RENDEMEN TAR DALAM PIROLISIS SAMPAH KOTA DENGAN KOMPOSISI ORGANIK/ANORGANIK (50/50% w/w)

Transkripsi

1 JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA (JKPK), Vol 1, No 3, Desember.216 Program Studi Pendidikan Kimia Universitas Sebelas Maret halaman ISSN RENDEMEN TAR DALAM PIROLISIS SAMPAH KOTA DENGAN KOMPOSISI ORGANIK/ANORGANIK (5/5% w/w) Anggreini Beta Citra Dewi 1, Dwi Aries Himawanto 2, Mohammad Masykuri 1*,3 1 Program Studi Ilmu Lingkungan, UNS, Surakarta, Indonesia 2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, UNS, Surakarta, Indonesia 3 Program Studi Pendidikan Kimia,Pascasarjana, UNS, Surakarta, Indonesia Keperluan korespondensi, dwi_ah@yahoo.com Received: 27 July 216 Accepted: December 6, 216 Online Published: December 3, 216 ABSTRAK Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui rendemen tar yang dihasilkan dalam pirolisis sampah kota terseleksi 5/5 % organik/anorganik. Penelitian diawali dengan pengumpulan dan penyiapan bahan baku. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampah kota terseleksi yang terdiri dari styrofoam, komponen berbahan dasar biomass (daun pisang), komponen berbahan dasar bomass (bambu), dan pembungkus makanan ringan, dimana jenis sampah yang digunakan adalah sampah yang belum terolah secara maksimal di TPA Putri Cempo Surakarta. bahan baku tersebut kemudian dikeringkan sehingga memiliki kadar air maksimal 1 % dan dihaluskan hingga lolos ukuran 2 mesh.pencampuran bahan baku dengan variasi persentase berat sampah organik dan sampah anorganik, 5 % sampah organik : 5 % sampah anorganik seberat 2 gram. Tahap selanjutnya adalah proses pyrolysis yang dilakukan dalam sebuah fixed bed pyrolyser dengan temperatur akhir yang digunakan adalah 55 C, 65 C dan 75 C. Untuk swept gas digunakan nitrogen dengan laju aliran sebesar 1 ml/menit. Adapun variasi heating yang digunakan 15 C/menit, 25 C/menit, 35 C/menit dan 45 C/menit.Hasil analisis menunjukkan bahwa pada perlakuan heating rate 25 C/menit dan 35 C/menit perlakuan suhu mempengaruhi jumlah rendemen tar. Akan tetapi, Hasil analisis pada heating rate 15 C/menit dan 45 C/menit menunjukkan bahwa interaksi perlakuan suhu dan heating rate tidak berpengaruh nyata terhadap rendemen tar yang dihasilkan, hal ini dikarenakan terjadinya secondary cracking. secondary cracking merupakan reaksi yang tidak diharapkan dalam pembentukan tar. Karena pada reaksi ini senyawa pembentuk tar cenderung mengalami cracking pada suhu tinggi. Hasilnya adalah pembentukan gas. Selain itu Persentase rendemen yang diperoleh juga sangat bergantung pada sistim kondensasi yang di-pakai. Proses kondensasi akan berlangsung optimal apabila air di dalam sistim pendingin dialiri secara konti-nyu sehingga suhu dalam sistim tersebut tidak meningkat. Kata Kunci: Tar, Rendemen, Pirolisis, sampah kota terseleksi ABSTRACT This study was conducted to determine the yield of tar produced in selected municipal waste pyrolysis 5/5% organic / inorganic. The study begins with the collection and preparation of raw 186

2 187 Angraeini et al., Isolasi, Identifikasi raw materials. Raw materials used in this study is a municipal solid waste selected consisting of styrofoam, component-based biomass (banana leaf), a component-based biomass (bamboo), and wrapping snacks, where the type of waste used by sthe waste that has not been treated to the maximum at of TPA putri cempo surakarta. The raw material is then dried so as to have a maximum moisture content of 1% and pulverized to pass the size of 2 mesh. The ratio of raw materials of organic and inorganic waste at 5:5 (w/w) in 2 grams. The next stage is the process of pyrolysis conducted in a fixed bed pyrolyzed with a final temperature that is used is 55 ºC, 65 ºC and 75 ºC. For swept use nitrogen gas at a flow rate of 1 ml / min. The variations in heating use 15 ºC / min, 25 ºC / min, 35 ºC / min and 45 ºC / min.the analysis showed that the treatment of the heating rate of 25 ºC / min and 35 ºC / min temperature treatment affects the amount of tar yield. However, results of the analysis on the heating rate of 15 ºC / min and 45 ºC / minute showed that the interaction of temperature and heating rate is not affected significant the yield of tar produced, this is due to the occurrence of secondary cracking. Secondary cracking an unexpected reaction in the formation of tar. Because in this reaction tar-forming compounds tend to cracking at high temperatures. The result is the formation of gas. Additionally, percentage yield obtained are also very dependent on the condensing system in-use. Optimal condensation process will take place when the water in the cooling system powered by continue so that the temperature in the system is not increased. Keywords: Tar, Yield, Pyrolysis, selected municipal waste Pendahuluan Kota Surakarta merupakan salah satu kota besar di Propinsi di Jawa Tengah dan menjadi daerah pelayanan bagi kawasan hinterland yang meliputi Kabupaten Boyolali, Sukoharjo, Karanganyar, Sragen, Wonogiri, dan Klaten. Kota Surakarta juga ditetapkan sebagai pusat kegiatan nasional dan kawasan andalan propinsi Jawa Tengah, yang menjadi pusat pertumbuhan wilayah Jawa Tengah bagian selatan. Dampak langsung yang dirasakan dari kondisi di atas yaitu adanya berbagai aktifitas sosial maupun ekonomi yang menyebabkan timbulan sampah mencapai rata rata sebesar 265 ton perhari yang bersumber dari sampah rumah tangga, Industri, area perdagangan, pasar, taman dan fasilitas umum lainnya [1]. Sampah merupakan bahan buangan dari kegiatan rumah tangga, komersial, industri atau aktivitas-aktivitas yang dilakukan oleh manusia lainnya. Sampah juga merupakan hasil sampingan dari aktivitas manusia yang sudah tidak terpakai [2]. Sampah kota terseleksi merupakan sampah kota yang tidak terolah secara maksimal di TPA (Tempat Pembuangan Ak-hir Sampah), yang terbagi atas sampah organik dan anorganik, yang terdiri dari steroform, komponen berbahan dasar biomass (daun pisang), komponen berbahan dasar bomass (bambu), dan pembungkus makanan ringan. Kendala dalam pengolahan sampah itu sendiri selain jumlah sampah yang semakin meningkat, lamanya proses pengolahan juga menjadi salah satu faktor. Dari berbagai alternatif pengolahan sampah kota yang dimunculkan, teknologi pirolisis meru-pakan salah satu alternatif yang layak dipertimbangkan. Proses pirolisis atau proses karbonisasi didefinisikan sebagai proses konversi energi secara termokimia (thermal decomposition) tanpa ada oksigen, hasil akhir yang diperoleh adalah tar, char dan gas [3].

3 JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA (JKPK), Vol. 1, No. 3, Bulan Desember 216., hal Pirolisis merupakan proses dekomposisi suatu bahan pada suhu tinggi tanpa adanya udara atau dengan udara terbatas. Proses dekomposisi pada pirolisis ini juga sering disebut dengan devolatilisasi. Produk utama dari pirolisis yang dapat dihasilkan adalah arang (char), minyak, dan gas. Arang yang terbentuk dapat digunakan untuk bahan bakar ataupun digunakan sebagai karbon aktif. Sedangkan minyak yang dihasilkan dapat digunakan sebagai zat additif atau campuran dalam bahan bakar. Sedangkan gas yang terbentuk dapat dibakar secara langsung [4]. Biomassa adalah campuran dari konstituen struktural (hemiselulosa, selulosa dan lignin) dan sejumlah kecil ekstraktif yang masing-masing pyrolyze pada tingkat yang berbeda dan dengan mekanisme dan jalur yang berbeda. Hal ini diyakini bahwa selama reaksi ini berlangsung karbon menjadi kurang reaktif dan membentuk struktur kimia yang stabil, dan akibatnya meningkat energi aktivasi sebagai tingkat konversi biomassa meningkat [5]. Bio-oil atau tar merupakan campuran cairan senyawa oksigen yang mengandung berbagai bahan kimia kelompok fungsional, seperti karbonil, karboksil dan fenolik. Hal ini terdiri dari konstituen be-rupa: air, 25-3% air larut lignin pirolitik, 5-12% asam organik 2-25%, 5-1% hidro-karbon non-polar, 5-1% anhydrosugars, dan 1-25% senyawa oksigen lainnya. Bio-Oil memiliki sifat polar yang tidak mudah bercampur dengan hidrokarbon. Bio-Oil berisi nitrogen kurang dari minyak bumi, dan hampir tidak mengandung komponen logam dan belerang [6]. Produksi bio oil sangat menguntungkan karena dengan pengorvensian bio oil maka akan didapatkan produk berupa bahan bakar minyak bio, misalnya: biokerosene, biodiesel dan lain-lain [6]. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis Rendemen Tar Dalam Pirolisis Sampah Kota Terseleksi rganik/anorganik (5/5 % w/w). Metodologi Penelitian telah dilakukan pada bulan Desember 215 Sampai Febuari 216 di Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Alat yang digunakan dalam produksi tar yaitu Alat uji pirolisis model fixed bed, yang dilengkapi dengan thermocontroller berdaya 1 W dengan kisaran temperatur thermocontroller sampai dengan 1 C. Alat ukur untuk pengambilan data yang meliputi timbangan digital dengan ketelitian,1 gram, thermocouple reader, thermocouple tipe K, anemometer. Serta alat pendukung, yang meliputi mesin penghalus bahan baku bertipe disc mill berdaya 2 HP dan mesin pengayak bahan baku bertipe eksentrik dan dapat diatur kehalusan pengayakannya dengan daya ¼ HP. seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 [7]. Gas Biomassa Tar Char Gambar 1. Produk Biomasa

4 Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampah kota terseleksi yang terdiri dari styrofoam, komponen berbahan dasar biomass (daun pisang), komponen berbahan dasar bomass (bambu), dan pembungkus makanan ringan, dimana jenis sampah yang digunakan adalah sampah yang belum terolah secara maksimal di TPA Putri Cempo Surakarta. Sampah kota terseleksi yang telah dicuci dan dikeringkan hingga kadar airnya tidak lebih dari 1 %, untuk kemudian diuji nilai kalor dengan menggunakan ASTM 215 untuk uji nilai kalor, setelah itu dihaluskan hingga lolos Ukuran saringan 2 mesh. Gambar 2. Skema Alat penelitian (Himawanto, dkk ; 211) Tahap selanjutnya adalah pencampuran bahan baku dengan variasi presentase berat sampah organik dan sampah anorganik, dengan komposisi sampah 5 % sampah organik : 5 % sampah anorganik. Sampah kota terseleksi tersebut kemudian dipirolisis dengan heating rate 15 o C/menit, 25 o C/menit, 35 o C/menit dan 45 o C/ menit sampai pada temperatur akhir 55 C, 65 C dan 75 C. Hasil proses piro-lisis dilakukan analisa terhadap rendemen tar. Untuk menghitung rendemen tar hasil pirolisis dengan cara ditimbang bobot botol warna gelap yang bersih, lalu diisi asap cair. Kemudian botol yang berisi asap cair ditimbang lagi dengan teliti. Selanjutnya ditentukan rendemennya dengan formula berikut : Atau

5 JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA (JKPK), Vol. 1, No. 3, Bulan Desember 216., hal Dimana A adalah berat Tar setelah pirolisis, dan B adalah berat bahan baku sebelum pirolisis [8]. Hasil dan Pembahasan Setelah dilakukan proses pirolisis Sampah Kota Terseleksi dengan Variasi Heating rate (15 C/menit, 25 C/menit, 35 C/menit dan 45 C/menit ) dan temperatur akhir (55 C, 65 C dan 75 C), maka didapatkan massa tar sebagai berikut pada tabel 1. Rendemen merupakan salah satu parameter yang penting untuk mengetahui hasil dari suatu proses. Setelah dilakukan proses pirolisis sampah kota terseleksi pada suhu reaktor 55 C, 65 C dan 75 C dan didapatkan massa tar seperti yang disajikan pada tabel 1, maka dapat dihitung rendemen tar seperti gambar 3. Gambar 3. Rendemen tar pirolisis Sampah Kota 5% Organik No Tabel 1. Massa Tar hasil pirolisis sampah kota Komposisi Sampah Kota Temperatur Akhir Heating Rate Tar (gram) Char (gram) 1 15 C/mnt 28,7 64, C 25 C/mnt 3,9 51, C/mnt 37,5 48, C/mnt 27,4 75,6 5 5 % Organik : 5 15 C/mnt 5,9 59,1 6 % Anorganik C C/mnt 41,2 45,6 7 (2 gram) 35 C/mnt 42,6 61, C/mnt 43,2 5, C/mnt 44, C C/mnt 51,37 79, C/mnt 44,1 85, C/mnt 18,8 44,8

6 191 Angraeini et al., Isolasi, Identifikasi Dari Gambar 3 menunjukkan heating rate 15 C/menit terlihat bahwa jumlah rendemen tar paling besar pada suhu akhir 65 C jumlah rendemen tar, dimana jumlah tar yang dihasilkan sebesar 25,45% dan terendah pada suhu akhir 55 C sebesar 14,35 %. Penurunan rendemen tar Pada reaktor 75 C disebabkan karena secondary cracking. Proses secondary cracking yang terjadi selain diduga dikarenakan proses pirolisis dilakukan pada sampel yang cukup banyak, dikarenakan juga peningkatn temperatur pirolisis menghasilkan hasil gas yang lebih banyak dan hasil tar yang menurun. Penjelasan dari fenomena ini adalah bahwa temperatur yang lebih tinggi meningkarkan pemecahan tar [9]. Cracking produk utama dalam proses pirolisis lambat terjadi karena waktu tinggal yang tinggi sehingga dapat mempengaruhi kualitas dan rendemen bio-oil. Selain itu, lamanya waktu tinggal dan transfer panas yang rendah menuntut masukan energi ekstra [ 9, 1]. Karena telah tercracking, metaplast kembali bersifat radikal dan begabung menjadi senyawa dengan berat molekul yang lebih besar. Reaksi inilah yang dapat memicu pembentukan coke dan meningkatkan perolehan char. Selain itu ketika laju pemanasan dinaikan jumlah dari gas seperti CO, CO2, CH4 dan lainnya meningkat. Ini menandakan bahwa pada laju pemanasan yang lebih tinggi cenderung menghasilkan gas hidrokarbon. Pada heating rate 25 C/menit, kenaikan jumlah rendemen tar terlihat jelas. Pada temperatur akhir 55 C jumlah rendemen tar sebesar 15,45 %, kemudian meningkat pada temperatur akhir 65 C menjadi 2,6%, dan pada temperatur akhir 75 C jumlah cairan tar tertinggi sebanyak 25,68%. Dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur akhir dinding reaktor maka tar yang dihailkan juga semakin meningkat. Hal ini sesuai dengan Karaosmonaglu, dkk menurut Karaosmonaglu, dkk temperatur adalah faktor yang sangat penting pada hasil pirolisis [11]. Ketika laju pemanasan bertambah maka hasil dari char akan menurun sehingga meningkatkan pro-duksi tar [12]. Hasil rendemen tar pada heating rate 35 C/menit tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan pada temperatur 55 C, 65 C dan 75 C hal tersebut sesuai dengan pernyataan Karaosmonaglu, dkk bahwa variasi laju pemanasan tidak secara langsung mempunyai pengaruh yang khusus pada hasil pirolisis [11]. Akan tetapi pada heating rate 35 C/menit tidak terjadi reaksi secondary cracking. Hal ini dikarenakan proses pirolisis yang dilakukan dengan laju pemanasan yang tinggi, membuat waktu tinggal reaksi yang singkat dapat mencegah pembentukan reaksi sekunder. Sehingga perolehan gas primer yang merupakan gas yang dapat dikondensasikan menjadi tar semakin banyak [13]. Pada heating rate 45 C/menit jumlah rendemen tar terendah terjadi pada tempe-ratur akhir 75 C, yaitu sebesar 9,4 %. Semakin tinggi suhu pirolisis dapat mengakibatkan secondary cracking, sehingga gas yang dihasilkan lebih tinggi dan hasil tar dan atau char lebih rendah [8].

7 JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA (JKPK), Vol. 1, No. 3, Bulan Desember 216., hal Hal ini dikarenakan Cross-linking atau reaksi sekunder merupakan reaksi yang tidak diharapkan dalam pembentukan tar. Karena pada reaksi ini senyawa pembentuk tar cenderung mengalami cracking pada suhu tinggi. Hasilnya adalah pembentukan gas [14]. Retak termal adalah pemecahan molekul tar menjadi gas ringan yang disebabkan oleh suhu tinggi. suhu tinggi mempengaruhi stabilitas tar yang memungkinkan konversi menjadi zat lain. Anis & Zainal (211) menyimpulkan tentang rentang temperatur tar untuk mengalami termal retak adalah antara 7 dan 125 C. Untuk dekomposisi efektif berarti tambahan yang diperlukan seperti meningkatkan waktu tinggal gas, langsung menghubungi gas dengan permukaan independen dipanaskan atau menambahkan udara atau oksigen [15]. KESIMPULAN Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan bahwa pada perlakuan heating rate 25 C/menit dan 35 C/menit perlakuan suhu mempengaruhi jumlah rendemen tar. Akan tetapi, Hasil analisis pada heating rate 15 C/menit dan 45 C/menit menunjukkan bahwa interaksi perlakuan suhu dan heating rate tidak berpengaruh nyata terhadap rendemen tar yang dihasilkan, hal ini dikarenakan terjadinya secondary cracking. secondary cracking merupakan reaksi yang tidak diharapkan dalam pembentukan tar. Karena pada reaksi ini senyawa pembentuk tar cenderung mengalami cracking pada suhu tinggi. Hasilnya adalah pembentukan gas. Reaksi inilah yang dapat memicu pembentukan coke dan meningkatkan perolehan char. Selain itu ketika laju pemanasan dinaikan jumlah dari gas seperti CO, CO2, CH4 dan lainnya meningkat. Ini menandakan bahwa pada laju pemanasan yang lebih tinggi cenderung menghasilkan gas hidrokarbon. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Teman-teman Ilmu Lingkungan angkatan 214 yang telah memberikan dukungan dalam penyusunan naskah ini. Serta kepada Kepala Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin UNS, dan Adik-adik asisten teknik mesin yang telah memberi bantuan sehingga penelitian dapat berjalan dengan lancar dan selesai. DAFTAR RUJUKAN [1] Pemerintah Kota Surakarta. 21. Peraturan Daerah Kota Surakarta Nomor 3 Tahun 21 Tentang Pengelolaan Sampah. Dinas Kebersihan dan Pertamanan Surakarta. [2] Purwendro, S. dan Nurhidayat., 26. Mengolah Sampah untuk Pupuk Pestisida Organik. Jakarta : Penebar Swadaya. [3] Di Blasi, C. 28. Modeling Chemical and Physical Processes of Wood and Biomass Pyrolisis. Elsevier : Progress in Energy and Combustion Science 34 (28) [4] A.S Chaurasia., B.V, Babu. 25. Modeling & Simulation of Pyrolysis of Biomass: Effect of Thermal Conductivity, Reactor Temperatur and Particle Size on Product Consentrations. Pilani, India.

8 193 Angraeini et al., Isolasi, Identifikasi [5] Demirbas, Ayhan. 24. Determination of Calorific Values of Bio-Chars and Pyro-Oils from Pyrolysis of Beech Trunkbarks. [6] Journal of analytical and Aplied Pyrolysis J. Anal. Appl. Pyrolysis 72 (24) [7] Hambali, E. 27. Teknologi Bioenergi. Bogor : PT. Agromedia Pustaka. [8] Himawanto, Dwi A., Indarto, Harwin Saptoadi dan Tri Agung Rohmat Karakteristik dan Pendekatan Kinetika Global Pada Pirolisis Lambat Sampah Kota Terseleksi. Reaktor, Vol. 13 No. 3, Juni 211. [9] Maiti,S., S. Dey, S. Purakayastha, and B. Ghosh. 26. Physical and thermochemical characterization of rice husk char as a potential biomass energy source. Bioresour. Technol. 97(16): [1] Zanzi, R., X, Bal, et al. 21. Pyrolysis of Biomass in Presence of Steam for Preparation of Actovated Carbon, Liquid and Gaseous of Biomass. Renewable Energy, 1481(96), [15] Zhang Li, Shaoping Xu, Wei Zhao, Shuqin Liu 27. Co-pyrolysis of biomass and coal in a free fall reactor. Fuel. Vol. 86. hal [16] Speight, J.G The Chemistry and Technology of Coal. Third Edition. CRC PressTaylor & Francis Group, New York. [17] Anis, S. & Zainal, Z. A. (211). Tar Reduction in Biomass Producer Gas via Mechanical, Catalytic and Thermal Methods: A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(5), [18] Zanzi, R., X, Bal, et al. 21. Pyrolysis of Biomass in Presence of Steam for Preparation of Actovated Carbon, Liquid and Gaseous Product. 6th World Congress of Chemical Engineering. Melbourne, Australia. [11] Product. 6th World Congress of Chemical Engineering. Melbourne, Australia. Demirbas, A.H. 25. Yields and heating values of liquids and chars from spruce trunkbark pyrolysis. Energy Source Part A 25, 27, [12] Tippayawong, N.; Kinorn, J.; Thavornun, S. 28. Yields and gaseous composition from slow pyrolysis of refuse-derived fuels. Energy Source Part A 28, 3, [13] Karaosmonaglu, F., E. Tetik, et al., Biofuel Production Using Slow Pyrolysis of the Straw and Stalk of the Rapessed Plant. Fuel Processing Technology 59:1-12. [14] Williams, P. T. & Besler, S. (1996). The Influence of Temperature and Heating Rate on the Slow Pyrolysis