 pack 30.000 30.000
Sub Total (Rp) 44.000
Tabel 4.3 Biaya Analisa Bahan Baku dan Produk No Jenis Bahan Baku Kuantitas Harga Satuan
(Rp) Jumlah Harga (Rp)
1 Tatal kayu Karet 1 sampel 200.000 200.000
2 Batubara 2 sampel 200.000 200.000
3 Biochar 5 sampel 200.000 1.000.000
Sub Total (Rp) 1.400.000
Tabel 4.3 Biaya Lain-Lain No Keterangan Kuantitas Harga Satuan
(Rp)
Jumlah Harga (Rp)
1 Publikasi Jurnal 1 kali 250.000 250.000
2 Pencetakan Laporan 1 rangkap 75.000 50.000
3 Penggandaan Laporan 2 rangkap 75.000 150.000
4 Biaya Transport 3 liter 10.000 30.000
Sub Total (Rp) 480.000
Tabel 4.4 Rekapitulasi Biaya
No Keterangan Jumlah Harga (Rp)
1 Biaya Upgrading Alat 1.705.000
2 Biaya Bahan Habis Pakai 44.000
3 Biaya Analisa Bahan Baku dan Produk 1.400.000
4 Biaya Lain-Lain 480.000
Sub Total (Rp) 3.629.000
4.2 Jadwal Penelitian
Tabel 4.5 Jadwal Penelitian
Uraian Kegiatan Bulan
Februari Maret April Mei Juni
xxxiv
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 penyusunan
Proposal Seminar Proposal Persiapan Alat dan Bahan Pelaksanaan Upgrading Alat Pengambilan dan Pengolahan Data
Analisis Data Penyusunan Laporan Seminar Hasil Pembuatan Artikel Ilmiah
