BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertumbuhan perkebunan kelapa sawit di Indonesia cukup besar. Pada tahun 2011 luas areal kelapa sawit Indonesia mencapai 8,91 juta ha, dengan rincian luas areal Perkebunan Besar Swasta sebesar 4,65 juta ha (52,22%), luas areal Perkebunan Rakyat sebesar 3,62 juta ha (40,64%), dan luas areal Perkebunan Besar Negara sebesar 0,64 juta ha (7,15%) [1]. Kelapa sawit merupakan salah satu tanaman perkebunan yang mempunyai peran penting bagi subsektor perkebunan. Pengembangan kelapa sawit antara lain memberi manfaat dalam peningkatan pendapatan petani dan masyarakat, produksi yang menjadi bahan baku industri pengolahan yang menciptakan nilai tambah di dalam negeri, ekspor CPO yang menghasilkan devisa dan menyediakan kesempatan kerja [2]. Tanaman kelapa sawit saat ini tersebar di hampir seluruh provinsi di Indonesia. Provinsi Riau pada Tahun 2014 dengan luas areal seluas 2,30 juta ha merupakan provinsi yang mempunyai perkebunan kelapa sawit terluas disusul berturut-turut Provinsi Sumatera Utara seluas 1,39 juta ha, Provinsi Kalimantan Tengah seluas 1,16 juta ha dan Provinsi Sumatera Selatan dengan luas 1,11 juta ha serta provinsiprovinsi lainnya [2]. Pesatnya pertumbuhan perkebunan kelapa sawit berdampak pada jumlah limbah yang dihasilkan. Limbah padat dari perkebunan kelapa sawit dapat berasal dari pelepah sawit, tandan kosong kelapa sawit, cangkang kelapa sawit, dan sebagainya. Di Provinsi Sumatera Utara jumlah pelepah dari kelapa sawit yang telah berproduksi mencapai 40-50 pelepah/pohon/tahun dengan bobot pelepah sebesar 4,5 kg berat kering/pelepah. Dalam 1 ha perkebunan kelapa sawit diperkirakan menghasilkan 6.400-7.500 pelepah/tahun. Sehingga di Sumatera Utara dengan luasan perkebunan tersebut dapat menghasilkan sekitar 48,9 juta 55 juta ton berat kering pelepah/tahun [3]. Banyaknya pelepah yang dipotong berbeda-beda tergantung pada umur kelapa sawit dan produktifitasnya. Oleh karena itu, banyaknya pelepah sawit yang dihasilkan oleh tiap-tiap perkebunan tidak sama. 1
Saat ini masih terus dilakukan pengkajian terhadap pemanfaatan potensi limbah perkebunan kelapa sawit dan pabriknya yang berlimpah untuk menghasilkan berbagai produk yang bermanfaat dan bernilai ekonomis. Limbah padat perkebunan kelapa sawit berupa pelepah sawit sejauh ini masih dimanfaatkan hanya sebagai pakan ternak. Pelepah sawit memiliki komposisi selulosa, hemiselulosa dan lignin berturut-turut sebesar 34,89%, 27,14%, dan 19,87% [3]. Dengan komposisi tersebut dan dengan jumlah pelepah yang dihasilkan cukup besar per tahunnya, maka limbah pelepah sawit memiliki potensi cukup besar untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan asap cair yang memiliki nilai ekonomis lebih tinggi. Asap cair terbentuk dari kondensasi asap melalui proses pirolisis konstituen kayu seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin [4]. Kualitas asap cair hasil pirolisis ini tergantung pada bahan baku (jenis kayu), suhu pirolisis, ukuran partikel kayu, dan kadar air kayu [5, 6]. Ukuran partikel kayu yang lebih kecil memberikan laju yang lebih tinggi pada reaksi pirolisis cepat, tetapi partikel yang terlau kecil sulit untuk ditangani [7]. Kadar air dalam bahan baku akan menentukan kualitas asap cair yang dihasilkan. Kadar air yang terlalu tinggi akan mengurangi kualitas asap cair yang diproduksi karena tercampurnya hasil kondensasi uap air dengan asap cair yang dihasilkan sehingga menurunkan kadar fenol [6]. Penelitian yang telah dilakukan dengan menggunakan sampel kulit kayu durian menyebutkan bahwa yield asap cair maksimum dihasilkan pada kondisi kadar air bahan baku 13,95% [8]. Penelitian mengenai pengaruh temperatur pirolisis terhadap karakter asap cair telah dilakukan dengan menggunakan sampel batok kelapa. Penelitian dilakukan pada temperatur pirolisis dengan range dari 150 sampai 450 o C. Hasilnya, konsentrasi asam asap cair tertinggi didapatkan pada temperatur pirolisis 150-200 o C dan konsentrasi terendah didapatkan pada temperatur pirolisis 351-450 o C. Konsentrasi tar tertinggi (1,03% v/m) didapatkan pada temperatur pirolisis 276-350 o C dan konsentrasi tar terendah (0,20% v/m) didapat pada temperatur pirolisis 150-200 o C [9]. Oleh karena itu, penelitian dengan bahan baku pelepah sawit ini akan dilakukan pada temperatur pirolisis dengan range dari 150 sampai 250 o C. Penelitian mengenai manfaat asap cair juga telah banyak dilakukan. Asap cair memiliki banyak manfaat diantaranya sebagai inhibitor, mempercepat pertumbuhan 2
tanaman, deodoran, farmasi, antijamur dan mikroba [10]. Manfaat lain dari asap cair yaitu dapat digunakan untuk mengendalikan hama penyakit tanaman [11] dan juga dapat digunakan untuk perbaikan kualitas tanah dan tanaman [12]. Asap cair memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan teknik pengasapan tradisional dalam hal kemudahan aplikasi, kecepatan, keseragaman produk, reproduktifitas baik dari karakteristik yang diperoleh dalam hasil akhir pengasapan makanan, dan penghilangan harzardous polycyclic aromatic hydrocarbons [13]. Efek pengawet dalam pengasapan makanan dapat dilakukan karena adanya senyawa antimikroba dan antioksidan, seperti aldehida, asam karboksilat dan fenol [14]. Rangkuman beberapa penelitian terdahulu mengenai pembuatan asap cair dapat dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Rangkuman penelitian terdahulu Penulis / Tahun Anggraini dan Yuniningsih/ 2014 [4] Judul Utilization of Various Types of Agricultural Waste Became Liquid Smoke Using Pyrolisis Process Bahan Baku / Variabel Proses Sabut kelapa, cangkang kelapa, jerami padi, tongkol jagung / 3 kg ; 400 o C ; 5 jam Hasil Yield : 32,35%, 30,50%, 29,53%, 31,65% Fenol : 2,97%, 3,04%, 1,30%, 1,38% Asam : 6,8%, 7,3%, 1,6%, 1,3% Haji, Abdul Gani / 2013 [16] Komponen Kimia Asap Cair Hasil Pirolisis Limbah Padat Kelapa Sawit Cangkang, tandan kosong, janjang / 150 gram; 500 o C; 5 jam Rendemen rata-rata: Cangkang = 52,02%w/w Tankos = 29,59%w/w Janjang = 34,88%w/w Ayudiarti, dan Sari/ 2010 [6] Asap cair dan Aplikasinya pada produk perikanan Tempurung kelapa; 500 gram; 8 jam; 227-251,8 o C Rendemen asap cair : 48,10 % Arang : 31,33 % 3
Tabel 1.1 Rangkuman penelitian terdahulu (Lanjutan) Penulis / Tahun Judul Bahan Baku / Variabel Proses Hasil Swastawati, dkk. /2007 [17] Liquid smoke Performance of Lamtoro Wood and Corn Cob Bongkol Jagung, Kayu Lamtoro / 2,5 kg; 400 o C Kayu Lamtoro : Yield : 1,31 liter %Arang dan abu : 47,45% % yield : 52,55 % ph : 3 Lombok, et. al. / 2014 [9] Oramahi, H.A dan Farah Diba / 2013 [8] Effect of Pyrolisis Temperature and Distillation on Character of Coconut Shell Liquid Smoke Maximizing The Production of Liquid Smoke from Bark of Durio by Studying Its Potential Compounds Cangkang kelapa limbah dari pembuatan kopra / 150-450 o C ; 2 jam; 8 kg; kadar air 6,16% Kulit kayu durian / 350-450 o C ; 70 sampai 105 menit ; kadar air 10%, 12,5% dan 15%. Tongkol jagung : Yield : 1,5 liter %yield : 60% %arang dan abu : 40% ph : 2,9 Asap Cair (%v/m) 150-200 o C : 6,07 201-275 o C : 3,21 276-350 o C : 4,58 350-450 o C : 0,85 Hasil maksimum diperoleh pada kondisi operasi 421 o C, waktu pirolisis 72,9 menit dan kadar air 13,95% dengan yield sebesar 39,46%. Senyawa dominan dalam asap cair yaitu asam asetat dan komponen utama lainnya yaitu metil alkohol, 2-propanon, 1- hidroksi(asetol), turunan karbonil, dan turunan fenol. Zhou, et. al. / 2013 Bennadji, et. al. / 2014 Effect of reaction temperature, time and particle size on switchgrass micowave pyrolysis and reaction kinetics Effect of particle size on low temperature pyrolysis of woody biomass Switchgrass / ukuran partikel : 0,5, 1, 2, 3 dan 4 mm ; 515 690 o C; 4 22 menit; 100 gram Kayu pinus ; diameter partikel 3,81 mm dan 2,54 mm; 100 500 o C ; 0 1600 detik Yield bio-oil tertinggi yaitu 36,3 %, diperoleh pada temperatur pirolisis 650 o C, waktu tinggal 18 menit dan ukuran partikel 3 mm. Ukuran partikel sangat berpengaruh terhadap waktu devolatilisasi dan yield yang dihasilkan. 4
Tabel 1.1 Rangkuman penelitian terdahulu (Lanjutan) Penulis / Tahun Judul Bahan Baku / Variabel Proses Hasil Aguilar, al. / 2015 Yang, et. all / 2007 [18] et. Punsuwan dan Tangsathitku lchai / 2014 Effect of biomass particle size on yield and composition of pyrolysis bio-oil derived from Chinese tallow tree (Triadica sebifera L.) and energy cane (Saccharum complex) in an inductively heated reactor Characteristic of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolisis Product characterization and kinetics of biomass pyrolysis in a threezone free-fall reactor Ukuran partikel : 0,5 ; 1,4 ; 2,4 dan 4,4 mm; 550 oc; 35 menit Karakteristik pirolisis 3 komponen utama biomassa diukur menggunakan TGA. Gas utama yang dilepaskan diukur dengan menggunakan FTIR. Cangkang sawit (CS), cangkang kernel (CK), residu pulp cassava (RPC); ukuran partikel 0,18 1,55 mm (CS) dan 0,28 mm (CK dan RPC); 50 gram; T = 250 1050 o C Hasil bio-oil paling banyak didapatkan pada ukuran partikel 0,5 1,4 mm. Komposisi bio-oil tidak berubah secara signifikan dengan berubahnya ukuran partikel. Perbedaan ukuran partikel berpengaruh signifikan terhadap kadar air bio-oil. Hasil analisis TGA : pirolisis hemiselulosa dan selulosa berlangsung cepat dengan kehilangan berat paling banyak terjadi pada suhu 220-315 o C dan 315-400 o C, lignin paling sulit terdekomposisi dan kehilangan berat terjadi pada rentang suhu yang luas yaitu 160-900 o C. Gas utama hasil pirolisis 3 komponen ini yaitu CO 2, CO, CH 4, dan beberapa gas organik. Dekomposisi termal tidak terjadi pada ukuran partikel biomassa <1,55 mm dengan panjang zona pemanasan sentral 20 cm. Yield meningkat seiring dengan menikngkatnya temperatur pirolisis. 5
Dari Tabel 1.1 dapat dilihat bahwa asap cair dapat dibuat melalui pirolisis berbagai jenis biomassa dan dengan kondisi operasi yang berbeda. Kondisi operasi yang dipakai pada proses pembuatan asap cair yaitu pada rentang suhu 150 o C hingga 500 o C dengan waktu pirolisis tercepat 75 menit dan terlama 8 jam, serta dengan umpan sebanyak 150 gram hingga 8 kg. Dengan melihat banyaknya manfaat asap cair dan sumber biomassa yang ada, maka perlu dilakukan penelitian tentang pembuatan asap cair dan mengetahui kondisi operasi yang baik untuk menghasilkan asap cair dari limbah pelepah kelapa sawit. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan diketahui bahwa masih belum ada penelitian tentang pembuatan asap cair dari bahan baku serbuk pelepah kelapa sawit. Pengecilan ukuran bahan baku dapat mempengaruhi laju pemanasan, dimana semakin kecil ukuran partikel maka laju pemanasan akan semakin tinggi sehingga waktu yang diperlukan untuk memperoleh hasil asap cair lebih sedikit. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan digunakan pelepah kelapa sawit dalam bentuk serbuk sebagai bahan baku dalam pembuatan asap cair dengan proses pirolisis. 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh temperatur dan waktu pirolisis terhadap rendemen dan kualitas asap cair yang dihasilkan dari pirolisis serbuk pelepah kelapa sawit. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat yang diperoleh dalam penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Bagi Peneliti Dapat memberikan wawasan tambahan dalam bidang ilmu pengetahuan terkait penerapannya dalam mengkonversi limbah padat menjadi suatu produk baru yang bernilai ekonomis lebih baik. 2. Bagi PerguruanTinggi Dapat dijadikan sebagai bahan pertimbangan untuk melakukan penelitian selanjutnya. 6
3. Bagi Masyarakat Dapat menggunakan asap cair sebagai alternatif baru pengawetan makanan selain pengasapan dan memberikan tambahan informasi bahwa limbah pelepah sawit dapat diolah menghasilkan produk baru yang lebih bernilai ekonomis dibandingkan hanya dijadikan sebagai pakan ternak. 1.5 Ruang Lingkup Penelitian Persiapan bahan baku untuk pembuatan asap cair dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, dan proses pirolisis dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Sedangkan lokasi untuk analisis asap cair yang dihasilkan dilakukan di Laboratorium Kimia Analisa, Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik,, Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi Universitas Sumatera Utara, dan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan. Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 12 bulan. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Variabel tetap: a. Bahan baku: pelepah kelapa sawit b. Berat bahan baku : 500 gram c. Bahan baku berbentuk serbuk dengan ukuran 32-50 mesh d. Waktu pengendapan : 2x24 jam 2. Variabel bebas: a. Suhu pirolisis : 150 o C, 200 o C, dan 250 o C b. Waktu pirolisis : 30 menit, 60 menit, dan 90 menit Analisis yang akan dilakukan di dalam penelitian ini meliputi analisis pada bahan baku dan produk asap cair yang dihasilkan yaitu: 1. Analisis karakteristik bahan baku 2. Analisis kadar air bahan baku 3. Analisis kadar asam asap cair 4. Analisis kadar fenol total asap cair 5. Pengukuran ph asap cair 6. Perhitungan rendemen asap cair 7