BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pisang Pisang adalah salah satu buah yang paling luas dikonsumsi di dunia dan mewakili 40% dari perdagangan dunia dalam buah-buahan [11]. Pisang merupakan buah terbesar kedua yang diproduksi setelah jeruk, berkontribusi sekitar 17% dari total produksi buah di dunia, dan dikultur lebih dari 130 negara, di sepanjang tropis dan subtropis [12]. Pisang adalah buah tropis yang begitu familiar. Buah ini berasal dari penduduk asli Pasifik Barat Daya, tanaman pisang menyebar ke India sekitar 600 SM dan kemudian menyebar ke seluruh negara tropis di dunia. Buah ini merupakan tanaman budidata tertua di dunia. Buah ini bahkan menyebar ke Kepulauan Pasifik dan ke Pantai Barat Afrika sejak 200-300 SM. Adapun taksonomi dari tanaman pisang ini, yaitu [13]: Kerajaan : Plantae Divisi : Magnoliophyta Kelas : Liliopsida Bangsa : Zingiberales Keluarga : Musaceae Marga : Musa Spesies : Musa paradisiaca, Musa sapientum. Tinggi tanaman pisang (dewasa) berkisar antara 2 8 m (tergantung jenisnya), dengan daun-daun yang panjangnya ada yang mencapai 3,5 m. Tanaman pisang akan menghasilkan satu tandan buah pisang, sebelum dia mati dan digantikan oleh batang pisang baru. Untuk satu tandan pisang sendiri terdiri atas 5 20 sisir, yang masing-masing sisir terdiri lebih dari 20 buah pisang [14]. Buah pisang sangat prospektif sebagai bahan baku industri. Hal tersebut karena kemudahan dalam mendapatkan bahan baku, serta berbagai produk dapat diolah dari buah pisang sehingga dapat meningkatkan nilai tambah. Salah satu alternatif dari pemanfaatan pisang yaitu dapat diolah menjadi pati. Sifat fisika dan kimia tepung pisang dari beberapa varietas, yaitu: tepung pisang kepok bewarna 7
putih, tepung pisang nangka bewarna putih coklat, tepung pisang ambon bewarna putih abu-abu, tepung pisang raja bulu bewarna putih kecoklatan, tepung pisang ketan bewarna putih abu-abu dan tepung pisang siem bewarna kuning kecoklatan dengan komposisi kimia rata-rata tepung pisang, yaitu kadar air 6,24% - 8,39% dan kadar karbohidrat 70,10% - 78,88% [15]. 2.2 Pisang Kepok Pisang kepok merupakan pisang kultivar triploid hibrida berasal dari Filipina dengan nama ilmiah Musa paradisiaca L. cultigroup Plantain cv. Saba. Pisang kepok seperti kultivar pisang lainnya tumbuh dengan baik di daerah lembab hangat, dengan suhu berkisar antara 18 C hingga 35 C dan curah hujan tahunan 2.500 mm yang merata sepanjang tahun. Pisang kepok juga tumbuh dengan baik di bawah sinar matahari penuh dengan tanah subur yang kaya akan bahan organik dan ph tanah antara 5,5 dan 6,5. Pisang kepok dapat dimakan mentah atau dimasak. Saba pisang juga dibudidayakan sebagai tanaman hias dan pohon rindang untuk ukuran besar dan warna mencolok. Daunnya juga digunakan sebagai pembungkus tradisional makanan hidangan asli di Asia Tenggara. Seratnya juga dapat diambil dari batang atau daun dan diolah menjadi tali, tikar, dan karung [16]. 2.3 Kulit Pisang Kepok Limbah kulit pisang merupakan biomassa yang awalnya derivatif dari pisang yang telah di ambil dari kulit pisang. Limbah kulit pisang biasanya dibuang di tempat pembuangan sampah kota, yang berkontribusi terhadap masalah lingkungan yang ada [17]. Di Indonesia, buah pisang adalah ketiga terbesar dari hasil produksi pertanian setelah padi dan singkong. Produksi buah pisang di Indonesia sekitar 6.7 juta matrik ton yang dihasilkan selama setahun. Sekarang ini, limbah kulit pisang belum banyak dimanfaatkan karena masyarakat masih beranggapan bahwa kulit pisang hanyalah limbah yang bisa menyebabkan pencemaran lingkungan [18]. Limbah kulit buah pisang kepok mungkin berisi zat yang sama kadarnya dengan umumnya yang ditemukan di bagian daging dari pisang. Zat-zat bernilai 8
ini dapat digunakan untuk memformulasikan persiapan dengan farmakologi/ nilai obat, nutrisi, dan energi. Daur ulang limbah kulit buah tidak hanya akan membantu mengurangi masalah limbah padat tetapi juga akan membantu menemukan zat penting yang mungkin terbukti memiliki penggunaan yang penting. Limbah kulit buah pisang kepok kemudian dapat dimanfaatkan dengan baik sebelum dibuang. Hasil positif dari penelitian ini diharapkan akan mempercepat penelitian yang serupa di limbah bahan lainnya. Ini akan membuka jalan dalam memproduksi kebutuhan penting bagi manusia dari limbah. Manusia akan dapat melestarikan sumber daya dengan menggunakan limbah sebagai sumber pengganti [19]. Komposisi kulit pisang kepok ditunjukan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Kandungan Kulit Pisang Kepok [20] Unsur Komposisi Air 73,60% Protein 2,15% Lemak 1,34% Gula Reduksi 7,62% Pati 11,48% Abu 1,03% Vitamin C, (mg/100g) 36 Kalsium, (mg/100g) 31 Besi, (mg/100g) 26 Fosfor, (mg/100g) 63 2.4 Pirolisis Pirolisis, proses dekomposisi termokimia bahan bakar, adalah fenomena yang kompleks, terutama disebabkan oleh tipisnya jarak dan jumlah reaksi kimia yang meliputi pirolisis tersebut. Ini merupakan langkah penting dalam pembakaran bahan bakar biomassa seperti kayu. Bentuk bubuk kayu, sering disebut sebagai serbuk gergaji, digunakan secara luas sebagai bahan bakar untuk tungku, terutama di kalangan penduduk dunia ketiga. Karena serbuk gergaji memiliki komposisi kimia yang sama seperti kayu, reaksi kimia selama pirolisis 9
dapat diharapkan menjadi sama dalam kedua kasus. Namun, dinamika pirolisis berbeda untuk kayu dan serbuk gergaji, karena perbedaan dalam struktur fisik [21]. Pirolisis adalah proses termokimia yang dapat digunakan untuk mengubah biomassa densitas rendah (1,5 GJ/m 3 ) dan bahan organik lainnya menjadi cairan berdensitas energi tinggi yang dikenal sebagai bio-oil (22 GJ/m 3 atau 17 MJ/kg), padatan berdensitas energi tinggi yang dikenal sebagai biochar (18 MJ/kg), dan gas berdensitas energi berelatif rendah yang dikenal sebagai syngas (6 MJ/kg). Pada dasarnya, pirolisis melibatkan pemanasan bahan organik pada suhu lebih besar dari 400 C tanpa adanya oksigen. Pada suhu ini, bahan organik secara termal terdekomposisi menghasilkan fasa uap dan fasa padatan residual (biochar). Pada pendinginan uap pirolisis, senyawa polar dengan berat molekuler tinggi terkondensasi sebagai cair (bio-oil) sedangkan senyawa berat molekul volatil rendah tetap dalam fase gas (syngas) [22]. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil pirolisis: a. Suhu pirolisis, yang berpengaruh terhadap hasil pirolisis, karena dengan bertambahnya suhu maka proses peruraian semakin sempurna. b. Waktu pirolisis, yang berpengaruh terhadap kesempatan untuk bereaksi. Waktu pirolisis yang panjang akan meningkatkan hasil cair dan gas, sedangkan hasil padatnya akan menurun. Waktu yang dibutuhkan tergantung pada jumlah dan jenis bahan yang diproses. c. Kadar air bahan, dimana nilainya yang tinggi akan menyebabkan timbulnya uap air dalam proses pirolisis yang mengakibatkan tar tidak bisa mengembun di dalam pendingin sehingga waktu yang digunakan untuk pemanasan semakin banyak. d. Ukuran bahan, tergantung dari tujuan pemakaian, hasil arang dan ukuran alat yang digunakan [23]. 2.5 Biomassa Biomassa merupakan material tumbuhan yang diturunkan dari reaksi antara CO 2 dalam udara, air dan cahaya matahari, melalui fotosintesis, untuk menghasilkan karbohidrat yang membentuk struktur pada biomassa. Biasanya 10
fotosintesis mengkonversi kurang dari 1% dari sinar matahari yang tersedia untuk disimpan dalam bentuk energi kimia. Tenaga surya yang menggerakkan fotosintesis disimpan dalam ikatan kimia dari komponen struktural biomassa. Jika biomassa diproses secara efisien, baik kimia atau biologis, dengan mengeluarkan energi yang tersimpan dalam ikatan kimia dan produk 'energi' selanjutnya dikombinasikan dengan oksigen, karbon dioksidasi untuk menghasilkan CO 2 dan air. Proses ini terjadi secara siklis, seperti CO 2 yang kemudian tersedia untuk menghasilkan biomassa baru. Biomassa dapat terkonversi menjadi 3 jenis produk, yaitu: - Energi panas/listrik - Sumber bahan bakar transport - Cadangan bahan kimia Sifat utama dari bahan biomassa yang menjadi perhatian dalam pengolahan menjadi sumber energi, berhubung pada: - Kandungam air (luar dan dalam) - Nilai kalor - Jumlah dari fixed carbon dan volatil - Kandungan abu/residu - Kandungan logam alkali - Perbandingan selulosa/lignin [24] 2.6 Pirolisis Biomassa Pembakaran adalah sebuah fenomena kompleks antara hubungan simultan perpindahan panas dan perpindahan massa dengan reaksi kimia dan aliran fluida. Reaksi pada umumnya pada pembakaran biomassa di udara menghasilkan bermacam bentuk, dimana kandungan reaktan pertama pada biomassa yaitu : C x1 H x2 O x3 N x4 S x5 Cl x6 Si x7 K x8 Ca x9 Mg x10 Na x11 P x12 Fe x13 Al x14 Ti x15 n1 H2O + n2 (1 + e) (O2 + 3.76N2) n3 CO2 + n4 H2O + n5 O2 + n6 N2 + n7 CO + n8 CH4 + n9 NO + n10 NO2 + n11 SO2 + n12 HCl + n13 KCl + n14 K SO + n15 C +.... [25] Abu merupakan bahan anorganik yang tidak dapat dibakar dari sumber bahan bakar yang tersisa setelah melalui pembakaran sempurna dan mengandung 11
fraksi mineral dari biomassa tersebut. Abu merupakan turunan bagian dari struktur tanaman dan mengandung berbagai unsur. Dalam kayu, abu terkandung kurang dari 2 persen, sedangkan bahan-bahan tanaman perkebunan dapat mencapai antara 5 % -10% dan mencapai 30%-40% dalam sekam padi. Produk dasar biomassa menghasilkan residu abu, yang melibatkan proses termokimia yang meliputi pembakaran, pirolisis dan insinerasi dari biomassa tersebut. Potensial pemanfaatan abu dipengaruhi oleh adanya kehadiran logam-logam berat yang tergantung dari sumber biomassa. Komposisi dari abu juga tergantung pada jenis tumbuhan, kondisi pertumbuhan dan fraksi abu. Akan tetapi, beberapa mineral dari abu mempunyai dampak yang baik pada aplikasi perkebunan dan lahan tanah kehutanan [26]. Mekanisme yang dilakukan untuk memperoleh mineral yang terbentuk pada abu selama pembakaran masih belum jelas, akan tetapi dengan alasan yang yakin mengasumsikan konversi mineral tersebut berubah berdasarkan temperatur pembakaran. Karbonat terbentuk pada temperatur yang rendah sedangkan abu terbentuk pada temperatur yang tinggi didalam keadaan atmosfir oksigen yang secara utama membentuk logam oksida. Pada temperatur yang tinggi, kalium oksida yang terbentuk akan bereaksi dengan unsur-unsur lain dan membentuk ikatan kimia, pada keadaan yang sama terjadi disosiasi dari kalium karbonat dan senyawa kalium oksida akan mengalami penguapan dengan cepat sedangkan temperatur yang rendah, panas akan berpindah ke permukaan KOH sehingga K 2 CO 3 akan terbentuk [27]. Kombinasi kandungan oksigen tinggi dengan bahan organik volatil yang terkandungan didalam biomassa menunjukkan potensi terjadinya penguapan pada sejumlah bahan anorganik selama pembakaran. Unsur alkali juga secara langsung menguap pada suhu operasi normal furnace [25]. K, Na, S dan Cl merupakan senyawa-senyawa volatil yang terbentuk dari abu berdasarkan cara pembakaran biomassa, begitu pula hanya dengan logam berat volatil (Zn dan Cd) akan terlepas dari bahan yang dibakar menjadi fasa gas dan kemudian bereaksi dalam kondisi fasa gas [28]. Klorin merupakan faktor utama dalam pembentukan abu. Klorin sangat mempengaruhi kehadiran senyawa-senyawa anorganik, pada khususnya kalium, 12
kalium klorida merupakan senyawa paling stabil pada temperatur tinggi, dalam fasa gas. Konsentrasi klorin sering mendedikasikan sebagai jumlah logam alkali yang menguap selama pembakaran yang juga mengartikan konsentrasi dari logam alkali tersebut. Ketidakhadiran klorin membuat alkali hidroksida menjadi senyawa utama dalam fasa gas yang stabil pada gas pembakaran [29]. 2.7 Penggunaan Abu 2.7.1 Penggunaan sebagai Pupuk Abu biomassa dapat digunakan secara langsung sebagai pupuk atau pengontrolan ph pada tanah atau dapat digunakan sebagai bahan baku dalam memproduksi pupuk mineral. Penggunaan sebagai bahan pupuk menghemat sumber bahan baku utama yang ada. Tiga unsur untuk memenuhi sebagai pupuk adalah nitrogen (N), fosfor (P), dan kalium (K). Abu biomassa hanya dapat dijadikan sebagai sumber kalium, karena abu dari proses termal akan melepaskan unsur nitrogen, dan kehadiran senyawa fosfor membuatnya sangat sukar larut dalam tanah. Penggunaan abu biomassa yang dapat dijadikan sebagai bahan mentah untuk pupuk dapat dipertimbangkan sebagai pilihan penggunaan abu, karena kandungan pada abu akan kembali ke lingkungan dan sumber bahan alam tak terbarukan dapat dijaga. 2.7.2 Penggunaan sebagai Bahan Bangunan Bottom ash adalah abu dengan pemanfaatan yang paling mudah sebagai bahan bangunan. Bottom ash dapat menggantikan beberapa jenis dari pasir dalam konstruksi atau perataan jalan. Bottom ash dapat dibuat menjadi butiran dan digunakan untuk konstruksi jalan dan beton. Salah satu cara untuk memanfaatkan biomassa fly ash adalah sebagai bahan pengisi dalam campuran semen atau di mortir untuk penerapan khusus. Penggunaannya juga dapat digunakan untuk menghindari kontak langsung dengan air (air hujan atau air tanah). Pemanfaatan sebagai bahan bangunan atau sebagai komponen dalam produksi produk bangunan saat ini memberikan pilihan terbaik untuk abu dari pembakaran biomassa. Abu biomassa hanya menarik apabila tersedia dalam jumlah yang lebih besar pada kualitas yang dapat diprediksi bahkan saat kualitas yang lebih rendah. 13
2.7.3 Penggunaan sebagai Bahan Bakar Pemanfaatan sebagai bahan bakar adalah pilihan yang layak untuk abu dengan sejumlah besar karbon yang tidak terbakar. Pemanfaatan sebagai bahan bakar adalah pilihan yang logis dan disukai, karena menggunakan abu dengan tujuan yang sama sebagai bahan asli, yaitu menghasilkan panas dan tenaga. Pemanfaatan sebagai bahan bakar tidak sama dengan pembakaran sampah disertai pemulihan energi. Perkiraan pertama menunjukkan bahwa pemanfaatan sebagai bahan bakar sangat memunginkan bila kandungan karbon lebih besar dari 35% berat atau nilai kalor lebih tinggi dari 15 MJ / kg. Kadar air dan nilai kalor merupakan parameter yang paling penting, tetapi sifat fraksi anorganik dalam jumlah besar di ruang bakar juga penting ketika mempertimbangkan penggunaan abu biomassa sebagai bahan bakar [30]. 14