BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 BIOMASSA Biomassa merupakan material tanaman, tumbuh-tumbuhan, atau sisa hasil pertanian yang digunakan sebagai bahan bakar atau sumber bahan bakar. Secara umum sumber-sumber biomassa antara lain tongkol jagung, jerami, dan lain sebagainya; material kayu seperti kayu atau kulit kayu, potongan kayu, dan lain sebagainya; sampah kota misalnya sampah kertas dan tanaman sumber energi seperti minyak kedelai, alfalfa, poplars, dan lain sebagainya. Biomassa merupakan produk fotosintesis yaitu butir-butir hijau daun yang bekerja sebagai sel surya, menyerap energi matahari yang mengkonversi karbondioksida dengan air menjadi suatu senyawa karbon, hidrogen, dan oksigen. Senyawa ini dapat dipandang sebagai suatu energi yang dapat dikonversi menjadi produk lain. Hasil konversi dari senyawa itu dapat berbentuk arang atau karbon, alkohol kayu, ter, dan lain sebagainya. Energi yang disimpan ini dapat dimanfaatkan dengan langsung membakar kayu, panas yang dihasilkan digunakan untuk memasak atau untuk keperluan lainnya [13]. Biomassaadalahsalah satu sumberuntuk produksi energidenganpotensi pertumbuhanterbesar dapatdengan mudah diperoleh dariproduksi pertanian, yang menghasilkansejumlah besar limbah.penggunaanlimbah pertaniandanagro-industri sebagai bahan bakarbiomassauntuk pembangkit listriksedang dipelajari danbisamenjadi solusi alternatifuntukmasalah yang terkait denganenergi.limbahinidapat digunakansebagaibriketdanpeletuntuk digunakan dalamproses pembakarandangasifikasidipembangkit listrik[14]. Suzdalenko,dkk.,(2011) mengevaluasi efekdari gasifikasi peletbiomassa(kayu dan jerami) dengangaspadadegradasi termalbiomassa. Bahan bakar gasyang dihasilkan(campuran CO, H 2, CH 4 ) dapat digunakan dalampembakaran internalmesinuntuk produksi listrik [15]. 6

2 2.2 AREN (Arenga pinnata) A.pinnataadalah tanamanpopuler karenaproduksi pangansepanjang tahun, terutamapada musim kemarauketikamakanan lain langka.produknyayang paling penting adalahcairan manis, disebutnira, yang digunakan sebagaiminumandansebagai bahan bakuuntuk produksigula. Buahmengandungair6,8%, 7,9%abu, 16,2% serat kasar, 10% protein kasar dan1.5% lemak. Pohonproduktifhingga lebih dari 15 tahun, dimana orang-orangdi beberapa bagianindonesiamenggunakannya sepertiberassebagai makanan pokok.sagu seperti tepungdapatdiperolehdariempulurbatangdandigunakanuntuk kue, miedan hidangan lainnya. Produkbiasanya terbuat daria.pinnatadi Jawa Baratadalahkolangkaling, endosperma buah aren muda yangdimasak.satutandan buahmenghasilkansekitar 4500endosperma yang digunakan untukkoktaildanhidanganlokal yang dikenal dengankolak[16]. Gambar 2.1 Pohon Aren (Arenga pinnata) Umumnya tanaman aren banyak yangtumbuh di kawasan hutan sehingga populasiaren dapat dilakukan dengan menghitung luaskawasan hutan dikali dengan kepadatan populasi aren [17]. Berdasarkan data yang 7

3 dikeluarkanditjenbun pada tahun 2003 dan estimasiberdasarkan laju perkembangan areal sejak Tabel 2.1 Perkiraan luas tanaman aren diindonesia[18] No. Propinsi Perkiraan Total Area (ha) 1 NAD Sumatera Utara Sumatera Barat Bengkulu Jawa Barat Banten Jawa Tengah Kalimantan Selatan Sulawesi Utara Sulawesi Selatan Sulawesi Tenggara Maluku Maluku Utara Papua Total Menurut Akuba (2004), perkiraan luas arealtanaman aren berdasarkanprovinsi telahmencapai total ha, dimana pertanamanyang terluas ada di Jawa Barat ha, Papua ha, Sulawesi Selatan ha dan SulawesiUtara ha (Tabel 2.1) [18]. 2.3 BRIKET ARANG Arang adalah suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon dihasilkandari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketikapemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara didalam ruanganpemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Konversi kayu menjadi arang merupakan salah satu proses yang paling tua yangdilakukan oleh umat manusia. Saat ini teknologi memproduksi arang adalah pentingdalam negara-negara industri dan negara-negara berkembang. Rendemen 8

4 praktis rata-rataproduksi arang secara industri sekitar 35%. Produk yang diperoleh juga tergantungpada kayu, dan tergantung pada faktor-faktor seperti spesies kayu dan ukuran kayu,sistem karbonisasi, waktu pemrosesan dan suhu akhir. Arang lebih baik dibandingkan dengan kayu bakar sebab nilai bakar arang sertadensitas arang lebih tinggi bila dibandingkan dengan kayu bakar. Arang dapat disimpanlama, ringkas dan ringan. Di Indonesia, sampai kini arang masih banyak digunakan terutama untuk memasak [19]. Gambar 2.2 Briket Arang Briket arang merupakan bahan bakar alternatif yang terbuat dari hasil proses pembakaran bahan yang memiliki ukuran/diameter kecil (ranting, serbuk, serpih, sebetan, tempurung kelapa, tempurung kemiri dll). Limbah dari pengarangan yang berupa bongkah arang yang berukuran kecil atau serbuk dapat diubah menjadi bentuk briket arang yang akan dapat memperbaiki sifat fisiknya terutama kerapatan, kebersihan dan ketahanan tekan serta memperlambat kecepatan pembakaran sehingga bentuk produk tersebut akan mempunyai ukuran yang sama dan lebih disenangi konsumen. Pengubahan komponen kimia kayu menjadi bentuk karbon (arang) ternyata dapat memperbaiki nilai pembakarannya ditinjau dari nilai kalor bakar, mutu pembakaran dan kebersihan. Sifat pembakaran arang lebih menguntungkan dibandingkan dengan asalnya, antara lain nilai kalor bakar lebih tinggi ( kkal/kg) serta asap dan kotoran tersisa lebih sedikit perubahan kayu menjadi arang akan lebih luas penggunaannya sebagai bahan bakar untuk rumah tangga dan industri [20]. Briket arang adalah arang kayu yang diubah bentuk, ukuran, dan kerapatannya dengan cara mengempa campuran serbuk dengan bahan perekat. 9

5 Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan briket adalah arang kayu atau kayu yang berukuran kecil yang diperoleh dari limbah industri penggergajian atau industri perkayuan. Briket juga terbuat dari residu berkarbon, dan digunakan untuk pembakaran dan kegunaan lain yang berhubungan. Pada beberapa produk, bahan tambahan diperlukan, seperti lilin untuk menambah pembakaran, dan substansi lainnya untuk memberikan bau yang menyenangkan dan warna yang seragam. Arang dalam bentuk briket memiliki kelebihan dibandingkan dalam bentuk arang, keuntungan dari briket arang adalah sebagai berikut : 1. Memperbesar rendemen pada pembuatan arang karena arang yang diperoleh dapat dipergunakan dalam pembuatan briket arang. 2. Bentuknya seragam dan lebih padat atau memperkecil tempat penyimpanan dan transportasi. 3. Kualitas pembakaran lebih baik apabila digunakan tambahan yang sesuai. 4. Lebih menguntungkan karena pada umumnya 40% terdiri dari bahan baku arang yang nilainya lebih rendah dari arang. 5. Bahan baku tidak terikat pada satu jenis kayu, hampir segala jenis kayu dapat digunakan sebagai bahan pembuatan briket arang [21]. 2.4 PROSES PEMBUATAN BRIKET ARANG Proses pengarangan (pirolisa) adalah penguraian biomassa (lysis) menjadi panas (pyro) pada suhu lebih dari 150 o C. Pada proses pirolisa terdapat beberapa tingkatan proses yaitu pirolisa primer dan pirolisa sekunder. Pirolisa primer adalah pirolisa yang terjadi pada bahan baku (umpan), sedangkan pirolisa sekunder adalah pirolisa yang terjadi atas partikel dan gas/uap hasil pirolisa primer. Selama proses pengarangan dengan alur konveksi pirolisa perlu diperhatikan asap yang ditimbulkan selama proses tersebut : - Jika asap tebal dan putih, berarti bahan sedang mengering. - Jika asap tebal dan kuning, berarti pengkarbonan sedang berlangsung. Pada fase ini sebaiknya tungku ditutup dengan maksud agar oksigen pada ruang pengarangan serendah-rendahnya. 10

6 - Jika asap semakin menipis dan berwarna biru berarti pengarangan hampir selesai kemudian drum dibalik dan proses pembakaran selesai [13]. Dalam prosespembuatan briket, bahan padatditekanuntuk membentukblokdenganbentuk dan dimensi yang telah ditentukan. Briketberbiaya rendah yang dihasilkandari limbahinimerupakansumber energi yang sangat baikuntuk menghasilkanenergi murahdan ramah terhadap lingkungan, ideal untukmenggantikanbahan bakar fosilyang digunakansekarang[22]. Beberapabiomasasedang dipelajariuntuk produksibriket.kaliyandanmorey(2010) mempelajarikarakteristikdensifikasitongkol jagung [23].Oladeji(2010) mengevaluasikarakterisasibahan bakarbriketdihasilkan dariresidusekambonggol jagung danpadi [4].Persiapan dankarakterisasibahan bakar biomassapadatterbuat darijerami padidandedak padidipelajariolehchou, dkk.(2009) [25].Yumak, dkk.(2010) yang memproduksibriketdarisodagulma(salsola tragus) untuk digunakansebagai sumber bahan bakarpedesaan [26].Produksibiobriket darirumput laut coklattang dikarbonisasi dievaluasiolehacma, dkk. (2013) [27] danefek dari tekananpembriketanpadabriketkulit psang danlimbahpisangdi utara ThailandolehWilaipon(2009)[28].Di antarakeuntungan menggunakanbriket, dapat disebutkan: pengurangandeforestasi, karena substitusikayuumumnya digunakan,produksi energiyang lebih murah, pengurangandampaklingkungan yang disebabkan olehsejumlah besarlimbahdantujuannya, dan penggunaan kembalibahansisa[14]. Briket arang dibuat dengan mencampurkan bahan-bahan yang memiliki nilai karbon tinggidan dengan memampatkannya pada tekanan tertentu serta memanaskan pada suhutertentu sehingga kadar airnya bisa ditekan seminimum mungkin sehingga dihasilkanbahan bakar yang memiliki densitas yang tinggi, nilai kalor yang tinggi serta asapbuangan yang minimum. Pembuatan briket arang dilakukan dengan metode langsung dalam suatukiln/reaktor dengan kondisi pembakaran dan udara yang terkontrol. Biomassa sebagaibahan baku perlu dikeringkan terlebih dahulu untuk menurunkan kadar air dari sekitar60 % menjadi 20 %. Pengeringan dapat dilakukan dengan sinar matahari di atas rak-rakkayu. Untuk memudahkan 11

7 pengeringan, biomassa perlu dipotong-potong terlebihdahulu.arang hasil pembakaran digiling dengan mesin hammermill sampai halus dan selanjutnya diayak. Pencetakan arang dilakukan dengan menggunakan mesin kempa hidrolik [19]. Pembuatan briket biomassa memerlukan penambahan bahan perekat untuk meningkatkan sifat fisik dari briket. Adanya penambahan kadar perekat yang sesuai pada pembuatan briket akan meningkatkan nilai kalor briket tersebut. Jenis perekat yang digunakan pada pembuatan briket berpengaruh terhadap kerapatan, ketahanan tekan, nilai kalor bakar, kadar air, dan kadar abu. Penggunaan jenis dan kadar perekat pada pembuatan briket merupakan salah satu faktor penting dalam pembuatan briket [29]. Bahan perekat yang biasa digunakan pada pembuatan briket adalah tapioka dan tetes tebu (molases). Pati (starch) atau amilum adalah salah satu bahan perekat yang sering digunakan dalam pembuatan briket (briquetting). Pati terdiri atas sejumlah besar glukosa yang disatukan oleh ikatan glikosida yang banyak dihasilkan oleh tumbuhan hijau. Pati yang baik mengandung banyak karbohidrat dan terdapat dalam berbagai makanan pokok seperti kentang, gandum, jagung, beras dan singkong [30]. Penambahan kedua jenis bahan perekat tersebut akan memberikan pengaruh terhadap sifat dan karakteristik briket yang akan dihasilkan. Adanya perbedaan struktur bangun yang berbeda antara tapioka dan molases akan mempengaruhi nilai kalor dan ketahanan dari briket itu sendiri. Disisi lain penggunaan bahan perekat dengan konsentrasi campuran yang berbeda akan memberikan gambaran terhadap sifat fisik briket yang berbeda seperti penampakan, porositas dan juga kekuatan daya bakarnya [31]. Bahan perekat yang digunakan dapat dibedakan atas 3 (tiga) jenis yaitu : - Perekat anorganik Termasuk dalam jenis ini adalah sodium silikat, magnesium, cement dan sulphite. Kerugian dari penggunaan bahan perekat ini adalah sifatnya yang banyak meninggalkan abu sekam pada waktu pembakaran. - Bahan perekat tumbuh-tumbuhan 12

8 Jumlah bahan perekat yang dibutuhkan untuk jenis ini jauh lebih sedikit bila dibandingkan dengan bahan perekat hydrocarbon. Kerugian yang dapat ditimbulkan adalah arang cetak yang dihasilkan kurang tahan terhadap kelembaban. - Hydrocarbon dengan berat molekul besar Bahan perekat jenis ini sering kali dipergunakan sebagai bahan perekat untuk pembuatan arang cetak ataupun batubara cetak [13]. 2.5 KARAKTERISTIK BRIKET BATU BARA Spesifikasi briket batu bara berdasarkan keputusan Dirjen Pertambangan Umum No a.k/213/ddjp/93 tanggal 4 Desember 1993 adalah sebagai berikut : 1. Briket batu bara berkarbonisasi tipe telur untuk industri makanan dan industri kecil adalah : a. Nilai kalori s/d kal/gram. b. Zat mudah terbang 8 s/d 15%. c. Belerang lebih kecil dari 1%. d. Kadar air lebih kecil dari 7,5%. 2. Briket batu bara karbonisasi untuk rumah tangga adalah : a. Nilai kalori s/d kal/gram. b. Zat mudah terbang 12 s/d 15%. c. Belerang lebih kecil dari 7,5% [19]. Sedangkan menurut SNI, briket yang baik harus memiliki kadar air dan kadar abu maksimal 8%, serta nilai kalor minimal 5000 kal/g [9]. Menurut standar Jepang, briket yang baik harus memenuhi kriteria berikut : a. kadar karbon : 60 80% b. kadar air : 6 8% c. kadar abu : 1 6% d. kadar bahan volatil : 15 30% e. nilai kalor : kal/g[11]. 2.6 POTENSI EKONOMI PEMBUATAN BRIKET PELEPAH AREN 13

9 Pemakaian bahan bakar fosil dunia semakin meningkat sehingga menimbulkan terjadinya krisis bahan bakar.di samping itu pemakaian bahan bakar fosil juga meningkatkan laju pencemaran lingkungan [1].Dalam hal ini muncul pemikiran penggunaan energi alternatif yang bersih, ramah lingkungan dan dapat diperbaharui, yaitu bersumber dari biomassa salah satunya pelepah aren. Aren (Arenga pinnata) merupakan tanaman serba guna, dimana luas areal pertanaman aren di Indonesia pada tahun 2002 adalah ha, terutama terdapat di Sumatera Utara, Nanggroe Aceh Darussalam, Sumatera Barat, Bengkulu, Jawa Barat, Banten, Jawa Tengah, Kalimantan Selatan, dan Sulawesi Selatan [5].Dalam hal ini, penggunaan aren hanya terbatas pada nira dan ijuknya sehingga bagian lainnya yang termasuk biomassa dibuang dan menjadi limbah pertanian.pemanfaatan biomassa ini dapat berupa konversi menjadi briket. Dari penelitian dapat diambil contoh perhitungan estimasi biaya bahan baku briket pelepah aren sebagai berikut : Pelepah aren : 1 kg Rp 600 a /kg = Rp 600,00 Tepung tapioka : 72 g Rp 7500 b /kg = Rp 540,00 Kapur : 14,4 g Rp c /kg = Rp 72,00 + Total = Rp 1.212,00 Di pasaran, briket arang rumah tangga yang dijual berasal dari tempurung kelapa dimana harganya Rp 7.500,00 Rp 8.500,00 d per kg. Harga tersebut merupakan harga produksi briket mulai dari bahan baku, peralatan, dll. Jadi, untuk membandingkan biaya keseluruhan pembuatan briket pelepah aren harus pula memperhitungkan biaya peralatannya. Keterangan sumber : a. estimasi harga kayu bakar karena tidak ditemukan harga pelepah aren b. diakses pada 30 Maret 2015 pukul WIB c. diakses pada 30 Maret 2015 pukul WIB d. diakses pada 30 Maret 2015 pukul WIB 14