POTENSI ARANG BERBASIS BIOMASSA TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI MATERIAL DASAR PEMBUATAN
KARBON AKTIF BERPORI
REPOSITORY
OLEH
TRISNA MAISYARAH NIM. 1903110113
PROGRAM STUDI S-1 FISIKA JURUSAN FISIKA
FALKUTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU
2023
1 POTENSI ARANG BERBASIS BIOMASSA TANDAN KOSONG KELAPA
SAWIT SEBAGAI MATERIAL DASAR PEMBUATAN KARBON AKTIF BERPORI
Trisna Maisyarah, Erman Taer*
Program S-1 Fisika FMIPA-Universitas Riau
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau, Pekanbaru, Riau, 28293, Indonesia.
*erman.taer@lecturer.unri.ac.id ABSTRACT
Empty bunch biomass coconut palm own great potential to be used as material base making porous activated carbon. This study aims to process empty palm oil fruit bunches waste as a basic material in the manufacture of porous activated carbon. The synthesis activated carbon from empty bunch biomass coconut palm started from preparation biomass, washing and drying biomass under ray the sun, the combustion process pre-carbonization, and neutralization processes charcoal results burning.
Burning process pre-carbonization done with vary time burning namely 20 minutes, 30 minutes, 40 minutes, and 50 minutes with each time burning need as much as 2.5 kg of sample empty bunch biomass coconut palm. Variation time burning influence the resulting charcoal. This result verified by existence depreciation mass charcoal in each increase time burning. Burning time 20 minutes and 30 minutes produce sample burning that much, however still there is OPEFB biomass that has not burnt in a manner perfect so that can’t proceed to the next process. Burning time 50 minutes cause enhancement rate ash on charcoal because burning material organic. Burning time 40 minutes show time burning best because produce charcoal the most so that can made as material base making porous activated carbon.
Keywords : empty bunch coconut palm, activated carbon.
2 ABSTRAK
Biomassa tandan kosong kelapa sawit memiliki potensi yang besar untuk digunakan sebagai bahan dasar pembuatan karbon aktif berpori. Penelitian ini bertujuan untuk mengolah limbah biomassa tandan kosong kelapa sawit sebagai material dasar dalam pembuatan karbon aktif berpori. Sintesis karbon aktif dari biomassa tandan kosong kelapa sawit dimulai dari persiapan biomassa, pencucian dan pengeringan biomassa dibawah sinar matahari, proses pembakaran pra-karbonisasi, dan proses netralisasi arang hasil pembakaran. Proses pembakaran pra-karbonisasi dilakukan dengan memvariasikan waktu pembakaran yaitu 20 menit, 30 menit, 40 menit, dan 50 menit dengan masing-masing waktu pembakaran membutuhkan sebanyak 2,5 kg sampel biomassa tandan kosong kelapa sawit. Variasi waktu pembakaran mempengaruhi arang yang dihasilkan. Hasil ini diverifikasi oleh adanya penyusutan massa arang di setiap kenaikan waktu pembakaran. Waktu pembakaran 20 menit dan 30 menit menghasilkan sampel pembakaran yang banyak, namun masih terdapat biomassa TKKS yang belum terbakar secara sempurna sehingga tidak dapat dilanjutkan pada proses berikutnya. Waktu pembakaran 50 menit menyebabkan peningkatan kadar abu pada arang karena terbakarnya bahan organik. Waktu pembakaran 40 menit menunjukkan waktu pembakaran terbaik karena menghasilkan arang terbanyak sehingga dapat dijadikan sebagai bahan dasar pembuatan karbon aktif berpori.
Kata Kunci : tandan kosong kelapa sawit, karbon aktif.
3
1. PENDAHULUAN
Salah satu bentuk karbon yang disebut karbon aktif, memiliki luas permukaan yang tinggi dan volume mikropori yang besar. Luas permukaan spesifik karbon aktif dapat mencapai 3000 m2/g, yang membuatnya sangat efektif dalam menghilangkan berbagai polutan anorganik (Bolisetty et al., 2019). Karbon aktif dapat berpartisipasi dalam reaksi kimia atau dapat digunakan sebagai penunjang katalisis. Aplikasi karbon aktif terbaru adalah di bidang penyimpanan dan konversi energi (Tan et al., 2020).
Karbon aktif adalah bahan karbon dengan struktur amorf padat yang memiliki tingkat porositas tinggi dan luas permukaan yang berkembang dengan baik dengan banyak gugus fungsi teroksigenasi seperti asam karboksilat, fenol, karbonil dan lakton (Benedetti et al., 2018). Pori-pori yang ada pada permukaan krabon aktif sangat penting dan ada dalam tiga bentuk: mikrospora, mesopori, dan makropori. Kecuali untuk makropori yang berkontribusi paling kecil, pori- pori lain berkontribusi pada peningkatan luas permukaan dan kehadirannya pada karbon sangat penting karena merupakan sumber utama penggerak adsorpsi gas dan.
Karakteristik yang khas ini menjadikan karbon aktif sebagai bahan zat serbaguna yang dapat digunakan tidak hanya sebagai adsorben dalam air dan gas tetapi juga sebagai katalis atau ko- katalis untuk menghilangkan polutan dari gas, cairan serta pemulihan bahan kimia (Afif et al., 2019).
Karbon aktif yang berasal dari biomassa limbah pertanian, yang berbiaya rendah, melimpah, ramah
lingkungan, terbarukan, dan sangat mudah menguap serta memiliki kandungan abu dan gugus fungsi permukaan yang rendah, dianggap sebagai bahan kerbon aktif yang menjanjikan (Tran Thi Dieu et al., 2021). Dalam penelitian ini, TKKS digunakan sebagai bahan baku biomassa untuk membuat karbon aktif melalui proses pembakaran pra- karbonisasi, yang diikuti dengan proses netralisasi.
Indonesia merupakan salah satu pemasok Crude Palm Oil (CPO) terbesar di dunia. Produk sampingan (limbah) dihasilkan selama proses pengolahan minyak sawit, termasuk di dalamnya adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang selama ini kurang dimanfaatkan, misalnya untuk pupuk tanaman dan pakan ternak. TKKS, di sisi lain adalah limbah padat yang paling umum dihasilkan, terhitung lebih dari 20% dari total tandan buah segar (TBS) minyak sawit olahan (Destyorini & Indayaningsih, 2019).
Struktur TKKS memiliki komposisi selulosa yang tinggi, diikuti oleh lignin dan hemiselulosa. Banyak penelitian menunjukkan bahwa selulosa adalah komponen penting dari TKKS, yang dapat diubah menjadi bioetanol dan bahan kimia halus (Shafaghat et al., 2019). Menurut Malaysia Palm Oil Board (MPOB, 2018), total produksi minyak sawit mentah (CPO) di negara itu adalah 2,1 juta ton pada tahun 2017, sehingga, secara tidak sengaja menghasilkan sekitar 80 juta ton biomassa. Untuk tandan buah segar (TBS) kelapa sawit satu ton tertentu, biomassa yang dihasilkan terdiri dari 23% TBS, 6%
berasal dari cangkang inti sawit (PKS) sedangkan 15% berasal dari serat
4 mesocarp (MF) (Umar et al., 2018).
Produksi biomassa sawit diperkirakan akan mencapai 100 juta ton kering pada tahun 2020 (Umar et al., 2018).
Jumlah biomassa sawit yang begitu besar dapat menyebabkan masalah lingkungan yang merugikan jika tidak dibuang dengan benar. Dengan demikian, hal ini mengarah pada meningkatnya minat dalam komunitas ilmiah untuk mengeksplorasi pemanfaatan biomassa tersebut sebagai bahan baku terbarukan untuk menghasilkan biofuel atau produk petrokimia bernilai tambah (Shafaghat et al., 2019); (Gan, 2021).
Pada penelitian ini, pembuatan karbon aktif dari limbah biomassa tandan kosong kelapa sawit dilakukan melalui beberapa tahap yaitu persiapan sampel, pra-karbonisasi, dan proses penetralan arang.
2. METODE PENELITIAN
Tandan kosong kelapa sawit yang digunakan diambil langsung dari perkebunan kelapa sawit yang ada di Provinsi Riau. Tandan kosong kelapa sawit yang diperoleh kemudian dibersihkan dengan cara mencuci dengan air bersih kemudian dipotong menjadi ukuran yang lebih kecil.
Proses pemotongan sampel tandan kosong kelapa sawit dilakukan dengan membagi sampel menjadi potongan- potongan kecil untuk memudahkan pengeringan dan pembakaran. Tahap pengeringan dilakukan dengan bantuan sinar matahari selama 1 hari hingga kadar air dalam tandan kosong kelapa sawit menyusut.
Tahap selanjutnya, sampel tandan kosong kelapa sawit sebanyak 10 kg yang telah kering dibagi menjadi 4 bagian masing-masing 2,5 kg dipra-
karbonisasi dengan menggunakan tungku/tanur sebagai alat pembakaran.
Waktu pembakaran dengan tanur divariasikan dengan 4 kali pembakaran yaitu 10 menit, 20 menit, 30 menit, dan 40 menit. Tungku/tanur yang digunakan didesain sederhana untuk memudahkan proses pembakaran pra- karbonisasi tanpa menggunakan energi listrik. Gambar tanur yang digunakan untuk pembakaran dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Desain tanur pembakaran Hasil akhir dari proses pra- karbonisasi dengan tanur mendapatkan sampel arang. Arang yang dihasilkan bercampur dengan abu sisa pembakaran, sehingga perlu dilakukan pemisahan abu sisa dan arang dengan cara netralisasi menggunakan air suling. Langkah netralisasi ini dimulai dengan mencuci arang hasil pembakaran dengan air suling dan merendamnya selama semalaman sebelum memisahkan abu yang naik ke permukaan rendaman. Proses pencucian dengan air suling pada tahap ini dilakukan berulang sebanyak 2-3 kali. Langkah selanjutnya adalah memeriksa pH sampel arang menggunakan indikator pH. Sampel arang yang masih memiliki pH basa maka ditambahkan 5 ml larutan HCl
5 0,5 M dan direndam hingga pH sampel
arang menjadi netral (pH=7).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pembakaran Pra-karbonisasi
dengan Tanur
Limbah biomassa tandan kosong kelapa sawit yang dibakar didalam tanur menghasilkan arang yang kemudian akan diolah menjadi karbon aktif. Tanur yang didesain sederhana ini membantu menghasilkan arang yang lebih banyak tanpa harus menggunakan energi listrik. Variasi waktu pembakaran yang digunakan menghasilkan jumlah arang yang bervariasi juga, seperti 300 gram untuk waktu pembakaran 20 menit, 225 gram pada waktu pembakaran 30 menit, 200 gram pada waktu pembakaran 40 menit, dan 173 gram pada waktu pembakaran 50 menit. Tabel 3.1 merangkum waktu pembakaran dan jumlah arang yang dihasilkan dari proses pembakaran pra-karbonisasi.
Tabel 3.1 Data arang hasil pembakaran No Waktu
(menit)
Massa (gram)
1. 20 300
2. 30 225
3. 40 200
4. 50 173
B. Hasil Arang setelah Netralisasi Hasil pembakaran menunjukkan adanya campuran arang dan abu sehingga dibutuhkan proses pembuangan abu dan penetralan sampel arang. Tahap netralisasi dilakukan setelah arang hasil pembakaran dipindahkan kedalam wadah kemudian dicuci dengan menggunakan aquades. Tabel 3.2
menunjukkan data massa arang yang mengalami penyusutan setelah dilakukan proses penetralan.
Tabel 3.2 Data arang setelah penetralan No Waktu
(menit)
Massa (gram)
1. 20 62,22
2. 30 77,17
3. 40 126
4. 50 10,33
Gambar 3.1 menunjukkan grafik perubahan massa arang pada proses penetralan. M0 merupakan sampel hasil pra-karbonisasi sebelum penetralan dan Ma adalah massa sampel pra-karbonisasi setelah proses penetralan selesai.
Waktu (menit)
20 menit 30 menit 40 menit 50 menit
Massa (gr)
0 50 100 150 200 250 300 350
Massa sampel sebelum netral (M0) Massa sampel setelah netral (Ma) 300
62 225
77 200
162 173
10
Gambar 3.1 Massa sampel sebelum dan sesudah penetralan
Gambar 3.1 menampilkan bahwa kadar arang meningkat seiring dengan meningkatnya waktu pra-karbonisasi dari 20 menit sampai 40 menit, hal ini menunjukkan bahwa lamanya waktu pembakaran dapat memaksimalkan proses penguapan dan degradasi kandungan air, senyawa volatil, senyawa organik dan non-organik ringan lainnya sehingga menginisiasi pembentukan arang tinggi.
6 Peningkatan waktu pra-karbonisasi 50
menit mereduksi kadar arang sampel yang mengkonfirmasi bahwa reaksi oksida pembakaran terjadi berlebihan.
Gambar 3.1 telah menunjukkan lebih detail bahwa waktu 40 menit menunjukkan massa arang tertinggi setelah penetralan dengan proses pembakaran pra-karbonisasi yang telah menghasilkan arang secara keseluruhan. Oleh karena itu, waktu pra-karbonisasi 40 menit dianggap sebagai waktu pra-karbonisasi tanur terbaik karena pada waktu pembakaran tersebut menghasilkan arang yang paling tinggi dengan kandungan kadar abu yang paling rendah sekitar 19%.
Waktu pembakaran 20 menit dan 30 menit menghasilkan sampel pembakaran yang banyak namun setelah disortil lebih detail, masih terdapat biomassa TKKS yang belum terbakar secara sempurna sehingga tidak dapat dilanjutkan pada proses berikutnya sehingga hal ini menunjukkan massa arang setelah penetralan relatif rendah dibandingkan dengan waktu 40 menit. Waktu pembakaran 50 menit menunjukkan kadar arang hasil pembakaran pra- karbonisasi mengalami penurunan dikarenakan semakin meningkatnya waktu pembakaran menyebabkan semakin meningkatnya reaksi oksidatif pada pembakaran sampel sehingga meingkatkan kadar abu pada sampel.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisa dari penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa lamanya waktu pembakaran dapat memaksimalkan proses penguapan dan degradasi kandungan air, senyawa volatil, senyawa organik dan non-organik
ringan lainnya sehingga menginisiasi pembentukan arang tinggi. Waktu pembakaran 40 menit dianggap sebagai waktu pra-karbonisasi tanur terbaik karena pada waktu pembakaran tersebut menghasilkan arang yang paling tinggi dengan kandungan kadar abu yang paling rendah sekitar 19%.
5. REFERENSI
Afif, A., Rahman, S. M., Tasfiah Azad, A., Zaini, J., Islam, M. A.,
& Azad, A. K. (2019). Advanced materials and technologies for hybrid supercapacitors for energy storage – A review. Journal of Energy Storage, 25(July), 100852.
Benedetti, V., Patuzzi, F., & Baratieri, M. (2018). Characterization of char from biomass gasification and its similarities with activated carbon in adsorption applications.
Applied Energy, 227(May), 92–
99.
Bolisetty, S., Peydayesh, M., &
Mezzenga, R. (2019). Sustainable technologies for water purification from heavy metals:
review and analysis. Chemical Society Reviews, 48(2), 463–487.
Destyorini, F., & Indayaningsih, N.
(2019). Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Bahan Baku Kertas Karbon.
PISTON: Journal of Technical Engineering, 1(2), 7–12.
Gan, Y. X. (2021). Activated Carbon from Biomass Sustainable Sources. C, 7(2), 39.
7 Shafaghat, H., Lee, H. W., Tsang, Y.
F., Oh, D., Jae, J., Jung, S. C., Ko, C. H., Lam, S. S., & Park, Y. K.
(2019). In-situ and ex-situ catalytic pyrolysis/co-pyrolysis of empty fruit bunches using mesostructured aluminosilicate catalysts. Chemical Engineering Journal, 366(February), 330–338.
Tan, Y., Li, Y., Wang, W., & Ran, F.
(2020). High performance electrode of few-layer- carbon@bulk-carbon synthesized via controlling diffusion depth from liquid phase to solid phase for supercapacitors. Journal of Energy Storage, 32(May), 101672.
Tran Thi Dieu, H., Charoensook, K., Tai, H. C., Lin, Y. T., & Li, Y. Y.
(2021). Preparation of activated carbon derived from oil palm empty fruit bunches and its modification by nitrogen doping for supercapacitors. Journal of Porous Materials, 28(1), 9–18.
Umar, M. S., Urmee, T., & Jennings, P. (2018). A policy framework and industry roadmap model for sustainable oil palm biomass electricity generation in Malaysia.
Renewable Energy, 128, 275–
284.
