Potensi Produksi Bio-Oil dengan Metode Pirolisis Katalitik Menggunakan Katalis Zeolit dari Ampas Tebu: Studi Literatur
Winda Sari Alfia Sumarno1*, Diani Lestari2
1,2Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang, Indonesia
*Koresponden email: wndasarialfia@students.unnes.ac.id
Diterima: 16 Januari 2023 Disetujui: 14 April 2023
Abstract
Bagasse is from the milling or pressing of sugarcane, consisting of large amounts of soft flakes with a moisture content of 46-52%, fiber content of 43-52%, and dissolved solids around 2-6%. So far only 30- 50% of bagasse has been used in Indonesia. The high lignocellulosic content in bagasse allows it to be used as bio-oil. Bio-oil production can be obtained by means of pyrolysis, this process is classified into 3 types namely slow pyrolysis, fast pyrolysis and flash pyrolysis. Catalytic pyrolysis has been shown to increase bio-oil by removing oxygen species, increasing heating value, decreasing viscosity and increasing stability.
Zeolite based catalysts (ZSM-5) are most often used for polymer cracking and dehydration. This article discusses the production of bio-oil by catalytic pyrolysis using a zeolite catalyst from bagasse as an alternative material in Indonesia.
Keywords: bio-oil, waste, bagasse, conversion, pyrolysis
Abstrak
Bagas adalah ampas tebu dari proses penggilingan atau pengepresan tebu, terdiri dari serpihan lunak dalam jumlah besar dengan kadar air 46-52%, kadar serat 43-52%, dan padatan terlarut sekitar 2-6%. Sejauh ini baru 30-50% ampas tebu yang telah digunakan di Indonesia. Kandungan lignoselulosa yang tinggi pada ampas tebu memungkinkan untuk digunakan sebagai bio-oil. Produksi bio-oil dapat diperoleh dengan cara pirolisis, proses ini diklasifikasikan menjadi 3 jenis yaitu slow pyrolysis, fast pyrolysis dan flash pyrolysis.
Pirolisis katalitik telah terbukti meningkatkan bio-oil dengan menghilangkan spesies oksigen, meningkatkan nilai kalor, menurunkan viskositas dan meningkatkan stabilitas. Katalis berbasis zeolit (ZSM-5) paling sering digunakan untuk perengkahan dan dehidrasi polimer. Artikel ini membahas produksi bio-oil dengan pirolisis katalitik menggunakan katalis zeolit dari ampas tebu sebagai bahan alternatif di Indonesia.
Kata Kunci: bio-oil, limbah, ampas tebu, konversi, pirolisis
1. Pendahuluan
Sejalan dengan peningkatan populasi dunia serta perkembangan teknologi, kebutuhan akan energi pun terus meningkat sedangkan cadangan sumber energi semakin menurun [1]. Lebih dari 80% pasokan sumber energi berasal dari bahan bakar fosil termasuk batu bara, minyak bumi, dan gas alam [2]. Selain itu, mengingat dampak buruk terhadap lingkungan terutama emisi gas rumah kaca mendorong masyarakat kita untuk mencari sumber energi alternatif [3].
Pengembangan sumber energi baru terbarukan (EBT) di Indonesia terus ditingkatkan dalam beberapa tahun terakhir, seiring dengan komitmen pemerintah dalam mengejar target net-zero emission. Pada tahun 2021 porsi energi terbarukan mencapai angka 12,16% dari target 23% ditahun 2025 [4]. Berdasarkan International Renewable Energy Agency (IRENA) dalam laporan Indonesia Energy Transition Outlook yang dirilis Oktober 2022, Indonesia memiliki potensi energi baru terbarukan (EBT) yang melimpah yaitu sekitar 3.692 GW, pada 2021 baru 10,5 GW kapasitas yang terpasang atau sekitar 0,3% dari total potensi yang ada [5].
5990
Gambar 1. Porsi energi terbarukan dalam bauran energi nasional Sumber: [6]
Salah satu sumber energi baru terbarukan yang masih melimpah di Indonesia adalah biomassa.
Biomassa merupakan sumber energi alternatif terbarukan yang ramah lingkungan dengan potensi produksi yang tinggi [7]. Biomassa terdiri dari senyawa karbohidrat (selulosa, hemiselulosa, lignin dan sejumlah kecil organik lainnya) yang ditentukan sebagai unsur karbon, hidrogen dan oksigen serta memiliki kandungan energi yang tinggi [8]. Sumber daya biomassa biasanya dalam bentuk kayu dan limbah kayu, residu industri atau pertanian dan produk sampingan limbahnya, limbah padat perkotaan, limbah hewan atau tanaman energi khusus (misalnya, pohon yang tumbuh cepat, semak dan rumput) dan sebagainya [9].
Biomassa memiliki potensi sebesar 43,4 GW dan baru terpasang 1,9 GW [5]. Dibandingkan dengan jenis energi terbarukan lainnya, konversi energi dari biomassa lebih murah untuk diproduksi [10].
Sumber energi biomassa yang menjanjikan di dunia maupun di Indonesia salah satunya adalah tebu (Saccharum officinarum) [11]. Tebu adalah tanaman rumput-rumputan yang tumbuh di wilayah tropis dan biasa digunakan sebagai bahan baku pembuatan gula [12]. Produsen tebu terbesar di dunia ditempati oleh Brasil (753 juta ton), selanjutnya ditempati oleh India (405 juta ton), Thailand (131 juta ton), Cina (109 juta ton), dan Pakistan (67 juta ton). Di Indonesia produksi tebu menempati posisi ke 9 sebesar 28,9 juta ton pada tahun 2020 [13].
Luas lahan tebu di Indonesia terus meningkat setiap tahunnya, pada tahun 2017 sebesar 192,3 ribu hektar, 2018 sebesar 179,8 ribu hektar, 2019 sebesar 173,9 ribu hektar, 2020 sebesar 192,1 ribu hektar, dan tahun 2021 luas lahan tebu di Indonesia sebesar 193,7 ribu hektar [14]. Meningkatnya luas lahan tebu berbanding lurus dengan peningkatan produksi gula, pada tahun 2021 produksi gula di Indonesia mencapai angka 2,35 juta ton.
Gambar 1. Jumlah produksi gula di Indonesia Sumber: [15]
Peningkatan jumlah produksi gula tersebar di berbagai provinsi di Indonesia, produsen gula menurut provinsi tahun 2021 dapat dilihat pada Gambar 2.
4,9
6,27 6,66
8,6 9,19
11,27 12,16
0 2 4 6 8 10 12 14
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
Persen
Tahun
2,19 2,17
2,23
2,12
2,35
2 2,05 2,1 2,15 2,2 2,25 2,3 2,35 2,4
2017 2018 2019 2020 2021
Jumlah Produksi
Tahun
Gambar 2. Produsen gula menurut provinsi tahun 2021 Sumber: [16]
Dari proses pengolahan tebu dihasilkan limbah padat berupa ampas tebu (bagasse) yang memiliki kandungan serat sebesar 35-40% dari berat tebu [12]. Ampas tebu adalah sisa batang tebu dari proses penggilingan atau pemerasan tebu yang berbentuk serpihan lunak dalam jumlah yang banyak dengan kandungan air sebesar 46-52%, kadar serat 43-52% dan padatan terlarut sekitar 2-6% [17], [18].
Tabel 1. Komposisi Kimia Ampas Tebu Komposisi Kimia Persentase (%)
SiO2 (silika) 3,01
Abu 3,82
Esensi 1,81
Lignin 22,09
Pentosan 27.97
Selulosa 37,65
Sumber: [17]
Berdasarkan data Pusat Penelitian Gula Indonesia (P3GI), limbah ampas tebu yang dihasilkan di Indonesia sebesar 32% dari berat tebu yang digiling [17]. Dalam 100 ton tebu yang diproses dalam sebuah pabrik gula, akan menghasilkan sekitar 30 ton ampas tebu basah [11]. Sejauh ini, hanya 30-50% ampas tebu yang sudah dimanfaatkan antara lain; sebagai bahan baku produksi bioetanol, dibakar untuk menghasilkan uap pada pembangkit listrik, bahan baku kertas, bahan baku industri kanvas rem, industri jamur, dan lain-lain, sedangkan sisa residu lainnya belum termanfaatkan secara optimal [11], [19].
Berdasarkan penjabaran diatas, diketahui bahwa biomassa dari ampas tebu berpotensi besar untuk dijadikan sumber energi baru terbarukan yang ramah lingkungan. Pemanfaatan limbah ampas tebu sebagai bio-oil dapat memberikan nilai tambah untuk limbah tersebut. Oleh karena itu, pada artikel ini akan membahas mengenai produksi bio-oil dengan metode pirolisis katalitik menggunakan katalis zeolit dari bagas tebu sebagai bahan alternatif di Indonesia.
2. Metode Studi Literatur
Metode yang digunakan dalam penulisan artikel ini adalah kajian literatur yang menyajikan metode secara sistematis, jelas, dan berulang untuk mengidentifikasi, mengevaluasi, dan menyintesis hasil penelitian dan gagasan dari peneliti dan praktisi. Aspek yang dianalisis dalam artikel ini berupa objek dan subjek penelitian berikut: objek penelitian berupa limbah ampas tebu dan subjek penelitian berupa konversi limbah ampas tebu menjadi bio-oil, parameter yang mempengaruhi pirolisis, komposisi dan properties bio- oil.
Google Scholar digunakan untuk mencari artikel ini menggunakan serangkaian kata kunci terkait yaitu bio-oil, limbah, ampas tebu, konversi dan pirolisis. Selain itu, kondisi berikut dipertimbangkan saat memilih artikel: artikel full text yang diterbitkan antara tahun 2012-2022 dalam bahasa Indonesia atau bahasa Inggris.
Jawa Timur , 44,06%
Lampung , 33,26%
Sumatera Selatan , 4,67%
Jawa Tengah , 9,22%
Sulawesi Selatan , 2,18%
Lainnya , 6,61%
5992
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Konversi ampas tebu menjadi Bio-oil
Produk Bio-oil dapat diperoleh dengan metode pirolisis [20]. Pirolisis adalah dekomposisi bahan kimia organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen yang terjadi pada suhu antara 320 – 600°C [20]–[22]. Metode pirolisis dikategorikan menjadi 3 jenis, yaitu slow pyrolysis, fast pyrolysis dan flash pyrolysis [23]. Secara umum, proses pirolisis lambat dan cepat merupakan proses yang paling sering digunakan, perbedaan antara ketiganya adalah suhu operasi, laju pemanasan, dan waktu tinggal uap dalam reaktor [24].
Slow pyrolysis terjadi pada suhu rendah (<400°C) dan laju pemanasan (10 C/menit) dengan waktu tinggal yang lama (>2 detik). Dalam fast pyrolysis terjadi pada suhu sedang (400–500°C), waktu tinggal uap yang singkat (kurang dari 2 detik), dan laju pemanasan tinggi. Sedangkan flash pyrolysis terjadi pada suhu tinggi (≥ 550 °C) kurang dari 1 detik, pada tingkat pemanasan yang sangat tinggi [24], [25]. Di antara ke 3 jenis tersebut, pirolisis lambat menghasilkan produksi gas dan padatan yang tinggi; pirolisis cepat menargetkan cairan; pirolisis kilat menghasilkan lebih banyak gas [26], [27]. Kondisi operasi untuk berbagai jenis pirolisis dirangkum dalam Tabel 2.
Tabel 2. Kondisi operasi untuk berbagai jenis pirolisis Jenis
Pirolisis
Reaktor Suhu (°C)
Waktu Tinggal (menit)
Laju Pema- nasan
(°C/
menit)
Laju Aliran
Gas (mL/
menit)
Yields (w/w%)
Ref.
Fast pyrolysis
Fixed bed
700 15 s 100 100 44.7 ±
6.32
[28]
Fast pyrolysis
Bench scale
400-800 20 s - - 60.4 ±
25.2
[29]
Fast pyrolysis
Fixed bed
25-1000 12 20 - 15.83 [30]
Slow pyrolysis
Stainless steel fixed bed
300-600 20 -13989 - 56.6 ±
13.76
[31]
Slow pyrolysis
Semi batch
350-600 30 10 100 29.41 ±
42.3
[32]
Slow pyrolysis
Semi batch
350-600 30 50 100 31.3 ±
45.2
[32]
Flash pyrolysis
rotary screw
450-550 20 s - - 70 [33]
Bio-oil dapat ditingkatkan melalui berbagai teknik seperti hydrotreating, steam reforming, emulsifikasi, dan pirolisis katalitik [34]. Pirolisis katalitik telah terbukti meningkatkan bio-oil dengan menghilangkan spesies oksigen, meningkatkan nilai kalor, menurunkan viskositas dan meningkatkan stabilitas [35]. Pirolisis katalitik adalah proses pirolisis yang menggunakan katalis. Katalis ini memecah senyawa rantai panjang menjadi produk hidrokarbon yang lebih ringan (hidrokarbon rantai panjang menjadi hidrokarbon rantai pendek (C1-C5)) [25].
Berdasarkan metode kontak uap pirolisis dengan katalis, Pirolisis katalitik dapat dibagi menjadi mode in-situ dan ex-situ. Pirolisis katalitik yang dilakukan in-situ melibatkan pencampuran langsung biomassa dan katalis dalam reaktor pirolisis pada tekanan atmosfer untuk meningkatkan uap sebelum kondensasi. Sedangkan pirolisis katalitik ex-situ melibatkan pirolisis biomassa secara terpisah dan mengangkut produk uap ke alas katalis di bagian hilir pirolisis [36].
Pirolisis katalitik dapat dilakukan dengan berbagai katalis, termasuk katalis transisi/logam mulia, gas hidrogen untuk mendorong hidrodeoksigenasi dan zeolit digunakan untuk mendeoksigenasi uap pirolisis melalui dekarbonilasi, dekarboksilasi, dan dehidrasi untuk menghasilkan aromatik dan olefin [37].
Katalis berbasis zeolit (ZSM-5) adalah yang paling banyak digunakan untuk perengkahan dan dehidrasi polimer karena selektivitasnya yang tinggi untuk produksi hidrokarbon dan kapasitasnya untuk membatasi pembentukan produk yang tidak diinginkan seperti asam karboksilat dan senyawa oksigen [24].
Selain itu, Pirolisis katalitik dengan zeolit menarik karena beberapa alasan. Zeolit relatif murah dan kuat dibandingkan dengan logam transisi dan katalis logam mulia. Mereka dapat dengan mudah diregenerasi
untuk menghilangkan endapan kokas. Mereka tidak memerlukan hidrogen atau bahan reaktif lainnya dan dapat digunakan pada tekanan atmosfer [37].
Ref [38] membandingkan efek katalitik dari gabungan katalis mono-logam (Cu/zeolit dan Ni/zeolit) dan katalis bi-logam tunggal (CuNi/zeolit) pada komposisi bio-oil dan gas pirolitik, penelitian ini menunjukkan peningkatan bio-oil melalui penggunaan katalis. Selain itu, menurut [39] membandingkan yield hasil proses pirolisis termal dan pirolisis katalitik pada pirolisis termal menghasilkan bio-oil maksimum (80,8%) dengan gas (13%) dan arang (6,2%). Sedangkan pirolisis katalitik menggunakan zeolit sintetis dan alami menurunkan rendemen bio-oil (52%) dengan peningkatan gas (17,7%) dan arang (30,1%) produksi. Hasil yang lebih rendah tetapi peningkatan kualitas bio-oil melalui pirolisis katalitik disebabkan fitur katalitik zeolit seperti struktur mikro dan luas permukaan BET yang tinggi.
Studi penelitian yang dibahas di atas menunjukkan bahwa katalis secara signifikan mempengaruhi hasil hidrokarbon, keasaman, kandungan oksigen, dan nilai kalor dari bio-oil pirolisis. Pada Tabel 3, beberapa katalis zeolit dan pengaruhnya terhadap bio-oil dan hasil hidrokarbon disajikan.
Tabel 3. Pengaruh katalis pada hasil hidrokarbon dalam bio-oil dari pirolisis
Katalis Kondisi Operasi Hasil dan Analisis Ref.
ZSM-5 dengan SiO2/Al2O3
Suhu: 400-600°C Rasio katalis: 0,05-0,25 Laju pemanasan: 10-50
°C/menit
Reaktor: fixed bed Laju aliran gas: 40 mL/menit
Analisis proksimat menunjukkan bahwa ampas tebu memiliki kadar air 13,2%.
Analisis akhir yang dilakukan menetapkan bahwa persentase kandungan karbon lebih tinggi (48,2%) dari kandungan oksigen (44%) sedangkan analisis kandungan serat menunjukkan lignin 26,4%, selulosa 33,3%, hemiselulosa 30,1%. Pirolisis katalitik memberikan yield sebesar 40,83
% berat bio-oil. Spektra FT-IR menunjukkan bahwa bio-oil non-katalitik didominasi oleh senyawa teroksigenasi (asam, keton, aldehida, alkohol), sedangkan bio-oil katalitik memiliki lebih banyak senyawa yang diinginkan (alkana, alkena, aromatik, fenol).
[40]
HZSM-5 Suhu: 25-1000°C Rasio katalis: 20%, 35%
and 50%
Laju pemanasan: 20
°C/menit
Reaktor: stainless steel Gas pembawa: Nitrogen (N2)
Biomassa menyajikan 47,0% Karbon, 5,6% Hidrogen, 1,1% Nitrogen dan, dengan perbedaan, 46,3% Oksigen.
Didapatkan analisis unsur dengan penambahan 50 % katalis HZSM-5 yaitu 61,1% Karbon, 6,21 Hidrogen, 1,4%
Nitrogen dan 23,36% Oksigen.
Penggunaan 50% HZSM-5 (in-situ) menghasilkan sejumlah besar hidrokarbon aromatik, mengurangi senyawa oksigen
[30]
CaO Suhu: 500°C
Rasio katalis: 0, 2, 5 dan 10% dari laju umpan biomassa
Laju pemanasan: 20
°C/menit
Reaktor: Fluidized bed Laju aliran gas: 50 L/menit
Gas pembawa: Nitrogen (N2)
Hasil menunjukkan bahwa keberadaan katalis (pemuatan 10% berat) mengurangi kandungan oksigen bio-oil sebesar 14%.
Katalis menurunkan total hasil bio-oil sebesar 17% berat, tetapi mengurangi kandungan air dalam minyak tersebut dan meningkatkan hasil gas. Kehadiran katalis tidak mempengaruhi hasil arang. Lebih dari 150 senyawa diidentifikasi dengan GC/MS dan distribusi gugus fungsi utama dianalisis
[41]
ZSM-5 Suhu: 350-650°C Rasio katalis: 0,2 gr Laju pemanasan: 100
°C/menit
Reaktor: Fixed bed Laju aliran gas: 50 L/min Gas pembawa: Nitrogen (N2)
Kandungan senyawa organik dalam penelitian ini tertinggi dalam bio-oil adalah asam (17,6%), fenol (16,3%), dan furfural (12,0%). menunjukkan bahwa bahan kimia dominan dari pirolisis non katalitik biomassa lignoselulosa terutama terdiri dari asam, furfural dan fenol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen
[42]
5994
bio-oil maksimum dicapai dari pirolisis katalitik pada suhu 500ᵒC yaitu sebesar 21,4%. Sifat dan komposisi bio-oil dari pirolisis katalitik menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan pirolisis non-katalitik.
Berdasarkan Tabel 2 dan 3 dapat dilihat, hasil dan komposisi produk yang diinginkan dipengaruhi oleh parameter proses pirolisis. Parameter proses utama adalah desain reaktor, suhu, laju aliran gas, laju pemanasan, dan ukuran partikel [34]. Fungsi suhu dalam proses pirolisis adalah untuk menghasilkan panas yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kimia dari biomassa [43], hal ini menyebabkan efisiensi konversi biomassa meningkat [44]. Ukuran partikel yang lebih kecil adalah cara umum untuk menyiapkan biomassa sebelum dimasukkan ke dalam reaktor dan meningkatkan kinerja pirolisis, karena gradien suhu antar partikel akan mempengaruhi mekanisme pirolisis [45].
Berdasarkan parameter proses tersebut, ref [40] memberikan ringkasan terhadap kondisi terbaik untuk memproduksi bio-oil maksimum yang ditampilkan dalam Tabel 4. Selanjutnya Ref. [46] mempelajari pirolisis batch dilakukan dalam reaktor tubular fixed-bed untuk mendapatkan biochar, bio-oil, dan gas pirolitik dengan pengaruh tinggi lapisan (4−16 cm), ukuran partikel (0,180−0,710 mm), laju pemanasan (15−30°C/menit), dan suhu (350−650°C). Hasil maksimum bio-oil (44,7%), biogas (36,67%), dan biochar (36,82%) masing-masing diperoleh pada suhu 550, 650, dan 350 °C, untuk lapisan partikel sedalam 16 cm dengan ukuran 0,18− 0,30 mm pada laju pemanasan 25 °C/menit. Penurunan ukuran partikel dalam urutan 0,710 < 0,710−0,425 < 0,425−0,300 < 0,300−0,180 <0,180 mm terjadi. Dapat disimpulkan proses pirolisis dan dekomposisi termal dari bahan baku dipengaruhi oleh ukuran partikel dan juga oleh kerapatan curah.
Ref. [19] juga melakukan penelitian dengan variasi diameter partikel yaitu (-20+25), (-25+30), (- 30+35), (-35+40) dan -40 mesh serta kecepatan laju pemanasan yaitu 100, 105, 110 dan 120 volt.
Didapatkan yields tertinggi pada diameter partikel terkecil yaitu (-20+25) mesh sebesar 40,32 %. Hal ini terjadi karena semakin kecil diameter partikel membuat panas mudah tersebar secara merata ke seluruh bagian.
Tabel 4. Rangkuman kondisi optimal untuk hasil bio-oil maksimum Kondisi optimal Bio-oil tanpa katalis Bio-oil terkatalisis
Tingkat pemanasan 50°C/menit 50°C/menit
Suhu pirolisis 600°C 600°C
Rasio katalis: biomassa - 1:20 (0,05)
Sumber: [40]
3.2. Komposisi dan properties bio-oil
Bio-oil adalah campuran cair dari berbagai jenis organik, termasuk monomer gula turunan selulosa/hemiselulosa, oligomer gula, turunan gula seperti asam karboksilat, aldehida, keton, ester, alkohol, dan fenolik turunan lignin, lignin pirolitik serta kandungan air yang tinggi (10-30 wt%) [47]. Bio-oil yang diperoleh berupa cairan kental yang warnanya bervariasi dari coklat tua hingga hijau tua, tergantung bahan baku yang digunakan dan kondisi pirolisis. Selain itu, cairan yang diperoleh dari proses pirolisis memiliki bau berasap yang kuat sehingga dapat menyebabkan iritasi mata jika terlalu lama terpapar. Adanya bau tersebut karena kandungan aldehida dan asam dengan berat molekul yang rendah [48]. Berdasarkan penelitian [49] bio-oil yang diproduksi melalui pirolisis cepat dari ampas tebu memiliki komponen kimia dan sifat-sifat yang ditunjukkan pada Tabel 5 dan 6 sebagai berikut.
Tabel 5. Komponen kimia bio-oil Waktu retensi
(menit)
Nama senyawa Rumus Bio-oil dengan laju umpan 30 kg/jam
2,64 Acetic acid C2H4O2 33,95
2,98 2-Propanone, 1-hydroxy- C3H6O2 4,80
3,73 1,2-Ethanediol C2H6O2 8,32
7,20 Propanenitrile, 3-(1-methylethoxy)- C6 H11NO 0,77
7,31 Furfural C5H4O2 1,01
8,20 1,2-Ethanediol, monoacetate C4H8O3 2,42
10,28 Butyrolactone C4H6O2 0,26
10,39 2(5H)-Furanone C4H4O2 0,33
11,45 2,5-Furandione, 3-methyl- C5H4O3 1,01
Waktu retensi (menit)
Nama senyawa Rumus Bio-oil dengan laju umpan 30 kg/jam 12,16 2-Propenamide, N-(aminocarbonyl)- C4H6N2O2 1,33 13,39 Oxazolidine, 2,2-diethyl-3-methyl- C8H17NO 1,04 14,47 2-Cyclopenten-1-one, 2-hydroxy-3-
methyl-
C6H8O2 0,83
16,76 Cyclopropyl carbinol C4H8O 1,58
19,52 Butanal, 3-methyl- C5H10O 0,80
20,65 2,3-Dihydro-benzofuran C8H8O 3,84
23,00 4-Vinyl-2-methoxy-phenol C9H10O2 0,67
24,12 Phenol, 2,6-dimethoxy- C8H10O3 1,16
25,45 Benzaldehyde, 4-hydroxy-3- methoxy-
C8H10N2O2 2,59
27,16 1-Decanol C10H22O 0,00
27,64 Ethanone, 1-(4-hydroxy-3- methoxyphenyl)-
C9H10O3 0,34 28,95 beta-D-Glucopyranose, 1,6-
anhydro-
C6H10O5 28,11 31,72 Benzaldehyde, 4-hydroxy-3,5-
dimethoxy-
C9H10O4 1,10 32,75 Methoxyacetic acid, dodecyl ester C15H30O3 0,00 33,32 Ethanone, 1-(4-hydroxy-3,5-
dimethoxyphenyl)-
C10H12O4 0,71 34,21 1-Butanone, 1-(2,4,6-trihydroxy-3-
methylphenyl)-
C11H14O4 0,34 35,10 2-Propenoic acid, 3-(4-
hydroxyphenyl)-
C9H8O3 2,56
Total 100
Sumber: [49]
Tabel 6. Sifat-sifat bio-oil
Properti Bio oil dengan laju umpan 30 kg/jam
Satuan
Heating value (ASTM D240) 18,483 kJ/kg
Density (ASTM D4502) 1274 kg/m3
Viscosity (ASTM D445) 24,54 cSt
Acidity (pH meter) 2,4 -
Water content (ASTM E203) 40,21 wt%
Proximate analysis (ShimadzTGA50)
Moisture -
Volatile matter -
Fixed carbon -
Ash content (700°C) 2,73 % wt
Ultimate Analysis (Perkin Elmer PE2400 Series II)
C 45,24 %
H 7,47 %
N 0,36 %
O 46,93 %
Sumber: [49]
Ref [42] menjelaskan dalam studinya bahwa bio-oil memiliki sifat bahan bakar yang buruk ditampilkan pada Tabel 7. Perbedaan yang paling mencolok adalah kandungan air bio-oil yang tinggi (20–
30 untuk bio-oil dan hanya 0,32% berat untuk bahan bakar fosil berat), yang menurunkan nilai kalor bio- oil (13–19 MJ/Kg untuk bio-oil). minyak bumi dan 40,63–42,39 MJ/Kg untuk bahan bakar fosil berat). Ini mengungkapkan bahwa bio-oil tidak dapat langsung dibakar dengan pembakar yang dirancang untuk penggunaan bahan bakar fosil yang berat.
5996
Tabel 7. Perbandingan sifat dari bio-oil dan fuels oil
Sumber:[47]
4. Kesimpulan
Ampas tebu yang dihasilkan di Indonesia setiap tahunnya meningkat sebanding dengan lahan tebu dan produksi gula. Ampas tebu memiliki kandungan yang berpotensi besar menjadi bahan bakar alternatif dengan konversi menjadi bio-oil. Bio-oil pada ampas tebu diperoleh dengan cara metode pirolisis katalitik dengan katalis berupa zeolit. Beberapa studi telah melaporkan hasil bio-oil dari metode pirolisis katalitik yang bergantung pada parameter operasi seperti desain reaktor, suhu, laju aliran gas, laju pemanasan, dan ukuran partikel. Hasil bio-oil memiliki perbedaan yang cukup signifikan dengan jika dibandingkan dengan bahan bakar fosil. Penggunaan bio-oil sebagai bahan bakar langsung belum bisa dilakukan. Perlu tindakan lain untuk dapat menggunakan bio-oil seperti design ulang pada sistem pembakar. Bio-oil diharapkan menjadi bahan bakar yang berkelanjutan dan ramah oleh beberapa teknologi yang ditingkatkan.
5. Referensi
[1] X. Wei, X. Xue, L. Wu, H. Yu, J. Liang, and Y. Sun, “High-grade bio-oil produced from coconut shell: A comparative study of microwave reactor and core-shell catalyst,” Energy, vol. 212, p.
118692, 2020, doi: 10.1016/j.energy.2020.118692.
[2] S. Cheng, L. Wei, X. Zhao, and J. Julson, “Application, deactivation, and regeneration of heterogeneous catalysts in bio-oil upgrading,” Catalysts, vol. 6, no. 12, 2016, doi:
10.3390/catal6120195.
[3] Liu, R., Rahman, M. M., Sarker, M., Chai, M., Li, C., & Cai, J, “A review on the catalytic pyrolysis of biomass for the bio-oil production with ZSM-5: Focus on structure,” Fuel Process. Technol., vol.
199, no. November 2019, p. 106301, 2020, doi: 10.1016/j.fuproc.2019.106301.
[4] H. EBTKE, “Menteri ESDM : Perlu Upaya Konkrit dan Terencana Capai Target Bauran 23% Di Tahun 2025,” Direktorat Jenderal Energi Bari Terbarukan dan Konservasi Energi (EBTKE), Indonesia, 2021.
[5] A. Ahdiyat, “Potensi Energi Terbarukan Indonesia Baru Tergarap 0,3% sampai 2021,” 2022.
[Online]. Available: https://databoks.katadata.co.id/datapublish/2022/10/25/potensi-energi- terbarukan-indonesia-baru-tergarap-03-sampai-2021.
[6] BPS, “Bauran Energi Terbarukan (Persen), 2015-2021,” 2022. [Online]. Available:
https://www.bps.go.id/indicator/7/1824/1/bauran-energi-terbarukan.html.
[7] M. I. Jahirul, M. G. Rasul, A. A. Chowdhury, and N. Ashwath, “Biofuels production through biomass pyrolysis- A technological review,” Energies, vol. 5, no. 12, pp. 4952–5001, 2012, doi:
10.3390/en5124952.
[8] W. N. R. W. Isahak, M. W. M. Hisham, M. A. Yarmo, and T. Y. Yun Hin, “A review on bio-oil production from biomass by using pyrolysis method,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 16, no. 8, pp. 5910–5923, 2012, doi: 10.1016/j.rser.2012.05.039.
[9] I. Demiral, A. Eryazici, and S. Şensöz, “Bio-oil production from pyrolysis of corncob (Zea mays L.),” Biomass and Bioenergy, vol. 36, pp. 43–49, 2012, doi: 10.1016/j.biombioe.2011.10.045.
[10] A. Zulkania, “Pengaruh temperatur dan ukuran partikel biomassa terhadap,” Teknoin, vol. 22, no. 5, pp. 328–336, 2016.
Properti Bio-oil Gasoline Diesel Heavy fuel oil
Density (15°C (kg/dm3))
1,11-1,13 0.72-0.76 0,78-0.86 0,9533
Flow point (°C) -9-36 - -40 12
Water (wt%) 20-30 - 0,05 0,32 v%
Flash point (°C) 40-110 -43 50 110
Viscosity (10°C) (cSt)
15-40 0,5 pada T 20°C 3 pada T 40°C 130
High heating value (MJ/kg)
14-19 45,7 47 42,93
Low heating value (MJ/kg)
13-18 42,9 43 40,63
Komposisi senyawa (C, H, N O) (wt%)
C: 50-60%
H: 7-8%
N: < 0,5%
O: 35-40%
C: 86%
H: 12,8%
N: 0%
S: 1%
C: 87,4%
H: 12.1%
N: 392 ppm S: 1.39%
C: 88.1%
H: 10,84%
N: 0.42%
O: 35-0,64%
[11] L. A. Rahmawati, “Studi Literatur Produksi Bioethanol dari Ampas Tebu dengan Metode Pyrolisis,”
J. Enviscience, vol. 4, no. 1, p. 46, 2020, doi: 10.30736/4ijev.v4iss1.131.
[12] M. Nuruddin, R. A. Santoso, and R. A. Hidayati, “Desain Komposisi Bahan Komposit yang Optimal Berbahan Baku Utama Limbah Ampas Serat Tebu (Baggase),” Pros. Semin. Nas. Teknoka, vol. 3, no. 2502–8782, p. 53, 2018, doi: 10.22236/teknoka.v3i0.2915.
[13] S. Jamilatun, J. Pitoyo, Z. Arifah, S. Amelia, and A. Maarif, “Pirolisis Ampas Tebu ( Saccharum officinarum Linn ): Pengaruh Suhu terhadap Yield dan Karakteristik Produk,” 2022.
[14] BPS, “Luas Tanaman Perkebunan Besar Menurut Jenis Tanaman (Ribu Hektar), 2017-2021,” 2022.
[Online]. Available: https://www.bps.go.id/indicator/54/1847/2/luas-tanaman-perkebunan-besar- menurut-jenis-tanaman.html.
[15] BPS, “Produksi Perkebunan Besar Menurut Jenis Tanaman (Ton), 2017-2021,” 2022. [Online].
Available: https://www.bps.go.id/indicator/54/94/1/produksi-perkebunan-besar-menurut-jenis- tanaman.html.
[16] BPS, “Statistik Tebu Indonesia 2021,” 2022. [Online]. Available:
https://www.bps.go.id/publication/2022/11/30/6392bf8e4265949485d85e72/statistik-tebu- indonesia-2021.html.
[17] Nasruddin, Sampebulu, V., Hartawan, Imriyanti, Mushar, P., Raditya, M. Y., & Palulun, L. N, “The Effects of Sugarcane Waste and Bagasse Ash Additives on Concrete Block Mechanical Properties with NonDestructive Test Methods,” AIP Conf. Proc., vol. 2543, 2022, doi: 10.1063/5.0095285.
[18] W. Andriyanti, Suyanti, and Ngasifudin, “Pembuatan dan Karakterisasi Polimer Superabsorben dari Ampas Tebu,” Pros. Pertem. dan Present. Ilm. Teknol. Akselerator dan Apl., vol. 13, pp. 1–7, 2012.
[19] E. Erawati, W. B. Setiawan, and P. Mulyono, “karakteristik Bio-Oil Hasil Pirolisis Ampas Tebu (Bagasse),” J. Kim. Terap. Indones., vol. 15, p. 2, 2013.
[20] F. Febriyanti, N. Fadila, A. S. Sanjaya, Y. Bindar, and A. Irawan, “Pemanfaatan Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit Menjadi Bio-Char, Bio-Oil Dan Gas Dengan Metode Pirolisis,” J. Chemurg., vol. 3, no. 2, p. 12, 2019, doi: 10.30872/cmg.v3i2.3578.
[21] A. Kuntaarsa, “Tinjauan Titik Nyala Dari Pembuatan Bio Oil Dari Pirolisis Kayu Pinus dengan Katalisator Zeolit Alam,” Simp. Nas. RAPI XVIIIII, pp. 392–397, 2019.
[22] M. Rizky, S. Bahri, and Yusnimar, “Konversi Kayu Ketapang (Terminalia Catappa. L) Menjadi Bio-Oil Menggunakan Metode Pirolisis Dengan Katalis Co-Mo/NZA,” Jom FTEKNIK, vol. 1, no.
2, pp. 1–10, 2014.
[23] Rahmatullah, Rizka Wulandari Putri, and Enggal Nurisman, “Produksi bio-oil dari limbah kulit durian dengan proses pirolisis lambat,” J. Tek. Kim., vol. 25, no. 2, pp. 50–53, 2019, doi:
10.36706/jtk.v25i2.425.
[24] P. R. Bhoi, A. S. Ouedraogo, V. Soloiu, and R. Quirino, “Recent advances on catalysts for improving hydrocarbon compounds in bio-oil of biomass catalytic pyrolysis,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 121, no. March 2019, p. 109676, 2020, doi: 10.1016/j.rser.2019.109676.
[25] Z. Achmad, A. Kuntaarsa, B. Alfitamara, and A. Virgiandini, “Renewable Energy dari Pirolisis Kayu Pinus dengan Katalis Zeolit Renewable Energy from Pyrolysis of Pine Wood with Zeolite Catalyst,” vol. 19, no. 1, pp. 1–5, 2022.
[26] K. Ridhuan, D. Irawan, and R. Inthifawzi, “Proses Pembakaran Pirolisis dengan Jenis Biomassa dan Karakteristik Asap Cair yang Dihasilkan,” Turbo J. Progr. Stud. Tek. Mesin, vol. 8, no. 1, pp. 69–
78, 2019, doi: 10.24127/trb.v8i1.924.
[27] N. Toscano Miranda, I. Lopes Motta, R. Maciel Filho, and M. R. Wolf Maciel, “Sugarcane bagasse pyrolysis: A review of operating conditions and products properties,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 149, no. June, p. 111394, 2021, doi: 10.1016/j.rser.2021.111394.
[28] Barros, J. A., Krause, M. C., Lazzari, E., Bjerk, T. R., do Amaral, A. L., Caramão, E. B., & Krause, L. C, “Chromatographic characterization of bio-oils from fast pyrolysis of sugar cane residues (straw and bagasse) from four genotypes of the Saccharum Complex,” Microchem. J., vol. 137, pp. 30–36, 2018, doi: 10.1016/j.microc.2017.09.015.
[29] Q. Sohaib, A. Muhammad, and M. Younas, “Fast pyrolysis of sugarcane bagasse: Effect of pyrolysis conditions on final product distribution and properties,” Energy Sources, Part A Recover. Util.
Environ. Eff., vol. 39, no. 2, pp. 184–190, 2017, doi: 10.1080/15567036.2016.1212292.
[30] A. R. Teixeira Cardoso, N. M. Conrado, M. C. Krause, T. R. Bjerk, L. C. Krause, and E. B. Caramão,
“Chemical characterization of the bio-oil obtained by catalytic pyrolysis of sugarcane bagasse (industrial waste) from the species Erianthus Arundinaceus,” J. Environ. Chem. Eng., vol. 7, no. 2, p. 102970, 2019, doi: 10.1016/j.jece.2019.102970.
5998
[31] S. Stegen and P. Kaparaju, “Effect of temperature on oil quality obtained through pyrolysis of sugarcane bagasse,” Fuel, vol. 276, no. May, p. 118112, 2020, doi: 10.1016/j.fuel.2020.118112.
[32] A. K. Varma and P. Mondal, “Pyrolysis of sugarcane bagasse in semi batch reactor: Effects of process parameters on product yields and characterization of products,” Ind. Crops Prod., vol. 95, pp. 704–717, 2017, doi: 10.1016/j.indcrop.2016.11.039.
[33] S. Ayyadurai and K. D. Arunachalam, “Experimental investigations on sugarcane bagasse pyrolytic oil production from flash pyrolysis using a rotary screw reactor,” Biofuels, Bioprosucts and Biorefining, vol. 16, no. 2, pp. 576–586, 2021, doi: https://doi.org/10.1002/bbb.2330.
[34] T. K. Dada, M. Sheehan, S. Murugavelh, and E. Antunes, “A review on catalytic pyrolysis for high- quality bio-oil production from biomass,” 2021.
[35] S. F. K. Ahmad, U. F. M. Ali, K. M. Isa, and S. C. B. Gopinath, “Study on characterization of bio- oil derived from sugarcane bagasse (Saccharum barberi) for application as biofuel,” Clean Energy, vol. 6, no. 2, pp. 1062–1069, 2022, doi: 10.1093/ce/zkac012.
[36] Kristiina, I., “In Situ and ex Situ Catalytic Pyrolysis of Pine in a Bench-Scale Fluidized Bed Reactor System,” energy & fuels, 2015, doi: 10.1021/acs.energyfuels.5b02165.
[37] K. Wang, P. A. Johnston, and R. C. Brown, “Comparison of in-situ and ex-situ catalytic pyrolysis in a micro-reactor system,” Bioresour. Technol., vol. 173, pp. 124–131, 2015, doi:
10.1016/j.biortech.2014.09.097.
[38] Kumar, R., Strezov, V., Lovell, E., Kan, T., Weldekidan, H., He, J., ... & Scott, J, “Bioresource Technology Bio-oil upgrading with catalytic pyrolysis of biomass using Copper / zeolite- Nickel / zeolite and Copper-Nickel / zeolite catalysts,” Bioresour. Technol., vol. 279, no. December 2018, pp. 404–409, 2019, doi: 10.1016/j.biortech.2019.01.067.
[39] Rehan, M., Miandad, R., Barakat, M. A., Ismail, I. M. I., Almeelbi, T., Gardy, J., ... & Nizami, A.
S., “International Biodeterioration & Biodegradation Effect of zeolite catalysts on pyrolysis liquid oil,” Int. Biodeterior. Biodegradation, vol. 119, pp. 162–175, 2017, doi:
10.1016/j.ibiod.2016.11.015.
[40] S. D. Rabiu, M. Auta, and A. S. Kovo, “An upgraded bio-oil produced from sugarcane bagasse via the use of HZSM-5 zeolite catalyst,” Egypt. J. Pet., vol. 27, no. 4, pp. 589–594, 2018, doi:
10.1016/j.ejpe.2017.09.001.
[41] J. Osorio and F. Chejne, “Bio-Oil Production in Fluidized Bed Reactor at Pilot Plant from Sugarcane Bagasse by Catalytic Fast Pyrolysis,” Waste and Biomass Valorization, vol. 0, no. 0, p. 0, 2017, doi:
10.1007/s12649-017-0025-8.
[42] Z. Deng and Y. Wang, “Comparative Performance of Catalytic and Non- Catalytic Pyrolysis of Sugarcane Bagasse in Catatest Reactor System Comparative Performance of Catalytic and Non- Catalytic Pyrolysis of Sugarcane Bagasse in Catatest Reactor System,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci.
Eng., 2020, doi: 10.1088/1757-899X/778/1/012069.
[43] Novita, S. A., Santosa, S., Nofialdi, N., Andasuryani, A., & Fudholi, A. Artikel Review: Parameter Operasional Pirolisis Biomassa. Agroteknika, 4(1), 53-67. 2021.
[44] R. E. Guedes, A. S. Luna, and A. R. Torres, “Operating parameters for bio-oil production in biomass pyrolysis: A review,” J. Anal. Appl. Pyrolysis, vol. 129, no. November 2017, pp. 134–149, 2018, doi: 10.1016/j.jaap.2017.11.019.
[45] Nuraini, N. Osman, and E. Astuti, “Jurnal Bahan Alam Terbarukan Bio-Oil Production Using Waste Biomass via Pyrolysis Process : Mini Review,” J. Bahan Alam Terbarukan, vol. 11, no. 200, pp.
37–49, 2022.
[46] M. Kumar, S. N. Upadhyay, and P. K. Mishra, “Pyrolysis of Sugarcane (Saccharum officinarum L.) Leaves and Characterization of Products,” ACS Omega, vol. 7, no. 32, pp. 28052–28064, 2022, doi:
10.1021/acsomega.2c02076.
[47] X. Hu and M. Gholizadeh, “Progress of the applications of bio-oil,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 134, no. July, p. 110124, 2020, doi: 10.1016/j.rser.2020.110124.
[48] N. C. Pereira, “Biomass and Bioenergy Production of bio-oil and activated carbon from sugarcane bagasse and molasses,” vol. 85, pp. 178–186, 2016, doi: 10.1016/j.biombioe.2015.12.013.
[49] W. Treedet and R. Suntivarakorn, “Design and operation of a low cost bio-oil fast pyrolysis from sugarcane bagasse on circulating fl uidized bed reactor in a pilot plant,” Fuel Process. Technol., vol.
179, no. June, pp. 17–31, 2018, doi: 10.1016/j.fuproc.2018.06.006.
[50] S. Xiu and A. Shahbazi, “Bio-oil production and upgrading research: A review,” Renew. Sustain.
Energy Rev., vol. 16, no. 7, pp. 4406–4414, 2012, doi: 10.1016/j.rser.2012.04.028.
