PEMANFAATAN KULIT SIWALAN (Borassus Flabellifer) SEBAGAI BIOCHAR DENGAN PENGARUH KONSENTRASI DAN LAMA PERENDAMAN HCl PADA PROSES AKTIVASI Lilik Dwi Sulistyorini*, Musthofa Lutfi, Sandra Malin Sutan Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145 *Penulis Korespondensi, Email: lilikdwisulistyorini@yahoo.com ABSTRAK Biochar merupakan substansi arang kayu yang berpori ( porous), atau sering disebut charcoal atau agrichar. Proses pembuatan biochar di lakukan dengan cara pembakaran pirolisis sederhana. Salah satu sifat penting dari biochar adalah luas permukaan. Untuk mendapatkan luas permukaan biochar di lakukan dengan proses aktivasi dengan cara perendaman asam klorida dengan beberapa konsentrasi yang berbeda untuk mengetahui luas permukaanya. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan konsentrasi asam klorida dan lama waktu perendaman terhadap sifat fisik dan kimia bichar. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Daya dan Mesin Pertanian Jurusan Keteknikan Pertanian. Metode penelitian yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap Faktorial, dengan 3 kali ulangan. Hasil penelitian, untuk karakteristik kimia biochar yang terbaik adalah pada perlakuan HCl konsentrasi 2M dan lama waktu perendaman 48 jam, yaitu KTK sebesar 56.5 me/100g, kandungan C-organik 14.86 %, kandungan bahan organik 25.72 %, serta ph 6.0. Untuk karakteristik fisik mengetahui luas permukaan didapatkan nilai tertinggi pada kontrol. Semakin tinggi konsentrasi dan lama waktu perendaman HCl maka akan semakin tinggi karakteristik fisikokimia biochar yang terbentuk, namun pada konsentrasi HCl dan lama waktu perendaman tertentu karakteristik fisikokimia juga akan menurun bahkan akan mengalami kerusakan. Kata Kunci : Biochar, Asam Klorida, Pirolisis, Kulit Siwalan UTILIZATION OF SIWALAN PEEL (Borassus flabellifer) FOR BIOCHAR WITH INFLUENCE CONCENTRATION AND THE LONG TIME IMMERSION OF HCl TO THE PROCESS ACTIVATION ABSTRACT Biochar is wood charcoal substance with porous usually called charcoal or agrichar. Because the basic material derived from living organisms, biochar also called biological charcoal. Biochar can produced from simple pyrolysis process. One of important characteristic from biochar is survace area. To improve survace area biochar must be activated by immerse it into hydrochloric acid. This research purpose is assign hydrochloric acid concentration and immersion time toward chemical and physical characteristics of biochar. This research was conducted at Energy and Agricultural Machine Laboratory Agriculture Engineering Departement. Data analysis methods used in this research is Completely Randomized Factorial with three replicates. Best chemical characteristics of biochar obtained from HCl with 2M concentration and 48 hours immersion time, CEC is 56.5 me/100g, 14.86% c- organic, 25.72% organic matters and ph 6.0. Best surface area from physical characteristics of biochar obtained from control sample. Higher concentration of hydrochloric acid and immersion time will increase chemical and physical characteristics of biochar, but certain hydrochloric acid and immersion time can spoil the chemical and physical characteristics of biochar. Key : Biochar, hydrochloric acid, pyrolysis, Siwalan Fell 74
PENDAHULUAN Biochar merupakan substansi arang kayu yang berpori (porous), atau sering disebut charcoal atau agrichar. Karena bahan dasarnya berasal dari makhluk hidup, biochar disebut juga arang hayati. Dalam tanah, biochar menyediakan habitat yang baik bagi mikroba tanah, tetapi tidak dapat dikonsumsi mikroba seperti bahan organic lainnya. Dalam jangka panjang, biochar tidak mengganggu keseimbangan karbon-nitrogen, tetapi dapat menahan dan menjadikan air dan nutrisi lebih tersedia bagi tanaman (Anischan Gani, 2009). Pada kondisi kering komposisi sabut ini mengandung 89,2% selulosa, 5,4% air, 3,1% karbohidrat, dan 2,3% abu (Dewati dan Retno, 2010). Dalam proses produksi biochar dapat digunakan limbah pertanian atau kehutanan, termasuk potongan kayu, tempurung kelapa, tandan kelapa sawit, tongkol jagung, sekam padi atau kulit biji kacangkacangan, kulit kayu, sisa usaha perkayuan, dan bahan organik daur ulang lainnya (Anischan Gani, 2009). Biochar pertama kali dibuat dengan metode pirolisis lambat dimana bahan baku berupa biomassa yang terbakar dalam keadaan oksigen terbatas dengan laju pemanasan dan suhu puncak yang relatif rendah (Sohi, et al., 2009). Pirolisis merupakan kasus khusus termolisis. Tujuannya adalah melepaskan zat terbang (volatile matter) yang terkandung pada biomassa. Secara umum kandungan zat terbang dalam biomassa cukup tinggi. Bahan-bahan yang dapat dikonversi secara pirolisa adalah bahan yang mempunyai kandungan selulosa tinggi (Zarror and Pyle, 1982). Metode aktivasi yang umum digunakan adalah aktivasi kimia dan aktivasi fisika. Aktivasi kimia adalah proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia. Sedangkan aktivasi fisika merupakan pemutusan rantai karbon dari senyawa organic dengan bantuan panas, uap dan CO 2 (Sembiring dan Tuti, 2003). Hasil pembakaran dapat langsung digunakan sebagai ameliorant tanah. Biochar umumnya mempunyai ph basis, KPK, C-organik dan luas permukaan tinggi (Liang B, J. Lehman, et al, 2006). Penggunaan biochar sebagai bahan pembenah tanah berbahan baku sisa-sisa hasil pertanian yang sulit terdekomposisi merupakan salah satu alternatif yang dapat ditempuh untuk peningkatan kualitas sifat fisik tanah sehingga produksi tanaman dapat ditingkatkan (Lehmann, 2007). Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari konsentrasi asam klorida dan lama waktu perendaman yang terbaik dalam pembuatan biochar dari kulit siwalan, serta mencari pengaruh konsentrasi asam klorida dan lama waktu perendaman terhadap sifat fisikokimia biochar dari kulit siwalan. Alat dan Bahan METODE PENELITIAN Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah Tungku pirolisis (Tanur), Alas, Wadah, Ayakan 60 mesh, Pisau Besar, Karung, Alumunium foil, Blender. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kulit siwalan (Borassus flabellifer) didapat dari petani siwalan di kota Tuban, Jawa Timur, Asam Klorida (1M, 1.5M, 2M, 2.5M), Air Bersih dan Aquadest. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Daya dan Mesin Pertanian, Jurusan Keteknikan Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya Malang, Laboratorium Kimia Fisik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang (UIN), analisa kadar C dilakukan di Laboratorium Kimia Tanah Jurusan Tanah Fakultas Pertanian, Universitas Brawijaya Malang, analisa luas permukaan dilakukan di Laboratorium FMIPA Terpadu Unesa pada bulan Desember-Februari 2015. Penelitian ini disusun menggunkan metode Rancangan Acak Lengkap Faktorial (RALF) dengan 2 faktor yaitu konsentrasi HCl (1M,1.5M, 2M dan 2.5M) dan lama waktu perendaman (24 jam dan 48 jam). Masing-masing perlakuan diulang sebanyak 3 kali sehingga diperoleh 24 satuan percobaan. Data dianalisis dengan menggunakan metode analisis ragam ( Analysis of Variant atau ANOVA) yang dilanjutkan dengan uji lanjut DMRT dengan selang kepercayaan 1%. Pelaksanaan Penelitian 1. Persiapan Bahan Kulit siwalan yang diperoleh dari petanin siwalan di kota Tuban dipotong kurang lebih 2cm, kemudian dikeringkan dengan sinar matahari selama 2-4 hari hingga kadar airnya konstan. 75
2. Proses Pembuatan Biochar Kulit siwalan kering dibungkus alumunium foil sebesar kurang lebih 300-400gr dan dimsukkan ke dalam tungku pirolisis dan di bakar dengan suhu 425 C selama 3 jam. Kemudian di blender untuk menseragamkan ukuran dan di ayak dengan ayakan 60 mesh. 3. Proses Aktivasi Biochar 60mesh ditimbang sebesar 100gr dan direndam dengan HCl dengan konsentrasi 1M,1.5M, 2M dan 2.5M selama 24 jam, 48 jam. Kemudian mencuci Biochar dengan aquadest sebanyak 3 kali dan di ukur phnya. Setelah itu dikeringkan di dalam oven selama 24 jam dengan suhu 105 C. 4. Parameter Parameter penelitian meliputi pengujian dan perhitungan Rendemen ( Subadra et.al, 2004), KTK,C- Organik dan Bahan Organik (Laboratorium Kimia Tanah), ph ( (Hartoyo et al., 1978; Standar Nasional Indonesia, 1995), ** Lehmann, (2007). HASIL DAN PEMBAHASAN ph Biochar Analisis data rerata ph Biochar dapat dilihat pada Gambar 1. Semakin lama waktu perendaman pada proses aktivasi maka akan semakin naik ph yang akan dihasilkan oleh biochar. Biochar yang direndam dengan lama waktu 48 jam memiliki ph yang lebih besar yaitu untuk konsentrasi 1M 5.3 sedangkan pada lama waktu perendaman 24 jam hanya 4.7. Hasil analisa berdasarkan uji ANOVA menunjukkan bahwa beda konsentrasi HCl dan lama waktu perendaman tidak memberikan pengaruh nyata terhadap ph dari biochar yang dihasilkan. Hasil pengukuran dari ph biochar dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1. Perbandingan nilai ph Biochar yang Telah Diaktivasi dan Biochar yang Tidak Dilakuakan Aktivasi ph pada biochar diharapkan dapat memperbaiki ph pada tanah yang kurang sesuai, tanah yang telalu asam atau yang terlalu basa. Pada biochar dari kulit siwalan ini didapatkan nilai ph terbaik yaitu 6.7 yang mana ph tersebut sudah mendekati standart SNI ph dari biochar yang dipirolisis dengan suhu 400 C yaitu sebesar 9.8. Perbedaan ph dari kontrol dengan ph yang telah dilakukan proses aktivasi memiliki hasil yang lebih tinggi, hal ini dikarenakan pada kontrol tidak diberikan perlakuan pengasaman. Rendemen Biochar Pada penelitian ini dilakukan perhitungan rendemen biochar untuk mengetahui massa yang hilang selama di lakukan proses penetralan dengan aquadest. Rendemen dihitung dari berat padatan biochar hasil penetralan dibagi berat biochar sebelum proses penetralan dikalikan dengan 100%. Berat masing-masing sampel biochar sebelum di lakukan proses penetralan sebesar 100 gram dengan perbedaan konsentrasi HCl dan lama waktu perendaman. Masing-masing perlakuan menghasilkan nilai rendemen yang berbedabeda dari ke empat macam konsentrasi. Didapatkan data untuk larutan HCl dengan konsentrasi 1M memiliki rendemen rata-rata sebesar 54.5%, untuk konsentrasi 1.5M didapatkan hasil rendemen rata-rata sebesar 46%, 50.5 % untuk konsentrasi 2M dan 45% untuk konsentrasi 2.5M. Dari hasil uji ANOVA, menunjukkan bahwa hasil F hitung pada iterasi konsentrasi (1M, 1.5M, 2M dan 2.5M) dengan lama 76
waktu perendaman (24 jam dan 48 jam) sebesar 22.069, sedangkan didapatkan nilai sig. 0.000 sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa konsentrasi HCl dan lama waktu perendaman pada biochar berpengaruh nyata terhadap rendemen biochar. Kemudian dilakukan uji lanjut dengan uji DMRT yang menunjukkan bahwa konsentrasi HCl 2.5M dan konsentrasi 1.5M memberikan hasil yang sama, konsentrasi 1.5M dan 2M juga memberikan pengaruh sama, begitupun konsentrasi 2M dan 1M memiliki hasil yang sama. Akan tetapi konsentrasi 2.5M dan 2M memiliki hasil yang berbeda, begitupun dengan konsentrasi 1.5M dan 1M juga memiliki hasil yang berbeda. Dari hasil pengamatan diketahui bahwa semakin tinggi konsentrasi HCl yang digunakan pada proses aktivasi maka akan semakin turun rendemen biochar yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena larutan asam dapat melarutkan senyawa organik yang terdapat pada biochar. Seperti Subadra et.al, (2004), menemukan bahwa rendemen arang akan menurun setelah konsentrasi asam yang digunakan sebagai aktivator semakin tinggi. Hal itu disebabkan karena larutan asam dapat melarutkan senyawa organik yang terdapat pada biochar. Sehingga semakin tinggi konsentrasi asam yang digunakan maka akan semakin turun rendemen yang dihasilkan. Karena jika semakin tinggi konsentrasi yang digunakan dalam aktivator maka akan banyak senyawa-senyawa yang akan terdegradasi oleh asam. Bahan Organik Hasil perhitungan rata-rata kadar bahan organik dari biochar setelah dilakukan proses aktivasi dapat dilihat pada Gambar 2. Dari uji kadar bahan organik di dapatkan rata-rata kandungan bahan organik pada biochar dari kulit siwalan berkisar antara 20.83% sampai 25.78%. Nilai rata-rata bahan organik tersebar didapatkan dari perlakuan konsentrasi 2M dengan lama perendaman selama 24 jam. Sedangakan untuk bahan organic terendah didapatkan dari perlakuan konsentrasi 1.5M dengan lama waktu 48 jam. Dari hasil uji ANOVA menunjukkan bahwa konsentrasi HCl dan waktu perendaman yang digunakan untuk aktivasi biochar tidak berpengaruh nyata terhadap hasil bahan organik dari biochar. Gambar 2. Perbandingan nilai Bahan Organik Biochar yang Telah Diaktivasi dan Biochar yang Tidak Dilakuakan Aktivasi Bahan organik hasil perendaman dengan HCl dengan konsentasi (1M, 1.5M, 2M dan 2.5M) dengan waktu perendaman (24 jam dan 48 jam) jika dibandingkan dengan biochar yang tidak dilakukan aktivasi atau perendaman didapatkan hasil yang lebih rendah. Hal ini dikarenakan pada kontrol tidak dilakukan perlakuan perendaman dengan HCl, sehingga tidak ada kandungan bahan organic yang terdestruksi. Dapat dilihat pada Gambar 2. kecenderungan data menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi HCl yang digunakan dalam aktivasi akan menurunkan kandungan bahan oraganik dari biochar. Sama halnya dengan penelitian terhadahulu, yang menyatakan bahwa penurunan kandungan bahan organik terjadi karena bahan organik akan tereduksi oleh asam pekat yang digunakan dalam aktivasi. Penurunan bahan organik dari biochar yang tidak dilakukan aktivasi dengan yang dilakukan aktivasi cukup besar. Hal ini dikarenakan asam yang digunakan untuk proses perendaman adalah asam kuat dan lama waktu perendaman juga menjadi salah satu faktor penurunan bahan organik dari biochar. Semakin lama proses perendaman maka akan semakin banyak kandungan bahan organik yang terdapat di dalam biochar yang terdestruksi oleh asam. 77
Kandungan C-Organik Rata-rata kandungan C-Organik biochar yang telah dilakukan aktivasi berkisar antara 12.04 % samapai dengan 14.87 %. Rata-rata kandungan C-Organik tertinggi 14.87 % didapatkan pada biochar yang direndam dengan HCl dengan konsentrasi 2M dengan lama waktu perendaman selama 24 jam. Sedangkan kandungan C-Organik terendah adalah 12.04 % didapatkan pada biochar yang direndam dengan HCl dengan konsentrasi 1.5 M dengan lama waktu perendaman 48 jam. Kemudian pada hasil uji ANOVA untuk kandungan C-Organik bahwa konsentrasi HCl dan lama waktu perendaman yang digunakan dalam aktivasi tidak berpengaruh nyata. Hasil pengukuran C-Organik dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 3. Perbandingan nilai C-Organik Biochar yang Telah Diaktivasi dan Biochar yang Tidak Dilakuakan Aktivasi Kandungan C-Organik pada biochar dipengaruhi oleh kandungan bahan organik dari biochar. Maka dapat disimpulkan bahwa semakin besar kandungan bahan organik dari biochar semakin besar pula kandungan C-Organik dari biochar tersebut. Sehingga kandungan bahan organik berbanding lurus dengan kandungan C-Organik dari biochar. Penurunan kandungan C-Organik pada biochar disebabkan oleh perendaman oleh asam kuat yang menyebabkan terurainya bahan-bahan organik pada biochar. Terurainya bahan organik menyebabkan menurunnya kandungan bahan organik dari biochar. Menurunnya bahan organik diduga disebabkan pula karena asam yang digunakan pada aktivasi merupakan golongan dari asam kuat dan ditambah dengan lama waktu perenadaman. Semakin lama proses perendaman dan semakin besar konsentrasi dari HCl maka akan semakin banyak bahan organik yang terurai sehingga menyebabakan menurunnya kandungan bahan organik dari bichar yang dihasilkan. Hasil C-Organik yang didapatkan dari biochar dari kulit siwalan ini lebih besar jika dibandingkan dengan pembuatan biochar yang berbahan sludge biogas pada penelitian terdahulu. Biochar yang berbahan sludge biogas hanya menghasilkan C-Organik sebesar 4.69% sampai dengan 4.84% sedangkan biochar yang berbahan kulit siwalan dapat mencapai hasil 12.04% sampai dengan 14.91%. Kapasita Tukar Kation Rata-rata hasil pengujian KTK pada biochar yang dilakukan aktivasi atau perendaman didapatkan hasil sebesar 44.46 me/100g sampai dengan 56.50 me/100g. Nilai rata-rata paling tinggi didapatkan pada perlakuan biochar yang direndam HCl pada konsentrasi 2M dengan lama perendaman selama 48 jam. Sedangkan untuk KTK terendah didapatkan pada biochar yang direndam HCl pada konsentrasi 2M dengan lama waktu perendaman selama 24 jam. Kemudin dari hasil uji ANOVA dari KTK menunjukkan bahwa konsentrasi HCl dan lama waktu perendaman yang digunakan dalam aktivasi tidak berpengaruh nyata. Hasil pengukuran KTK dapat dilihat pada Gambar 4. 78
Gambar 4. Perbandingan nilai KTK Biochar yang Telah Diaktivasi dan Biochar yang Tidak Dilakuakan Aktivasi KTK pada biochar yang dilakukan aktivasi dan biochar yang tidak dilakukan aktivasi rata-rata didapatkan hasil yang lebih tinggi. Semakin tinggi konsentrasi HCl hasil KTK yang didapatkan semakin tinggi. Demikian dengan lama perendaman dari proses aktivasi, semakin lama proses perendaman dengan HCl akan mendapatkan nilai KTK yang semakin besar. Perbedaan untuk waktu perendaman dapat dilihat pada Gambar 4 dapat dilihat untuk konsentrasi 1M, 2M, dan 2.5M waktu perendaman 48 jam memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan nilai perendaman pada waktu 24 jam. Kenaikan kapasitas tukar kation pada biochar yang dilakukan aktivasi disebabkan oleh pemberian asam pada biochar dimana asam akan mempengaruhi struktur dari biochar. Kapasitas tukar kation biochar adalah ukuran untuk mengetahui seberapa baik nutrisi (kation) dapat terikat biochar yang tersedia untuk penyerapan tanaman dan menghindari pencucian dari air tanah dan permukaan. Semakin tinggi KTK yang terdapat di dalam biochar maka akan semakin baik biochar untuk dapat diaplikasikan didalam tanah untuk membantu meningkatkan kesuburan tanah karena biochar dapat menahan unsur hara dan menyimpannya di ddalam koloid tanah serta unsur hara tidak akan mudah mengalami pencucian oleh air tanah maupun air permukaan. KESIMPULAN Pengaruh konsentrasi HCl dan lama waktu perendaman terhadap rendemen yang baik didapatkan pada konsentrasi 1M dengan lama waktu perendaman 48 jam. ph yang baik didapatkan pada konsentrasi 1.5M dengan lama waktu 48 jam. Kemudian untuk kapasitas tukar kation yang baik didapatkan dari 2M, 48 jam. sedangkan KTK pada biochar yang dilakukan aktivasi lebih besar dari KTK yang tidak dilakukan aktivasi, begitu pula dengan nilai ph dari biochar. Pengaruh konsentrasi HCl dan lama perendaman terhadap karakteristik fisik biochar adalah terdapat beberapa hal yang dapat menurunkan atau bahkan merusak struktur fisik dari biochar yaitu suhu pirolisis yang digunakan untuk produksi bichar, tingginya konsentrasi asam yang digunakan dalam aktivasi serta lama waktu yang digunakan dalam aktivasi, tekanan, dan lama waktu proses pembakaran atau pirolisis). 79
DAFTAR PUSTAKA Anischan G. 2009. Biochar Penyelamat Lingkungan. Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Vol. 31, No. 6. Dewati, R. 2010. In: Esty Rahmawati dan Leny Yuanita Adsorpsi Pb2+ Oleh Arang Aktif Sabut Siwalan (Borassus Flabellifer). 2013.UNESA Journal of Chemistry Vol. 2, No. 3. Lehmann, J., 2007. In: Mawardiana Pengaruh Residu Biochar Dan Pemupukan NPK Terhadap Sifat Kimia Tanah Dan Pertumbuhan Serta Hasil Tanaman Padi Musim Tanam Ketiga. 2013. Vol 1 No 1. Liang B, J. Lehman, D. Solomon, J. Kinyangi, J. Grosman, B. O Neil, J. O. Skjemstad, J. Thies, F. J. Luiza o, J. Petersen, and E. G. Neves. 2006. In: Latuponu H et al. Pengaruh Biochar Dari Limbah Sagu Terhadap Pelindian Nitrogen Di Lahan Kering Masam. 2011.Vol. 11, No. 2. Sembiring, M. T., Sinaga S.T. 2003. In: Skripsi Skripsi Johan Ari Sandra Pengaruh Konsentrasi Asam Sulfat Terhadap Sifat FISik dan Kimia Biochar Dari Sludge Biogas Pada Proses Aktivasi. 2014. Malang: Universtitas Brawijaya. Sohi, S, Lopez C., Krull E., Bol R. 2009. In: Skripsi Johan Ari Sandra Pengaruh Konsentrasi Asam Sulfat Terhadap Sifat FISik dan Kimia Biochar Dari Sludge Biogas Pada Proses Aktivasi. 2014. Malang: Universtitas Brawijaya. Subadra, I., Bambang S., dan Iqbal T. 2004. Activated Carbon Production From Coconut Shell With (NH4)Hco3 Activator As An Adsorbent In Virgin Coconut Oil Purivication. Prosiding Seminar Nasional DIES ke 50 FMIPA UGM. Yogyakarta. Zaror C.A., Pyle D.L., 1982. In: Ir. Regawa Bayu Pamungkas, MT Studi Proses Pirolisis Tempurung Kelapa Pembuatan Asap Cair (Bahan Pengawet Alami). 2007. Vol 24-27. 80