PENGARUH SUHU PIROLISIS TERHADAP PRODUKSI BIO-CHAR DARI PIROLISIS TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH SUHU PIROLISIS TERHADAP PRODUKSI BIO-CHAR DARI PIROLISIS TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) SKRIPSI Oleh PAULUS ROB SUGANDI DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 PENGARUH SUHU PIROLISIS TERHADAP PRODUKSI BIO-CHAR DARI PIROLISIS TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) SKRIPSI Oleh PAULUS ROB SUGANDI SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DESEMBER 2016

3

4

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Produksi Bio-char dari Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari banyak pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT., selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik. 2. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si., selaku Dosen Penguji dan Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,, yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT., selaku koordinator skripsi. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, Desember 2016 Penulis Paulus Rob Sugandi iv

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada pihak-pihak yang telah memberikan dukungan doa dan moril, antara lain : 1. Kedua orang tua penulis, A. Sitohang dan T. Manik, yang memberikan doa dan dukungan selama studi sarjana, dan penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT., yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si., yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi ini. 4. Kaka, abang dan adik penulis, Elfrida Sitohang, Iro Ganda Sitohang, Desmon Siboro dan David Sitohang yang memberi dukungan dalam penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi. 5. Teman-teman Teknik Kimia USU 2010, terutama kepada Rio Aruan, Bill Clinton S., Toni Pahri, Torasman, dan Westryan, yang memberi dukungan dalam penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi. 6. Para Staff LPPM USU Unit Biogas, terutama kepada Abang Zuliadi, Abang Eka Adiputra, dan Abang Dedi Anwar, yang memberi dukungan dalam penyelesaian penelitian dan penulisan skripsi. v

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Paulus Rob Sugandi NIM : Tempat/tgl lahir : Bekasi, 18 Maret 1992 Nama Orang Tua : A.Sitohang Alamat Orang Tua : Jalan Lumbu Timur 1F No 157 Rawa Lumbu, Bekasi, Jawa Barat Asal Sekolah SD Katolik Santa Lusia Bekasi tahun SMP Negeri 16 Bekasi tahun SMA Negeri 13 Jakarta tahun Beasiswa yang pernah diperoleh : 1. Beasiswa Bantuan Mahasiswa Tahun Pengalaman Organisasi/kerja : 1. HIMATEK FT USU periode sebagai anggota Bidang Bakat dan Minat vi

8 ABSTRAK Bio-char adalah produk padatan dari pirolisis biomassa yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Penelitian ini bertujuan untuk konversi tandan kosong kelapa sawit (TKKS) menjadi bio-char melalui pirolisis. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan karakteristik bio-char dengan pengaruh suhu pirolisis. Metodologi penelitian meliputi pencacahan TKKS, penggilingan TKKS, peletisasi, pirolisis, dan pengujian bio-char. Variabel tetap adalah massa pelet (25 gram) dan waktu (30 menit), variabel berubah adalah suhu pirolisis, yaitu : 250, 275, 300, 325, 350, 375 dan 400 o C. Pengujian yang dilakukan terhadap biochar adalah analisa yield, moisture content, volatile matter content, kadar abu, fixed carbon, bulk density dan nilai kalor. Hasil yield bio-char semakin menurun dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana yield tertinggi adalah 47,315 % dan terendah adalah 35,596 %. Hasil moisture content semakin menurun dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana moisture content tertinggi adalah 5,280 % dan terendah adalah 2,0781 %. Hasil volatile matter content semakin menurun dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana volatile matter contenttertinggi adalah 45,344 % dan terendah adalah 32,933 %. Hasil kadar abu berbanding lurus dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana kadar abu tertinggi adalah 19,498 % dan terendah adalah 15,712 %. Hasil fixed carbon berbanding lurus dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana fixed carbon tertinggi adalah 48,088 % dan terendah adalah 33,663 %. Hasil bulk density semakin menurun dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana bulk density tertinggi adalah 0,786 gr/cm 3 dan terendah adalah 0,664 gr/cm 3. Hasil nilai kalor berbanding lurus dengan meningkatnya suhu pirolisis, dimana nilai kalor tertinggi adalah J/gr dan terendah adalah J/gr. Kata kunci: biomassa, TKKS, pelet, pirolisis, bio-char ii

9 ABSTRACT Bio-char is solid product formed by biomass pyrolysis and it can be used as a fuel.. This studies aims to convert Empty Fruit Bunch (EFB) into bio-char through pyrolysis. As for the spesific purpose of this study is to obtain characteristic data with the influence of pyrolysis temperature. The research methodology includes, EFB shredding, EFB grinding, peletization, pyrolysis, and bio-char testing. Fixed variables are pellet mass (25 grams) and time (30 minute), changed variable is pyrolysis temperature (250, 275, 300, 325, 350, 375 and 400 o C). Tests conducted on bio-char are yield, moisture content, volatile matter content, ash content, fixed carbon, bulk density and caloric value analysis. Bio-char yield is decreased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest yield was % and the lowest was %. Bio-char moisture content is decreased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest moisture content was % and the lowest was %. Bio-char volatile matter content is decreased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest volatile matter content was % and the lowest was %. Bio-char ash content is increased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest ash content was % and the lowest was %. Bio-char fixed carbon is increased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest fixed carbon was % and the lowest was %. Bio-char bulk density is decreased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest bulk density was gr/cm 3 and the lowest was gr/cm 3. Bio-char heating value is increased with pyrolysis temperature increasing, which is the highest heating value was 23,701 J/gr and the lowest was 19,977 J/gr. Keywords : EFB, peletization, pellet, pyrolysis, bio-char viii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii PENGESAHAN iii PRAKATA iv DEDIKASI v RIWAYAT HIDUP PENULIS vi ABSTRAK vii ABSTRACT viii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR TABEL xiv DAFTAR LAMPIRAN xvi DAFTAR SINGKATAN xviii DAFTAR SIMBOL xix BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA KONSUMSI ENERGI DUNIA TANAMAN KELAPA SAWIT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) BIOMASSA PIROLISIS PRODUK PIROLISIS Bio-char Bio-oil 16 ix

11 2.6.3 Gas PELETISASI PENGGUNAAN TKKS SEBAGAI BAHAN BAKU PROSES PIROLISIS 19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN ALAT DAN BAHAN Bahan Peneliitian Peralatan Penelitian PROSEDUR PENELITIAN Peletisasi Bahan Baku Pirolisis Pelet TKKS Analisa Moisture Content Bahan Baku dan Bio-char Analisa Volatile Matter Bahan Baku dan Bio-char Analisa Kadar Abu Bahan Baku dan Bio-char Analisa Fixed Carbon Bahan Baku dan Bio-char Analisa Bulk Density Bahan Baku dan Bio-char Analisa Nilai Kalor Bio-char FLOWCHART PENELITIAN Flowchart Peletisasi Bahan Baku 32 2 Flowchart Pirolisis Pelet TKKS 33 3 Flowchart Analisa Moisture Content Bahan Baku dan Bio-char 34 4 Flowchart Analisa Volatile Matter Bahan Baku dan Bio-char 35 5 Flowchart Analisa Kadar Abu Bahan Baku dan Bio-char 36 6 Flowchart Analisa Fixed Carbon Bahan Baku dan Bio-char 37 7 Flowchart Analisa Bulk Density Bahan Baku dan Bio-char 38 8 Flowchart Analisa Nilai Kalor Bio-char SPESIFIKASI PERALATAN 40 1 Spesifikasi Alat Pencetak Pelet 40 2 Spesifikasi Unit Reaktor Pirolisis 42 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN DESAIN PERALATAN 45 x

12 4.1.1 Alat Pencetak Pelet Unit Reaktor Pirolisis KARAKTERISTIK BAHAN BAKU DAN PRODUKSI BIO-CHAR 52 TKKS Tercabik 52 Pelet TKKS 53 Bio-char PENGARUH SUHU TERHADAP YIELD, MOISTURE CONTENT, VOLATILE MATTER, KADAR ABU, FIXED CARBON, BULK DENSITY, NILAI KALOR DARI BIO-CHAR 55 Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Yield dari Bio-char 55 Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Moisture Content dari Biochar 56 Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Volatile Matter dari Bio-char 57 Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Kadar Abu dari Bio-char 58 Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Fixed Carbon dari Bio-char 59 Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Bulk Density dari Bio-char 60 Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Nilai Kalor dari Bio-char PERBANDINGAN KARAKTERISASI BIO-CHAR PERBANDINGAN NILAI KALOR BIO-CHAR 63 Perbandingan Nilai Kalor Bio-Char dengan Hasil Penelitian 63 Terdahulu Perbandingan Nilai Kalor Bio-Char dengan Bahan Bakar Fosil PERBANDINGAN ENERGI PRODUK BIO-CHAR DENGAN DAYA PRODUKSI BIO-CHAR 64 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 67 DAFTAR PUSTAKA 68 LAMPIRAN 1 72 LAMPIRAN 2 78 LAMPIRAN 3 81 LAMPIRAN 4 88 xi

13 xii

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) 10 Gambar 2.2 Presentasi Produk Limbah Sawit Terhadap Tandan Buah 10 Segar (Basis Kering) Gambar 2.3 Baled Straw 13 Gambar 2.4 Pelet Kayu 14 Gambar 2.5 Skema Alat Percobaan Pirolisis 16 Gambar 2.6 Skema Unit Reaktor Pirolisis Kontinu 23 Gambar 3.1 Flowchart Peletisasi Bahan Baku TKKS 32 Gambar 3.2 Flowchart Pirolisis Pelet TKKS 33 Gambar 3.3 Flowchart Analisa Moisture Content Bio-char 34 Gambar 3.4 Flowchart Analisa Volatile Matter Content Bio-char 35 Gambar 3.5 Flowchart Analisa Kadar Abu Bio-char 36 Gambar 3.6 Flowchart Analisa Fixed Carbon Bio-char 37 Gambar 3.7 Flowchart Analisa Bulk Denisty Bio-char 38 Gambar 3.8 Flowchart Analisa Nilai Bakar Bio-char 39 Gambar 4.1 Alat Pencetak Pelet Tampak Depan 45 Gambar 4.2 Alat Pencetak Pelet Tampak Samping 47 Gambar 4.3 Alat Pencetak Pelet Tampak Belakang 47 Gambar 4.4 Desain Lengkap Unit Reaktor Pirolisis 51 Gambar 4.5 Proses Pencacahan dan Penggilingan TKKS 52 Gambar 4.6 Proses Peletisasi TKKS 54 Gambar 4.7 Proses Pirolisis Pelet TKKS 54 Gambar 4.8 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap yield bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 56 Gambar 4.9 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap moisture content bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 57 Gambar 4.10 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap volatile matter bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 58 Gambar 4.11 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap kadar abu daripada bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 59 xii

15 Gambar 4.12 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap fixed carbon daripada bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 60 Gambar 4.13 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap bulk density daripada bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 61 Gambar 4.14 Grafik hasil analisa pengaruh suhu terhadap nilai kalor daripada bio-char pada waktu pirolisis 30 menit 62 Gambar L3.1 Proses Pencacahan dan Penggilingan TKKS 81 Gambar L3.2 Alat Peletisasi TKKS 82 Gambar L3.3 Unit Reaktor Pirolisis 86 Gambar L3.4 Alat kalorimeter Bom 87 Gambar L4.1 Hasil Analisa Nilai Kalor TKKS 88 Gambar L4.2 Hasil Analisa Nilai Kalor Pelet TKKS 89 Gambar L4.3 Hasil Analisa Nilai Kalor Bio-char 91 xiii

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pirolisis menggunakan TKKS 2 Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian Penggunaan Biomassa pada Pembuatan Bio-char 3 Tabel 2.1 Jumlah Cadangan Minyak Dunia 6 Tabel 2.2 Jumlah Produksi Minyak Dunia 7 Tabel 2.3 Perbandingan Konsumsi Minyak Dunia dengan Pendapatan Per Kapita Tahun Tabel 2.4 Konsumsi Energi Terbarukan Dunia 7 Tabel 2.5 Data Perkembangan Distribusi Perkebunan Kelapa Sawit (ha) di Indonesia 8 Tabel 2.7 Perkembangan Luas Lahan (ha) dan Produksi TBS (Tandan Buah Segar) (ton) Kelapa Sawit di Provinsi Sumatera Utara ( ) 9 Tabel 2.8 Analisis Elemental dan Proximate dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (Berdasarkan Basis Berat Kering) 10 Tabel 2.9 Komposisi Kimia dari TKKS Berdasarkan Basis Berat Kering 11 Tabel 2.10 Estimasi Produksi CPO dan Limbah dari Pabrik Kelapa Sawit (ton) di Indonesia pada Rentang Waktu Tabel 2.11 Estimasi Produk CPO dan Limbah Sawit (ton/hari) untuk Masa Operasional 24 jam/hari 12 Tabel 2.12 Metode Pirolisis dan Variannya 14 Tabel 2.13 Spesifikasi Standar Ekspor Produk Char 15 Tabel 2.14 Metode Standard Sifat-Sifat dari Produk Bio-oil 17 Tabel 2.15 Nilai bulk densities dan heating values dari proses densifikasi 18 Tabel 2.16 Karakteristik Bio char dengan Variasi Temperatur 20 Tabel 2.17 Hasil Pengaruh Temperatur terhadap Yield Bio-char 20 Tabel 2.18 Hasil Pengaruh Temperatur terhadap Yield Bio-char 21 Tabel 2.19 Konsentrasi P dan K dalam Tanah dengan Berbagai Jenis Biochar 21 Tabel 2.20 Hasil Pengaruh Temperatur terhadap Yield Produk dengan Laju xiv

17 Pemanasan 30 o C/menit dan Ukuran Partikel μm 22 Tabel 2.21 Hasil Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap Yield Produk dengan Laju Pemanasan 30 o C/menit dan Suhu 500 o C 22 Tabel 2.22 Pengaruh Laju Pemanasan Terhadap Yield Produk dengan Ukuran Partikel μm dan Suhu 500 o C 22 Tabel 2.23 Hasil Yield Bio-oil dengan Pengaruh Laju Screw Umpan 24 Tabel 2.24 Persentasi Distribusi Jenis Gas Diperoleh dengan Pengaruh 25 Temperatur Tabel 4.1 Komponen Alat Peletisasi dan Fungsinya 46 Tabel 4.2 Detail Desain Unit Reaktor Pirolisis 48 Tabel 4.3 Karakterisasi TKKS Tercabik 52 Tabel 4.4 Karakterisasi Pelet TKKS 53 Tabel 4.5 Data Hasil Penelitian Pengaruh Suhu (250, 275, 300, 325, 350, 375 dan 400 o C) pada waktu 30 menit terhadap karakteristik bio char dengan massa sampel 25 gram 55 Tabel 4.6 Perbandingan Karakterisasi Bio char yang dihasilkan dari pelet TKKS dan pelet Sawdust 63 Tabel 4.7 Data Perbandingan Nilai Kalor Bio-char 63 Tabel 4.8 Perbandingan Nilai Kalor Bio-char dengan Bahan Bakar Fosil 64 Tabel L1.1 Data Hasil Karakterisasi TKKS Tercabik 72 Tabel L1.2 Data Hasil Karakterisasi Pelet TKKS 72 Tabel L1.3 Data Hasil Analisa Yield Bio char 72 Tabel L1.4 Data Hasil Analisa Kadar Air Bio char 73 Tabel L1.5 Data Hasil Analisa Kadar Abu Bio char 73 Tabel L1.6 Data Hasil Analisa Volatile Matter Bio char 74 Tabel L1.7 Data Hasil Analisa Fixed Carbon Bio char 74 Tabel L1.8 Data Hasil Analisa Bulk Density Bio char 75 Tabel L1.9 Data Hasil Analisa Nilai Kalor Bio char 75 Tabel L1.10 Data Hasil Perbandingan Karakteristik Bio char Pelet TKKS dan Pelet Sawdust 75 Tabel L1.11 Foto Hasil Penelitian Pengaruh Suhu Pada Produksi Bio Char dari Pirolisis TKKS 76 xv

18 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 DATA PENELITIAN 72 L1.1 Data Hasil Karakterisasi TKKS Tercabik 72 L1.2 Data Hasil Karakterisasi Pelet TKKS 72 L1.3 Data Hasil Yield Bio-char 72 L1.4 Data Hasil Analisa Kadar Air Bio-char 73 L1.5 Data Hasil Analisa Kadar Abu Bio-char 73 L1.6 Data Hasil Analisa Volatile Matter Bio-char 74 L1.7 Data Hasil Analisa Fixed Carbon Bio-char 74 L1.8 Data Hasil Analisa Bulk Density Bio-char 75 L1.9 Data Hasil Analisa Nilai Kalor Bio-char 75 L1.10 Data Hasil Perbandingan Karakterisasi Bio-char 75 L1.11 Foto Hasil Penelitian Pengaruh Suhu Pada Produksi Bio-char Dari Pirolisis TKKS 76 Lampiran 2 CONTOH PERHITUNGAN 78 L2.1 Perhitungan Yield Bio-char 78 L2.2 Perhitungan Uji Kadar Air Sampel (TKKS Tercabik, Pelet TKKS dan Bio-char) 78 L2.3 Perhitungan Uji Kadar Abu Sampel (TKKS Tercabik, Pelet TKKS dan Bio-char) 78 L2.4 Perhitungan Uji Volatile Matter Sampel (TKKS Tercabik, Pelet TKKS dan Bio-char) 79 L2.5 Perhitungan Uji Fixed Carbon Sampel (TKKS Tercabik, Pelet TKKS dan Bio-char) 79 L2.6 Perhitungan Uji Bulk Density Sampel (TKKS Tercabik, Pelet TKKS Dan Bio-char) 79 L2.7 Perhitungan Energi Yang Dibutuhkan Untuk Produksi Bio-Char 80 Lampiran 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 81 L3.1 Dokumentasi Pencacahan Dan Penggilingan TKKS 81 xvi

19 L3.2 Alat Peletisasi TKKS 81 L3.3 Unit Reaktor Pirolisis 83 L3.4 Alat Bom Kalorimeter 86 Lampiran 4 HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN INSTRUMEN 88 L4.1 Hasil Analisa Nilai Kalor TKKS 88 L4.2 Hasil Analisa Nilai Kalor Pelet TKKS 89 L4.3 Hasil Analisa Nilai Kalor Bio-char 90 xvii

20 DAFTAR SINGKATAN ANOVA ASTM CPO GC Mtoe OECD PAH PVC PKS POME TBS TCD MC TKKS Analysis Of Variance American Society for Testing and Material Crude Palm Oil Gas Chromatography Million tonnes of oil equivalent Organization for Economic Co-operation and Polysiclic Aromatic Hydrocarbon Polivinil Klorida Pabrik Kelapa Sawit Palm Oil Mill Effluent Tandan Buah Segar Thermal Conductivity Detector Moisture Content Tandan Kosong Kelapa Sawit xviii

21 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Massa jenis gram/cm 3 W1 Berat cawan kosong gram W2 Berat awal cawan + sampel gram W3 Berat akhir cawan + sampel gram xix