PEMBUATAN ASAP CAIR DARI KAYU AKASIA DAN UJI AWAL KEMAMPUANNYA SEBAGAI BAHAN BAKAR CAIR

Transkripsi

1 PEMBUATAN ASAP CAIR DARI KAYU AKASIA DAN UJI AWAL KEMAMPUANNYA SEBAGAI BAHAN BAKAR CAIR Azhary H. Surest*, Mayang Sofia Reza, Debby Priyayi *Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 662 ABSTRAK Asap cair merupakan hasil kondensasi dari pirolisis kayu yang mengandung sejumlah besar senyawa yang terbentuk akibat proses pirolisis komposisi kayu seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin. Dengan menggunakan pirolisis, bahan bakar padat dapat diolah menjadi gas, cairan dan padatan. Teknologi pirolisis yang sederhana adalah pirolisis lambat. Sifat-sifat minyak pirolisis (bio oil) dari biomasa sangat bergantung pada jenis biomasa dan parameter operasi seperti temperatur dan waktu tinggal biomassa dalam reaktor. Pada penelitian ini, asap cair dibuat dengan menggunakan bahan baku kayu akasia (Acacia Mangium Mill). Variasi temperature yang digunakan yaitu 2⁰C, ⁰C dan 4⁰C dengan variasi waktu pengambilan sampel adalah, dan. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa volume asap cair yang paling banyak dihasilkan pada kondisi temperatur 4 C dan waktu. Potensi asap cair untuk menjadi bahan bakar cair cukup memungkinkan melalui hasil uji sederhana, namun diperlukan proses pemisahan yang lebih baik untuk memisahkan komponen zat yang mudah terbakar dan zat yang tidak mudah terbakar. Kata kunci: Asap cair, pirolisis, kayu akasia ABSTRACT Liquid smoke is the result condensation of wood pyroliysis containing a large number of compounds formed by pyrolysis of wood composition such as cellulose, hemicellulose and lignin. By using pyrolysis, solid fuel can be processed into gas, liquid and solids. Properties of pyrolysis oil (bio- oil) from biomass depends on the type of biomass and operating parameters such as temperature and residence time in the reactor biomass. In this research, liquid smoke is made by using acacia woods (Acacia Mangium Mill) as raw materials. Variable temperature to find optimum conditions are 2 ⁰C, ⁰C and 4 ⁰C with variations in sampling time is minutes, minutes and minutes. The result showed that the most liquid smoke volume produced in temperature 4 C and time minutes. Potential of liquid smoke to be liquid enough to allow fuel through the results of a simple test, but needed a better separation process for separating components of combustible materials and flammable substances. Keywords: Liquid smoke, pyrolysis, acacia wood 1. PENDAHULUAN Indonesia merupakan salah satu negara tropis yang memiliki hutan yang sangat luas. Hutan-hutan ini tersebar di seluruh wilayah Indonesia dan menghasilkan kayu yang memiliki banyak manfaat. Salah satu kayu yang jumlahnya melimpah di Indonesia adalah kayu akasia. Pemanfaatan utama dari kayu akasia ini adalah menjadi bahan baku untuk industri pulp and paper yang mengolah bahan baku berupa kayu menjadi pulp (bubur kertas) untuk selanjutnya dibuat menjadi kertas. Asap cair merupakan hasil kondensasi dari pirolisis kayu yang mengandung sejumlah besar Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 213 Page 38

2 senyawa yang terbentuk akibat proses pirolisis konstituen kayu seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin. Identifikasi asap cair dari berbagai macam kayu telah diidentifikasi, dan ternyata setiap bahan baku mempunyai spesifikasi yang hampir sama secara kualitatif. Namun berbeda secara kuantitatif. Komposisi asap dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya jenis kayu, kadar air kayu dan suhu pirolisis yang digunakan (Girard, 1992). Adapun perumusan masalah dari penelitian ini adalah apakah kayu akasia dapat dijadikan bahan baku pembuatan asap cair, Bagaimanakah pengaruh temperatur pada proses pirolisis untuk menghasilkan asap cair, bagaimanakah pengaruh lama waktu pirolisis terhadap jumlah produk asap cair yang didapatkan, dan apakah asap cair dapat menghasilkan nyala api apabila dibakar dengan pembakar Bunsen. Tujuan dari penelitian ini yaitu mengetahui cara mendapatkan asap cair melalui proses pirolisis, untuk mengetahui suhu optimal yang digunakan untuk mendapatkan asap cair dan untuk mendapatkan rendemen asap cair dengan jumlah terbaik melalui proses pirolisis serta mengetahui kemampuan asap cair sebagai bahan bakar dengan cara tes uji nyala. Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut mendorong peneliti lain untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai kemungkinan asap cair dapat dijadikan bahan bakar cair. Memperkaya data penelitian ilmiah mengenai asap cair. Serta dari hasil penelitian ini diharapkan akan memberikan sumbangan ilmu pengetahuan khususnya dibidang pengembangan sumber energi dan teknologi. Hipotesa dari penelitian ini adalah asap cair dapat dihasilkan dari proses pirolisis kayu akasia. Semakin tinggi temperatur pirolisis maka asap cair yang dihasilkan juga semakin banyak. Lama waktu pirolisis dengan jumlah rendemen asap cair yang dihasilkan berbanding lurus. Asap cair yang didapatkan memiliki titik nyala. Ruang lingkup penelitian ini yaitu bahan baku yang digunakan adalah kayu akasia yang tumbuh disekitar lingkungan Universitas Sriwijaya, Indralaya. Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah temperatur pada proses pirolisis dan waktu pirolisis yang digunakan. Proses pirolisis dilakukan di Laboratorium Unit Proses Universitas Sriwijaya dan Analisa Kualitatif Asap Cair dilakukan dalam skala laboratorium di Laboratorium Kimia Fisika dan Laboratorium Politeknik Sriwijaya Palembang. Kayu Akasia Kayu akasia merupakan salah satu jenis pohon yang dapat tumbuh dengan baik di segala cuaca karena jenis pohon ini tidak tergantung pada jenis tanah maupun iklim. Pohon akasia termasuk ke dalam salah satu jenis pohon yang paling umum digunakan dalam program pembangunan hutan tanaman di Asia dan Pasifik. Kayu gubal akasia tipis dan berwarna terang. Serat kayunya lurus hingga bertautan dangkal, teksturnya agak halus dan seragam. Kerapatan kayunya beragam mulai dari 45 hingga 6 kg/m 3. Asap Cair Asap diartikan sebagai suatu suspensi partikel-partikel padat dan cair dalam medium gas. Produksi asap cair merupakan hasil pembakaran yang tidak sempurna yang melibatkan reaksi dekomposisi karena pengaruh panas, polimerisasi, dan kondensasi. Asap yang dihasilkan dari pembakaran kayu keras akan berbeda komposisinya dengan asap yang dihasilkan dari pembakaran kayu lunak. Pirolisis Komponen Bahan Asap Cair a. Pirolisis Selulosa Selulosa adalah bahan kristalin untuk membangun dinding-dinding sel. Bahan dasar selulosa ialah glukosa dengan rumus C 6 H 12 O 6. Molekul-molekul glukosa disambung menjadi molekul-molekul besar, panjang dan berbentuk rantai dalam susunan menjadi selulosa. Selulosa merupakan bahan dasar yang penting bagi industri- industri yang memakai selulosa sebagai bahan baku misalnya: pabrik kertas, pabrik sutra tiruan dan lain sebagainya. Selulosa adalah makromolekul yang dihasilkan dari kondensasi linier struktur heterosiklis molekul glukosa. Selulosa terdiri dari 1-1 unit glukosa. Selulosa terdekomposisi pada temperatur 28 o C dan berakhir pada -35 o C. 1. Pirolisis Hemiselulosa Hemiselulosa dapat tersusun oleh gula yang bergugus cincin lima dengan rumus C 5 H 1 O 5 disebut pentosan atau gula bergugus cincin enam C 6 H 12 O 6 disebut hexosan. Zat-zat ini terdapat sebagai bahan bangunan dinding-dinding sel juga sebagai bahan zat cadangan. c. Pirolisis Lignin Lignin merupakan bagian yang termasuk non-karbohidrat, sebagai persenyawaan kimia yang jauh dari sederhana, tidak berstruktur, bentuknya Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 213 Page 39

3 amorf. Dinding sel tersusun oleh suatu rangka molekul selulosa, antara lain terdapat pula 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 lignin berperan penting dalam memberikan aroma asap produk asapan. Senyawa ini adalah fenol, eter fenol seperti guaiokol, siringol dan homolog beserta turunannya (Girrard, 1992). Lignin akan mulai terdekomposisi pada temperatur -35 o C dan berakhir pada 4-45 o C. 2. METODOLOGI PENELITIAN Sampel Sampel yang digunakan pada penelitian ini adalah kayu akasia. Alat dan Bahan Alat yang di butuhkan : 1. Reaktor (tempat terjadinya pirolisis kayu) 2. Unit kondensor 3. Beker gelas 4. Erlenmeyer 5. Piknometer 6. Gelas ukur 7. Termokopel digital 8. Kompor 9. Cawan petri 1. Viskometer bola jatuh Bahan yang di butuhkan adalah : 1) Kayu akasia 2) Media pendingin (es batu) 3) Na 2 SO 4 anhidrat Prosedur penelitian Pengambilan contoh Sampel di ambil di sekitar kampus Universitas Sriwijaya Indralaya Proses Pembuatan Asap Cair 1) Siapkan 1 unit kondensor 2) Timbang potongan kayu sebanyak 25 gram 3) Masukkan potongan kayu ke reaktor 4) Hubungkan corong asap dengan kondensor menggunakan selang dan sambungkan termokopel ke reaktor. 5) Nyalakan kompor, tunggu sampai suhu yang diinginkan tercapai dan jaga suhu agar tetap konstan. 6) Hasil kondensasi di tampung di erlenmeyer dan lakukan proses kondensasi sesuai dengan lama pembakaran 7) Catat volume asap cair yang didapat dan timbang arang yang terbentuk Uji Sederhana Asap Cair Untuk Diketahui Kemampuannya sebagai Bahan Bakar Cair 1) Siapkan seluruh sampel yang akan dianalisa di dalam beker gelas sebanyak 2 ml. 2) Tambahkan Na 2 SO 4 anhidrat yang telah dipanaskan di dalam oven untuk menghilangkan kadar air di dalam Na 2 SO 4. 3) Tutup rapat beker gelas tersebut dan didiamkan selama 24 jam. 4) Pisahkan rendemen asap cair yang terbentuk dari campuran menggunakan corong pemisah. 5) Masukkan rendemen asap cair yang telah dipisahkan tersebut ke dalam bunsen. 6) Bakar sumbu bunsen dan amati yang terjadi. 7) Ulangi langkah di atas untuk keseluruhan sampel. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pembuatan Asap Cair Pirolisis merupakan suatu proses dekomposisi material organik dengan panas tanpa menggunakan oksigen. (Septa, 29). Sebelum proses pirolisis dilakukan, perlakuan awal terhadap sampel berupa kayu akasia adalah proses pengeringan dengan cara dijemur dibawah sinar matahari untuk mengurangi kadar air yang terkandung didalam kayu tersebut. Setelah diperoleh berat kering dari sampel selanjutnya kayu tersebut dipotong kecil-kecil agar lebih mudah ditimbang dan dimasukkan ke dalam reaktor. Rentang temperatur yang digunakan dalam proses pirolisis ini yaitu 2⁰C, ⁰C dan 4⁰C. Pada temperatur 2⁰C dan ⁰C sampel kayu tidak seluruhnya terdekomposisi dan menjadi arang. Temperatur optimum yang diperoleh untuk sampel kering kayu akasia ini adalah pada temperatur 4⁰C, dimana pada temperatur ini sampel dapat terdekomposisi secara sempurna dan sebagian berubah menjadi arang. Asap cair yang dihasilkan pada temperatur 4⁰C ini berwarna coklat kehitaman dan jumlahnya paling optimal dibandingkan dengan asap cair pada temperatur 2⁰C dan ⁰C dengan tiap-tiap rentang Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 213 Page 4

4 ml waktu yang sama (, dan ). Jumlah Produk Asap Cair yang Didapatkan Massa arang setelah pirolisis (gr) 2 C C 4 C Gambar 1. Pengaruh waktu dan temperatur pirolisis kayu akasia terhadap volume asap cair Dari gambar diatas terlihat bahwa semakin lama waktu pirolisis, secara umum jumlah asap cair yang dihasilkan mengalami kenaikan. Pada suhu 1⁰C-2⁰C zat yang paling banyak dihasilkan adalah air karena pada suhu ini, kandungan air yang masih terdapat didalam kayu dipanaskan hingga menguap dan terkondensasikan. Pada temperatur ⁰C dan 4⁰C jumlah asap cair yang dihasilkan mengalami kenaikan yang sangat signifikan. Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Maga (1987) pirolisis selulosa terjadi dalam dua jalur. Pada jalur satu terjadi jika temperatur pirolisis yang digunakan di bawah ⁰C, dimana pada jalur ini selulosa akan terdekomposisi dengan mereduksi derajat polimernya melaui pemecahan ikatan, pembebasan air, pembentukan karbonil, karboksil dan gugus-gugus hidropenoksida, pelepasan karbonmoksida dan karbondioksida serta pembentukan residu arang. Sedangkan pada jalur kedua yang terutama terjadi pada temperatur diatas ⁰C, terjadi reaksi pemutusan rantai selulosa menghasilkan tar dan senyawa volatile dengan berat molekul yang rendah. Gambar 2. Pengaruh waktu dan temperatur pirolisis kayu akasia terhadap jumlah massa arang setelah pirolisis Temperatur pada saat pirolisis berdampak signifikan terhadap hasil pirolisis. Semakin tinggi temperature pirolisis maka semakin besar pula pengurangan massa spesimennya dalam hal ini kayu akasia. Pada saat temperature pirolisis 2⁰C pengurangan massa yang terjadi tidak terlalu besar karena pada temperature tersebut, panas hanya dapat menguapkan kadar air yang terkandung didalam spesimen tanpa terjadi dekomposisi pada komponennya. Sedangkan pada temperature pirolisis 4⁰C terjadi pengurangan massa paling besar karena komponen kayu mengalami dekomposisi termal menjadi cair, gas dan padat sehingga massa yang tertinggal didalam reaktor pirolisis menjadi lebih sedikit. Analisa Hasil Berat Jenis Berat jenis adalah perbandingan relatif antara massa jenis suatu zat dengan massa jenis air murni. Grafik dibawah ini menunjukkan pengaruh temperatur terhadap berat jenis dari asap cair. Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 213 Page 41

5 mg KOH/gr cp % gr/ml Gambar 3. Pengaruh Temperatur Terhadap Densitas Asap Cair Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa berat jenis sampel 2 pada temperatur ⁰C memiliki nilai lebih tinggi dibandingkan nilai berat jenis asap cair pada temperatur 2⁰C dan 4⁰C. Viskositas Dibawah ini merupakan grafik yang menunjukkan hubungan antara viskositas atau kekentalan dengan temperatur pirolisis: Berat Jenis 2 C C 4 C Kekentalan Gambar 4. Pengaruh Temperatur Terhadap Kekentalan (Viskositas) Asap Cair Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa viskositas atau kekentalan asap cair naik seiring dengan naiknya temperatur dan semakin lama memiliki nilai yang paling tinggi dibandingkan dengan viskositas asap cair pada temperature ⁰C dan 4⁰C. Kadar Air Dari gambar di bawah ini dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur pirolisis maka kadar air yang terkandung didalam asap cair juga semakin sedikit. Pada temperatur 2⁰C kadar air yang terkandung didalam asap cair cukup besar hal ini disebabkan karena pada temperatur tersebut air menguap dan terkondensasi. Sedangkan pada temperatur ⁰C dan 4⁰C terjadi dekomposisi komponen-komponen bahan organik yang terkandung didalam kayu sehingga menghasilkan asap cair dengan warna yang lebih pekat dan kadar air yang cenderung menurun Gambar 5. Pengaruh Temperatur Terhadap Kadar Air dari Asap Cair Angka Asam Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat gambar dibawah ini yang menunjukkan pengaruh temperatur terhadap nilai angka asam: Gambar 6. Pengaruh Temperatur Terhadap Angka Asam Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur pirolisis maka nilai angka asam juga akan semakin bertambah. Pada penelitian ini nilai angka asam paling tinggi terjadi ketika suhu pirolisis 4 dan waktu pirolisis yaitu 5,679 mgkoh/gr. Angka Penyabunan Kadar Air Angka Asam Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 213 Page 42

6 mg KOH/gr Angka Penyabunan Gambar 7. Pengaruh Temperatur Terhadap Angka Penyabunan Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur pirolisis maka nilai angka penyabunan juga akan semakin bertambah. Pada penelitian ini angka penyabunan yang didapatkan dari masingmasing sampel tidak berbeda jauh. Tetapi angka penyabunan paling tinggi didapatkan ketika suhu pirolisis 4 dan waktu pirolisis yaitu,6743 mgkoh/gr. Uji Sederhana Asap Cair Untuk Diketahui Kemampuannya sebagai Bahan Bakar Cair Uji sederhana yang telah dilakukan adalah masing-masing sampel dimasukkan ke dalam gelas beaker dan ditambahkan dengan senyawa Na 2 SO 4 anhidrat yang bertujuan untuk mengikat molekul-molekul air yang terkandung didalam asap cair tersebut. Kemudian gelas beaker tersebut ditutup dengan rapat dan didiamkan selama 24 jam agar zat-zat pengotor dalam sampel mengendap dan proses pengikatan air berlangsung secara optimal. Tahap selanjutnya adalah pemisahan menggunakan corong pemisah dan diambil rendemen asap cair yang terbentuk. Setelah itu asap cair dicelupkan ke sumbu pembakar Bunsen dan disulut dengan api. Dengan cara ini, nyala api pada sumbu tidak ada namun terjadi letupan-letupan kecil dari molekul air yang masih terkandung didalam sampel. Karena sampel tersebut masih mengandung air, maka dilakukan kembali penambahan senyawa Na 2 SO 4 anhidrat dengan perlakuan yang sama seperti sebelumnya sampai Na 2 SO 4 tidak larut lagi. Kemudian sampel dibakar kembali dengan menggunakan Bunsen dan tetap tidak terdapat nyala api namun letupan-letupan kecil masih terjadi. Hal ini dimungkinkan di dalam sampel tersebut masih banyak terkandung senyawa-senyawa yang sifatnya tidak mudah terbakar yang menyebabkan kecil sekali kemampuan asap cair untuk menghasilkan titik nyala. Oleh karena itu, dibutuhkan metode pemisahan lain yang lebih baik untuk memisahkan komponen yang mudah terbakar dan tidak mudah terbakar didalam asap cair sehingga potensi asap cair untuk dikembangkan menjadi bahan bakar cair dapat tercapai. 4. KESIMPULAN 1) Kayu akasia dapat dijadikan bahan baku untuk pembuatan asap cair. 2) Semakin tinggi temperatur maka semakin banyak volume asap cair yang dihasilkan dari proses pirolisis. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa volume asap yang paling banyak dihasilkan pada sampel nomor 3 dengan kondisi temperatur 4 C. Dan yang paling rendah volumenya adalah pada sampel nomor temperatur 2 C. 3) Semakin lama waktu pirolisis maka semakin banyak pula jumlah asap cair yang didapatkan. Pada penelitian ini dengan kondisi operasi pirolisis diperoleh hasil asap cair yang lebih banyak dibandingkan waktu pirolisis. 4) Berdasarkan hasil penelitian ini, potensi asap cair untuk menjadi bahan bakar cair cukup memungkinkan melalui hasil uji sederhana, namun diperlukam proses pemisahan yang lebih baik untuk memisahkan komponen zat yang mudah terbakar dan zat yang tidak mudah terbakar. DAFTAR PUSTAKA Cahyono dan Sigit, M. 29. Konversi Sampah Organik Menjadi Bio-Oil Melalui Proses Pirolisis dengan Recycle Gas. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada. Darmadji, P. 22. Optimasi Pemurnian Asap Cair dengan Metode Redistilasi. Jurnal Teknologi dan Industri Pangan 13(3), Doll, K.M., Sharma, B. K., Suarez, P.A.Z., Erhan, S.Z. 28. Comparing Biofuels Obtained from Pyrolysis of Soybean Oil or Soapstock with Traditional Soybean Biodiesel: Density, Kinematic Viscosity and Surface Tension. Journal of Energy Fuels. 22, Doni, Marian, Rigel Andoine, dan Subriyer Nasir. 28. Pengaruh Kondisi Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 213 Page 43

7 Operasi pada Pembuatan Asap Cair dari Ampas Tebu dan Serbuk Gergaji Kayu Kulim. Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya: Indralaya. Erro, Sjostrom Kimia Kayu: Dasar-dasar dan Penggunaan. Cetakan kedua. Sastrohamidjojo, H (penerjemah). Universitas Gadjah Mada: Yogyakarta. Fengel, Wegener Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-Reaksi. Cetakan pertama. Sastrohamidjojo, H (penerjemah). Universitas Gadjah Mada: Yogyakarta Fessenden, R. J., dan Fessenden, J.S Kimia Organik. Edisi Ketiga. Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Girrard, J.P Smoking in Technology of Meat Products. Clermont Ferrand. Ellis Horwood, New York pp: 165:25 Kollman, F. P. And Cote, W.A Principles of Wood Science and Technology. Sprenger Verlag, New York Kurniati, Rahmawati. 27. Pembuatan Asap Cair dan Pemurnian. Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya: Palembang Maga, J.A Smoke in Food Processing. CRC Press, Inc. Boca Raton. Florida: 1-3, Mohan, D., Pittman, C., U., Steele, P., H. 26. Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio- Oil: A crtical Review: Jounal of Energy and Fuel. 3, Pszczola, D.E Tour Highlights Production and Uses of Smoke Base Flavors. Food Tech. (49): 7-74 Pranata, J. 27. Pemanfaatan Sabut dan tempurung Kelapa serta Cangkang SAwit untuk Pembuatan Asap Cair. Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Malikkussaleh: Lhokseumawe Solichin, H.M. 22. The Use of Liquid Smoke for Natural Rubber Processing. Balai Penelitian Sembawa: Palembang. Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 213 Page 44