TINJAUAN PUSTAKA. Suprihatin (1999) dan Nisandi (2007) dalam Juhansa (2010), menyatakan

Transkripsi

1 TINJAUAN PUSTAKA Limbah Pertanian Suprihatin (1999) dan Nisandi (2007) dalam Juhansa (2010), menyatakan bahwa berdasarkan asalnya limbah dapat digolongkan sebagai berikut : 1. Limbah organik yaitu sampah yang terdiri dari bahan bahan penyusun tumbuhan dan hewan yang diambil dari alam, atau dihasilkan dari kegiatan pertanian, perikanan atau yang lainnya. Limbah ini dengan mudah diuraikan dalam proses alami. 2. Limbah anorganik yaitu sampah yang berasal dari sumber daya alam tidak dapat diperbaharui seperti mineral dan minyak bumi atau dari proses industri. Beberapa dari bahan ini tidak terdapat di alam seperti plastik dan aluminium. Sebagian zat anorganik secara keseluruhan tidak dapat diuraikan oleh alam, sedang sebagian lainnya hanya dapat diuraikan dalam waktu yang lama. Limbah pertanian merupakan bagian dari tanaman pertanian yang tersisa setelah dipanen atau diambil hasil utamanya. Limbah pertanian dapat berbentuk bahan buangan tidak terpakai dan bahan sisa dari hasil pengolahan seperti tempurung kelapa, serbuk gergaji, sekam padi, ampas tebu, dan jerami (Winarno et al., 1985). Proses penghancuran limbah secara alami berlangsung lambat, sehingga tumpukan limbah dapat mengganggu lingkungan sekitarnya dan berdampak terhadap kesehatan manusia. Melalui pendekatan teknologi, limbah pertanian dapat diolah lebih lanjut menjadi hasil samping yang berguna di samping produk utamanya (Himawanto, 2003). 4

2 Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), di Indonesia banyak dijumpai limbah organik sebagai hasil keluaran dari kegiatan industri dan pertanian. Semua bahan organik yang sudah berbentuk limbah yang telah mengalami perombakan dan masih memiliki sejumlah energi dapat diubah menjadi briket. Briket (bioarang) merupakan smber energi biomassa yang ramah lingkungan dan biodegradable. Briket arang berfungsi sebagai pengganti bahan bakar minyak, baik itu minyak tanah, maupun elpiji. Biomassa ini merupakan sumber energi masa depan yang tidak akan pernah habis, bahkan jumlahnya akan bertambah, sehingga sangat cocok sebagai sumber bahan bakar rumah tangga (Basriyanta, 2007). Sekam Sekam padi merupakan lapisan keras yang membungkus butir gabah, terdiri atas dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan gabah, sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan yang dapat memberi peluang usaha bila diolah lebih lanjut, pembuatan briket adalah salah satu pemanfaatannya. Dari proses penggilingan gabah akan menghasilkan % sekam (Pancapalaga, 2008). Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak, dan energi. Ditinjau dari komposisi kimiawinya, sekam mengandung beberapa unsur penting seperti terlihat pada Tabel 1. Komposisi kandungan kimia, sekam dapat dimanfaatkan untuk: (1) bahan baku industri bahan bangunan, terutama kandungan silika (SiO 2 ) yang dapat digunakan untuk campuran pada pembuatan semen, bahan isolasi, dan

3 campuran pada industri bata merah, dan (2) sumber energi panas karena kadar selulosanya cukup tinggi sehingga dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil. Bahan baku sekam yang akan dipakai untuk produksi briket sebaiknya yang masih baru dan kering. Komposisi kimia sekam dapat dilihat di Tabel 1. Tabel 1. Komposisi Kimia Sekam Komponen Persentase (%) Kadar Air 9,02 Kadar Abu 17,71 Kadar Karbon 1,33 Protein Kasar 3,03 Lemak 1,18 Serat 35,68 Sumber : Balai Penelitian Pascapanen Pertanian (2001) dalam Pancapalaga (2006) Arang sekam memiliki kerapatan jenis (bulk density) 125 kg/m 3, dengan nilai kalori kal/g sekam. Pembakaran sekam akan menghasilkan rendemen arang 75,46 %, kadar air 7,35 %, dan kadar abu 1 % (Nugraha S. dan Setiawati J., 1999 dalam Pancapalaga, 2008). Tempurung Kelapa Tempurung kelapa merupakan bagian dari buah kelapa yang fungsinya secara biologis adalah pelindung inti buah dan terletak di bagian sebelah dalam sabut dengan ketebalan berkisar antara 2-6 mm. Tempurung kelapa dikategorikan sebagai kayu keras tetapi mempunyai kadar lignin yang lebih tinggi dan kadar selulosa lebih rendah dengan kadar air sekitar 6-9 % (Pranata, 2007) Karakteristik tempurung kelapa dapat dilihat di Tabel 2. Tabel 2. Karakteristik Kimia Tempurung Kelapa Komponen Persentase (%) Kadar Air 7,8 Kadar Abu 0,4 Kadar Karbon 18,80 Kadar Zat Menguap 80,80

4 Sumber : Pranata (2007) Tempurung kelapa yang termasuk kayu keras, secara kimiawi memiliki komposisi yang sama dengan kayu yaitu tersusun dari lignin, selulosa dan hemiselulosa. Komposisi kimia tempurung kelapa dapat dilihat di Tabel 3. Tabel 3. Komposisi Kimia Tempurung Kelapa Komponen Persentase (%) Lignin 36,51 Hemiselulosa 19,27 Selulosa 33,61 Sumber : Pranata (2007) Kotoran Sapi Limbah ternak adalah sisa buangan suatu kegiatan usaha peternakan seperti usaha pemeliharaan ternak, rumah potong hewan, dan pengolahan produk ternak. Limbah tersebut meliputi limbah padat dan limbah cair seperti feses, urine, sisa makanan, embrio, kulit telur, lemak, darah, bulu, kuku, tulang, dan tanduk. Berkembangnya usaha peternakan mengakibatkan banyaknya limbah yang dihasilkan, selain menghasilkan feses dan urine, dari proses pencernaan ternak menghasilkan gas metan (CH 4 ) yang cukup tinggi. Gas metan ini adalah salah satu unsur yang diperlukan dalam pembuatan briket. Menurut Lingaiah dan Rajasekaran (1986) dalam Pancapalaga (2008), berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa kotoran sapi mengandung selulosa (22,59 %), hemiselulosa (18,32 %), lignin (10,20 %), total karbon organik (34,72 %), total nitrogen (1,26 %), ratio C:N (27,56:1), P (0,73 %), dan K (0,68 %). Perekat Tapioka Perekat tepung tapioka umum digunakan sebagai bahan perekat pada briket karena banyak terdapat di pasaran, harganya relatif murah, dan cara

5 membuatnya mudah yaitu cukup mencampurkan tepung tapioka dengan air, lalu didihkan. Selama pemanasan tepung diaduk terus agar tidak menggumpal. Warna tepung yang putih akan berubah menjadi transparan setelah beberapa menit dipanaskan dan terasa lengket di tangan. Pemilihan perekat berdasarkan pada, perekat harus memiliki daya rekat yang baik, perekat harus mudah didapat dalam jumlah banyak dan harganya murah, dan perekat tidak boleh beracun dan berbahaya (Subroto, 2006). Menurut Sudrajat dan Soleh (1994) dalam Capah (2007), perekat tapioka dalam penggunaanya menimbulkan asap yang relatif sedikit dibandingkan bahan perekat lainnya. Perekat tapioka akan menghasilkan briket yang nilainya rendah dalam hal kerapatan, keteguhan tekan, kadar abu dan zat mudah menguap, tetapi akan lebih tinggi dalam hal kadar air, kadar karbon dan nilai kalor. Penggunaan perekat tepung tapioka memiliki keuntungan antara lain menghasilkan kekuatan rekat kering yang tinggi. Namun perekat ini memiliki kelemahan, antara lain ketahanan terhadap air rendah, mudah diserang jamur, bakteri dan binatang pemakan pati. Kandungan kimia tepung tapioka dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Komposisi Kimia Tepung Tapioka Komponen Persentase (%) Kadar Air 8-9 Kadar Abu 0,1-0,8 Protein 0,3-1,0 Lemak 0,1-0,4 Serat Kasar Sumber : Kirk dan Othmer (1967) dalam Triono (2006)

6 Karbonisasi Karbonisasi atau pengarangan adalah proses mengubah bahan menjadi karbon berwarna hitam melalui pembakaran dalam ruang tertutup dengan udara yang terbatas atau seminimal mungkin. Proses pembakaran dikatakan sempurna jika hasil pembakaran berupa abu dan seluruh energi di dalam bahan organik dibebaskan ke lingkungan dengan perlahan. Secara ringkas proses karbonisasi dapat ditampilkan dalam bagan (Kurniawan dan Marsono 2008). a. Pembakaran Sempurna Bahan Energi Abu b. Pembakaran Tidak Sempurna Bahan Energi Arang Menurut Hasani (1996) dalam Pancapalaga (2008), proses karbonisasi merupakan salah satu tahap yang penting dalam pembuatan briket. Pada umumnya proses ini dilakukan pada temperatur o C. Karbonisasi merupakan suatu proses pembakaran tidak sempurna dari bahan-bahan organik dengan jumlah oksigen yang sangat terbatas, yang menghasilkan arang serta menyebabkan penguraian senyawa organik yang menyusun struktur bahan berupa selulosa, hemiselulosa dan lignin serta membentuk uap air, methanol, uap-uap asam asetat dan hidrokarbon. Dengan adanya proses karbonisasi maka zat-zat terbang yang terkandung dalam briket diturunkan serendah mungkin sehingga produk akhirnya tidak berbau dan berasap.

7 Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), pelaksanaan karbonisasi meliputi teknik yang paling sederhana hingga yang paling canggih. Metode karbonisasi yang paling sederhana dilakukan adalah metode pengarangan di dalam drum. Arang yang dihasilkan lebih hitam jika dibandingkan dengan metode pengarangan lainnya dan rendemen yang dicapai mendekati angka % dari berat semula. Drum bekas aspal atau oli yang masih baik digunakan untuk membuat arang. Bagian alas drum dilubangi kecil-kecil dengan paku atau bor besi dengan jarak 1 cm x 1 cm, selanjutnya bahan baku dimasukkan ke dalam drum, lalu api dinyalakan lewat bawah drum yang berlubang. Apabila asap mulai keluar, berarti pembakaran bahan baku telah berlangsung. Briket Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), briket merupakan gumpalan arang yang terbuat dari bahan lunak yang dikeraskan. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat briket arang adalah berat jenis bahan atau berat jenis serbuk arang, kehalusan serbuk, suhu karbonisasi, tekanan pengempaan, dan pencampuran formula bahan baku briket. Proses pembriketan adalah proses pengolahan yang mengalami perlakuan penumbukan, pencampuran bahan baku, pencetakan dengan sistem hidrolik dan pengeringan pada kondisi tertentu, sehingga diperoleh briket yang mempunyai bentuk, ukuran fisik, dan sifat kimia tertentu. Briket adalah bahan bakar padat yang dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif yang mempunyai bentuk tertentu. Pemilihan proses pembriketan

8 tentunya harus mengacu pada segmen pasar agar dicapai nilai ekonomi, teknis dan lingkungan yang optimal. Pembriketan bertujuan untuk memperoleh suatu bahan bakar yang berkualitas yang dapat digunakan untuk semua sektor sebagai sumber energi pengganti. Faktor-faktor yang perlu diperhatikan di dalam pembuatan briket antara lain (Himawanto, 2003) adalah : 1. Bahan Baku Briket dapat dibuat dari bermacam-macam bahan baku, seperti ampas tebu, sekam padi, serbuk gergaji, dll. Bahan utama yang harus terdapat di dalam bahan baku adalah selulosa. Semakin tinggi kandungan selulosa semakin baik kualitas briket, briket yang mengandung zat terbang yang terlalu tinggi cenderung mengeluarkan asap dan bau tidak sedap. 2. Bahan Perekat Untuk merekatkan partikel-partikel zat dalam bahan baku pada proses pembuatan briket maka diperlukan zat perekat sehingga dihasilkan briket yang kompak. Teknologi pembriketan secara sederhana didefinisikan sebagai proses densifikasi untuk memperbaiki karakteristik bahan baku. Sifat-sifat penting dari briket yang mempengaruhi kualitas bahan bakar adalah sifat fisik, kimia dan daya tahan briket, sebagai contoh adalah karakteristik densitas, ukuran briket, kandungan air, dan kadar abu. Energi yang terkandung dalam briket tergantung dari konsentrasi metana (CH 4 ). Semakin tinggi kandungan metana maka, semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada briket, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor (Djojonegoro, 1992).

9 Syarat briket yang baik adalah briket yang permukaannya halus dan tidak meninggalkan bekas hitam di tangan. Selain itu, sebagai bahan bakar briket juga harus memenuhi kriteria : (1) mudah dinyalakan, (2) emisi gas hasil pembakaran tidak mengandung racun, (3) kedap air dan tidak berjamur bila disimpan dalam waktu yang lama, dan (4) menunjukkan upaya laju pembakaran yang baik. Briket yang baik juga harus memenuhi standard yang telah ditentukan Kualitas briket yang dihasilkan menurut standar mutu Inggris dan Jepang dapat dilihat pada tabel berikut. Sebagai data pembanding, sehingga dapat diketahui kualitas briket yang dihasilkan dalam penelitian ini. Kualitas mutu briket dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Kualitas Mutu Briket Arang Briket Arang Jenis Analisa Inggris Jepang Amerika Indonesia Kadar Air (%) 3, ,2 7,57 Kadar Abu (%) 5, ,3 5,51 Kerapatan (gr/cm 3 ) 0,48 1 1,2 1 0,4407 Nilai Kalor (kal/gr) ,11 Sumber: Departemen Kehutanan dan Perkebunan (1994) dalam Bahri, S (2007) Pencetakan dan Pengempaan Briket Pencetakan bertujuan memperoleh bentuk yang seragam dan memudahkan dalam pengemasan serta penggunaannya. Pencetakan briket akan memperbaiki penampilan dan menambah nilai ekonomisnya. Ada berbagai macam alat pencetak yang dapat dipilih, tergantung tujuan penggunaannya. Setiap cetakan menghendaki kekerasan atau kekuatan pengempaan tertentu (Kurniawan dan Marsono, 2008).

10 Pengempaan merupakan salah satu cara untuk meningkatkan kualitas biomassa sebagai sumber energi. Pengempaan briket bertujuan untuk meningkatkan kerapatan, memperbaiki sifat fisik briket, dan menurunkan masalah penanganan seperti penyimpanan dan pengangkutan. Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), dipasaran bebas ditemukan berbagai bentuk briket yang spesifikasinya sesuai dengan jumlah industri atau usaha yang ada, tergantung dari penggunaannya. Berbagai bentuk cetakan briket yaitu : - Bentuk Silinder Ciri-ciri: sisinya membentuk lingkaran, permukaan atas dan bawah rata, bagian tengah kadang ada yang berlubang, paling mudah dicetak, dan ukuran diameter bervariasi. - Bentuk Kubus Ciri-ciri: semua sisi sama panjang, sama lebar, dan sama tinggi, tidak ada lubang ditengahnya, mudah dicetak, dan tepinya membentuk sudut. - Bentuk Persegi Panjang Ciri-ciri: berbentuk segi empat menyerupai bata, bagian tengah kadang ada yang berlubang, dan sisi yang satu lebih panjang dari yang lain. - Bentuk Heksagonal Ciri-ciri: sisinya membentuk segi enam sama panjang, bagian tengah berlubang, dan biasanya diproduksi untuk ekspor. - Bentuk Piramid

11 Ciri-ciri: sisinya membentuk segi tiga, bagian atas meruncing dan bawah rata, dan tidak ada lubang di setiap sisi. Pengeringan Briket Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), briket hasil cetakan masih memiliki kadar air yang sangat tinggi sehingga perlu dikeringkan. Pengeringan bertujuan mengurangi kadar air dan menggeraskan hingga aman dari gangguan jamur dan benturan fisik. Berdasarkan caranya ada 2 metode pengeringan, yakni pengeringan alami dan pengeringan buatan. 1. Pengeringan Alami Briket dapat dikeringkan dengan penggunaan sinar matahari atau penjemuran hasil cetakan disusun dalam tampah atau keranjang kawat yang berlubang, lalu dihamparkan di tempat terbuka sehingga sinar matahari bebas masuk. Selama penjemuran, briket dibolak-balik agar panasnya merata. 2. Pengeringan Buatan Salah satu sarana pengeringan buatan adalah dengan menggunakan oven. Pengeringan oven diterapkan untuk menurunkan kadar air karbon dengan cepat tanpa terhalang oleh faktor iklim dan cuaca. Oven menggunakan elemen pemanas sebagai komponen utamanya. Proses Pembuatan Briket Menurut Kurniawan dan Marsono (2008), proses produksi briket melalui beberapa tahap langkah. Adapun langkah-langkah pembuatan briket sebagai berikut : - Penyiapan Bahan Baku

12 Bahan baku yang disiapkan dan dibersihkan dari material-material tidak berguna, seperti batu. Usahakan bahan tersebut sudah dalam kondisi kering. tujuannya adalah agar proses pengarangan menjadi lebih cepat. - Proses Karbonisasi Pengarangan atau karbonisasi adalah suatu proses dimana bahan-bahan organik, dipanaskan dalam ruang tanpa kontak dengan udara selama proses pembakaran berlangsung. Untuk mengarangkan bahan limbah dapat menggunakan drum bekas yang telah bersih. Drum tersebut terlebih dahulu diberi lubang-lubang kecil dengan paku pada bagian dasar agar tetap ada udara yang masuk ke dalam drum. - Pengecilan Ukuran Bahan Pengecilan ukuran bahan baku hingga halus bertujuan untuk mendapatkan bahan briket yang bagus. Hasil pengecilan bahan diayak, pengayakan bermaksud untuk menghasilkan serbuk yang halus. - Pencampuran Bahan perekat dicampur dengan arang yang telah halus sampai membentuk semacam adonan. Bahan perekat ini dimaksudkan agar briket tidak mudah pecah ketika dibakar. - Pencetakan Bahan-bahan yang telah tercampur secara merata dan saat arang bisa digumpalkan kemudian, dilakukan pencetakan adonan. Bentuk cetakan yang akan dibuat bisa disesuaikan dengan kebutuhan. Caranya adalah adonan dimasukkan ke dalam cetakan, kemudian ditekan atau dikempa hingga mampat. - Pengeringan

13 Briket yang telah dicetak langsung dikeringkan, agar briket cepat menyala dan tidak berasap. Pengeringan dapat dilakukan di bawah sinar matahari atau dengan sarana pengeringan buatan menggunakan oven.