BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Semakin menipisnya sumber daya alam yang berasal dari sisa fosil berupa minyak bumi diakibatkan karena kebutuhan manusia yang semakin meningkat dalam penggunaan energi. Energi merupakan komponen terpenting di dalam menunjang kehidupan manusia. Aktivitas sehari-hari yang tidak lepas dari penggunaan energi mengakibatkan cadangan sumber daya alam semakin berkurang sehingga akan terjadi ketidakseimbangan kehidupan di bumi. Untuk mengatasi permasalahan tersebut peran energi terbarukan sangat dibutuhkan. Energi terbarukan merupakan konversi energi yang ramah lingkungan dan sangat penting penggunaannya untuk masa depan. Teknologi gasifikasi biomassa merupakan suatu bentuk konversi energi yang terkandung di dalam biomassa. Proses gasifikasi berlangsung di dalam suatu reaktor yang disebut gasifier. Pada alat ini bahan bakar biomassa diurai di dalam reaktor (ruang bakar) dengan udara terbatas. Dengan kata lain, proses gasifikasi biomassa merupakan proses pembakaran tidak sempurna bahan baku padat biomassa, melibatkan reaksi antara oksigen secara terbatas dengan bahan bakar padat berupa biomassa. 1
2 Biomassa merupakan salah satu bentuk energi terbarukan yang tersedia dalam jumlah besar. Indonesia sebagai negara agraris mempunyai sumber energi biomassa yang melimpah. Salah satu sumber energi biomassa di Indonesia yang potensial adalah limbah pertanian berupa tongkol jagung. Tongkol jagung merupakan limbah pertanian yang sangat potensial untuk diolah menjadi bahan bakar alternatif. Menurut Schneider (1995), jagung terdiri dari 2 bagian yaitu 20% tongkol jagung dan 80% biji jagung. Sebagai sumber energi, biomasa memiliki beberapa keuntungan terutama dari sifat terbarukannya, dalam arti bahan tersebut dapat diproduksi ulang. Selain itu, dari segi lingkungan, penggunaan biomas sebagai bahan bakar memiliki 2 segi positif yaitu bersifat mendaur ulang CO2, sehingga emisi CO2 ke atmosfir secara netto berjumlah nol, dan sebagai sarana mengatasi masalah limbah pertanian (Bahrulj, 2013). Selama ini, kayu bakar dijadikan bahan bakar oleh sebagian besar masyarakat, namun hal ini dirasa masih belum maksimal. Pencampuran kayu bakar dengan tongkol jagung diharapkan menghasilkan sumber energi yang jauh lebih besar. Menurut Higman dan Berg (2003) dalam Sudarmanta dan Kadarisman (2010), menyatakan bahwa gasifikasi limbah pertanian berupa biomassa tongkol jagung dipilih sebagai salah satu cara untuk memanfaatkan limbah biomassa menjadi energi. Gasifikasi biomasssa merupakan suatu proses dekomposisi termal dari bahan-bahan organik melalui pemberian sejumlah panas dengan suplay oksigen terbatas untuk menghasilkan synthesis gas yang terdiri dari CO, H2, CH4 sebagai produk
3 utama dan sejumlah kecil arang karbon dan abu sebagai produk ikutan. Alat yang digunakan untuk proses gasifikasi dinamakan gasifier. Menurut Senoaji (2007), kendala yang dihadapi dalam proses gasifikasi limbah padat yaitu aliran bahan yang tidak lancar. Ketika proses gasifikasi berlangsung, sering dijumpai adanya rongga dalam reaktor. Rongga tersebut berpotensi menimbulkan lidah api yang dapat membakar gas hasil gasifikasi. Karena permasalahan tersebut, pada saat proses gasifikasi berlangsung, operator gasifier harus sering membuka dan menutup reaktor untuk melakukan pemadatan terhadap biomassa. Akibatnya akan terjadi penurunan suhu yang cukup signifikan pada zona pirolisis dan pembakaran dan proses gasifikasi terganggu. Selain mempunyai kendala belum optimalnya suhu pada zona reduksi dan laju bahan yang tidak konstan, menurut Kasih (2009), masih terdapat penyimpangan distribusi suhu dalam proses gasifikasi menggunakan reaktor downdraft dengan bahan bakar tongkol jagung yaitu penyimpangan suhu pada setiap zona pada gasifier. Pada beberapa operasional gasifier suhu pada zona reduksi lebih tinggi dari zona pembakaran dan suhu pada zona pengeringan lebih tinggi dari suhu pada zona pirolisis. Hal-hal tersebut dipengaruhi oleh ukuran partikel bahan bakar dan ketidakseragaman bentuk bahan bakar. Masih banyaknya kendala yang dihadapi selama proses gasifikasi biomassa tongkol jagung diantaranya rendahnya nilai kalor tongkol jagung dan laju penurunan biomassa tidak lancar. Hal tersebut yang mendorong
4 terus diadakannya penelitian yang mengkaji gasifikasi tongkol jagung. Laju penurunan biomassa tidak lancar disebabkan karena proses pembakaran yang tidak merata dan gas terbakar di reaktor. Dari kandungan zat kimianya tongkol jagung terdiri dari 6,32% hidrogen, 43,42% karbon, 46,69% oksigen, 0,67% nitrogen dan 0,07% sulfur (Wilasita dan Purwaningsih, 2010). Kandungan volatile tongkol jagung sebesar 74% (Mani, 2004). Besarnya nilai volatile mengakibatkan biomassa tersebut akan cepat terbakar habis sehingga gas tidak termanfaatkan secara maksimal. Untuk itu, dalam gasifikasi tongkol jagung diperlukan suatu modifikasi yaitu dengan mencampurkan biomassa yang memiliki nilai kalor tinggi dan kandungan volatile yang rendah. Dengan mencampurkan biomassa yang memiliki nilai densitas lebih tinggi dari tongkol jagung ini diharapkan mampu memperlancar laju penurunan biomassa sehingga pembakaran biomassa lebih merata. Pada penelitian ini akan digunakan tongkol jagung sebagai bahan utama dan kayu sebagai campuran. Kayu yang digunakan pada penelitian ini adalah kayu pinus. Kayu pinus dipilih karena kayu pinus merupakan salah satu jenis kayu lunak dan memiliki nilai kalor sebesar 4.625 kkal/kg (Takiyah Salim et al., 2005). Kandungan volatile kayu pinus tidak sebesar tongkol jagung yaitu sebesar 35% (Huhtinen, 2005). Hal tersebut menunjukkan adanya perbedaan dalam segi kandungan volatile kedua bahan. Penambahan kayu pinus untuk gasifikasi tongkol jagung diharapkan tidak hanya untuk meningkatkan kinerja gasifikasi dalam produksi gas tetapi
5 untuk mengurangi frekuensi pengaturan turun bahan. Densitas kayu pinus yang lebih tinggi dari tongkol jagung diharapkan mampu mengatasi permasalahan laju penurunan biomassa yang tidak lancar. Besaran nilai kalor kayu pinus yang lebih tinggi dibandingkan tongkol jagung juga diharapkan mampu untuk meningkatkan suhu reduksi. Pemilihan kayu pinus sebagai campuran bahan utama tongkol jagung untuk gasifikasi sangat diharapkan dengan kayu pinus dipotong kecil-kecil maka aliran udaranya tidak berat saat ditarik blower dan juga akan memperlancar proses tereduksi bahan tersebut. Proses cepat terbakarnya kayu pinus dibandingkan tempurung kelapa menjadi nilai tambah untuk pemilihan kayu pinus sebagai bahan campuran gasifikasi tongkol jagung. Jika dilihat dari sifat tongkol jagung yang mudah sekali terbakar, kayu pinus dan tempurung memiliki waktu terbakar yang lebih lama dari tongkol jagung. Kedua bahan tersebut membutuhkan suhu tinggi untuk dapat terbakar dan tentunya kayu pinus lebih cepat terbakarnya dibandingkan tempurung kelapa. Hal tersebut dapat diketahui dari kandungan volatile tempurung kelapa sebesar 24,50% (Irawan dkk., 2010). Semakin rendahnya volatile yang terkandung dalam bahan maka proses pembakaran yang terjadi akan lama karena membutuhkan suhu tinggi untuk tereduksi. Sehingga kayu pinus dipilih sebagai campuran gasifikasi tongkol jagung sebab memiliki volatile lebih tinggi dari tempurung kelapa sebesar 35%, sehingga waktu proses tereduksi tongkol jagung dan kayu pinus untuk menghasilkan gas berlangsung bersamaan dan tidak menghasilkan sisa
6 padatan kayu pinus. Maka dengan demikian, laju aliran biomassa akan lancar dan proses gasifikasi berjalan baik. Penelitian gasifikasi tongkol jagung ini dilakukan dengan menambahkan kayu pinus sebagai campurannya. Persentase penambahan kayu pinus diberikan sedikit dimaksudkan agar tidak menggantikan tongkol jagung sebagai bahan utama untuk proses gasifikasi. Dengan penambahan biomassa kayu pinus diharapkan mampu menyempurnakan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. 1.2. Tujuan 1.2.1. Tujuan Umum Mengetahui pengaruh pencampuran kayu pinus pada gasifikasi tongkol jagung sebagai bahan bakar dan kinerjanya pada downdraft gasifier. 1.2.2. Tujuan Khusus Adapun tujuan khusus dari penilitian ini adalah : 1. Mengetahui besaran suhu ruang reduksi, suhu kompor, waktu efektif nyala api, waktu operasional, volume tar, sisa biomassa, frekuensi api padam dan frekuensi pengaturan turun bahan. 2. Mencari komposisi campuran kayu pinus terkecil yang menghasilkan kinerja gasifikasi tongkol jagung yang baik. 1.3. Batasan Masalah Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja gasifier tipe downdraft dengan bahan utama tongkol jagung yang ditambahkan kayu
7 pinus, kemudian divariasi berat kayu pinus yang ditambahkan dalam proses gasifikasi. Kayu pinus yang digunakan diasumsikan homogen (tidak ada variabilitas umur, kekerasan, kadar air, kandungan energi, dll.). Parameter kinerja downdraft gasifier meliputi suhu ruang reduksi, suhu kompor, waktu efektif nyala api, waktu operasional gasifier, produksi tar, sisa biomassa, frekuensi api padam dan frekuensi pengaturan turun biomassa dalam proses gasifikasi menggunakan downdraft gasifier. 1.4. Manfaat Penelitian mengenai pengaruh variasi komposisi campuran tongkol jagung dengan kayu pinus dalam proses gasifikasi untuk mendapatkan hasil yang optimal menggunakan downdraft gasifier memiliki banyak manfaat. Selain menambah wawasan ilmu baru dan sebagai pelatihan bagi mahasiswa, penelitian ini juga dapat memberi warna baru dalam penelitian tentang gasifier yang telah banyak dikembangkan selama ini. Untuk kedepannya, diharapkan gasifier dapat mengatasi permasalahan biomassa pertanian yang selama ini tidak dimanfaatkan dengan optimal dan tentunya dapat memberi nilai tambah yang lain seperti menjadi bahan bahan alternatif atau energi terbarukan kedepan.