1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Definisi Biomassa

Biomassa adalah suatu bahan atau material yang didapatkan dari tanaman

baik secara langsung maupun tidak langsung dan dimanfaatkan sebagai energi

atau bahan dalam jumlah yang besar. Biomassa disebut juga sebagai

„Fitomassa” dan sering kali diterjemahkan sebagai bioresources atau sumber

daya yang diperoleh dari hayati. Menurut Kamus Bahasa Inggris Oxford istilah

biomassa pertama kali muncul diliteratur pada tahun 1934. Di dalam journal of

marine biology association, ilmuwan rusia bernama bogorov menggunakan

biomassa sebagai tatanama. Biomassa merupakan sumber daya terbaharui dan

energi yang diperoleh dari biomassa disebut energi terbarukan. Dari persektif

sumber daya energi definisi umumnya adalah istilah umum untuk sumber daya

hewan dan tumbuhan serta limbah yang berasal darinya dimana ia terkumpul

dalam jangka waktu tertentu (tidak termasuk sumber fosil) Biomassa sangat

beragam dan berbeda dalam hal sifat kimia, sifat fisis, kadar air, kekuatan

mekanis dan sebagainya dan teknologi konversi menjadi bahan dan energi juga

beragam(yokoyama,2008).

2

Gambar 2.1 Definisi Energi Biomassa (yokoyama,2008).

Sumber daya biomassa dapat digunakan berulang kali dan bersifat tidak terbatas

berdasarkan siklus dasar karbon melalui proses fotosintesis. Sebaliknya sumber

daya fosil secara prinsip bersifat terbatas dan hanya untuk sementara. Selain itu

emisi CO2 yang tidak terbalikan dari pembakaran fosil akan memberikan efek

yang serius terhadap iklim global

Gambar 2.2 Perbandingan sistem biomassa dan fosil pada siklus karbon

Limbah (Plastik

Dan Ban)

Kotoran Ternak

Jerami Padi

Sekam Padi

Tanaman penghasil energi (kehutanan,

herbaceus

& biomasa air)

[Sumber Daya Biomassa] (use) CO2 (** atmosfer CO2 )

[Sumber Daya Fosil ] (use) CO2 (** atmosfer CO2 ) (akumulasi

CO2/udara)

Biomassa Sumber Energi Terbarukan

Limbah

kertas,

makan

nan,

minyak

, sisa

kayu.

dll

3

2.2 Kelapa

2.2.1 Taksonomi Tanaman Kelapa

Pohon Kelapa termasuk kedalam Kingdom Plantae, Divisi

Magnoliophyta, Kelas liliopsoda Orde arecales, Keluarga Arecaceae, dan

genus cocos.

2.2.2 Asal Tanaman Kelapa

Ada 2 pandangan yang berbeda mengenai asal kelapa. Salah satunya

adalah kelapa berasal dari amerika karena beberapa spesies di dalam

genus cocos hanya bisa ditemukan di amerika, dan kehadiran kelapa di

amerika telah dicatat dalam sejarah. Disisi lain ada juga orang lain yang

mengatakan bahwa kelapa berasal dari Asia seperti yang ditunjukan

melalui penemuan buah dari spesies cocos di dalam deposit Pleiocene di

Auckland utara selandia baru, keberadaan kelapa di asia tenggara lebih

beragam dibandingkan dengan di amerika serta alasan alasan lainya.

2.2.3 Ekologi Tanaman Kelapa

Kelapa merupakan tumbuhan yang menyukai matahari dan membutuhkan

cahaya matahari yang cukup untuk proses fotosintesis dan menaikan suhu

udara. Ia dapat tumbuh paling baik pada suhu rata-rata 27oC dan bersifat

sensitive pada suhu yang rendah. Kelapa juga tumbuh dengan baik pada

distribusi hujan antara 1300 sampai 2300 mm per tahun. Kelapa mungkin

bahkan dapat tumbuh dengan baik pada curah hujan 3800 mm per tahun

atau lebih apabila tanah tempat tumbuhnya memiliki system drainase yang

baik. Tanah yang terbaik untuk proses tumbuhnya tanaman kelapa

4

adalah tanah yang matang dan dalam seperti berpasir, berlempung,

berdebu atau tanah liat dengan struktur bergranular.

2.2.4 Pembuahan

Varietas kelapa yang berbeda akan berbuah pada usia yang berbeda

pula varietas kerdil akan mulai berbuah pada usia 3-4 tahun

penanaman sedangkan varietas yang tinggi akan dimulai setelah usia 5-

7 tahun, cahaya matahari, distribusi hujan dan suhu yang kompleks

mengakibatkan keberkalaan hasil buah dibulan bulan yang berbeda

dalam setahun. Hasil penelitian menunjukan bahwa hasil yang lebih

banyak adalah diperoleh antara bulan maret sampai juni.

2.2.5 Buah Kelapa

Buah Kelapa sebenarnya merupakan pelok yang berbiji satu. Diluarnya

ada kulit aslinya berwarna hijau tetapi akan berubah menjadi warna coklat

ketika dipetik dan dikeringkan. Di dalam bagian luar daripada buah ada

mesokrap yang terdiri atas pembuluh. Serat ini disebut dengan sabut, dan

digunakan untuk tikar dan tali. Tempurung dapat digunakan sebagai

wadah dan digunakan secara luas oleh para pengrajin untuk membuat

perhiasan dan dekorasi. Bagian berikutnya ada lapisan biji yang tipis

dan ada daging putih atau disebut sebagai kopra/santan. Baik kopra

maupun santan merupakan bagian endosperm dari biji kelapa. Kelapa

merupakan pohon yang unik diantara lainya karena mengandung

cairan endosperm yang membanjiri embrio yang muda itu. Awalnya

santan itu agak manis dan kopra berbentuk tipis akan tetapi ketika biji

5

itu telah mulai matang cairan itu akan berubah menjadi padatan

endosperm yang kaya akan minyak ( trigliserida). Endosperm yang

keras itu di panen, dikeringkan kemudian diperas untuk menghasilakna

minyak yang secara luas.

2.2.6 Hasil Sampingan Buah Kelapa

Hasil sampingan utama dari kelapa adalah tempurung kelapa, sabut

kelapa dan pelapah kelapa. Tempurung kelapa bisa dirubah menjadi

karbon aktif sedangkan sabut kelapa dapat diolah untuk menghasilkan

arang tempurung kelapa, sabut kelapa dan serbuk sabut. Jumlah residu

yang dihasilkan selama setahun di dalam negeri adalah setara dengan

hasil dari nilai rasio atau residu dengan produk (RPR) untuk residu yang

tertentu dan produksi tahunanan tanaman atau produk. Nilai RPR Untuk

tanaman utama disajikan dalam table 1 berikut.

Residu Pertanian RPR

Tempurung kelapa 0,15

sabut kelapa 0,33

Pelepah kelapa 0,33

Tabel 2.1. Nilai RPR Tanaman (yokoyama,2008).

Tabel 2 Menunjukan nilai kalor dari residu kelapa yang umum digunakan dalam

dunia industry.

6

Jenis Residu Kelapa Nilai Kalor Kcal.Kg

Tempurung kelapa 4436 ( I. Cruz)

Arang Tempurung Kelapa 6540 ( Lozada)

Arang Sabut Kelapa 6320ozada)

Tabel 2.2 Nilai Kalor Residu Kelapa (yokoyama,2008).

2.2.7 Karakteristik Tempurung Kelapa

Berat dan tebal tempurung sangat ditentukan oleh jenis tanaman kelapa.

Berat tempurung sekitar 15-19% bobot total buah kelapa dengan ketebalan

3-5 mm (Ferry Y,2005). Tempurung kelapa termasuk golongan kayu keras

(pranata J 2007) secara kimiawi memiliki komposisi kimiawi yang hampir

mirip dengan kayu, seperti yang tercantum pada Tabel 2.3

Komponen Prosentase (%)

Cellulose 33,61

Hemicellulose 29,27

Lignin 36,51

Tabel 2. 3 Kandungan Kimiawi Tempurung Kelapa secara umum

Pada Tabel 2 dijelaskan bahwa berdasarkan asal lokasi pohon kelapa

ditanam, tempurung kelapa dapat dibedakan menjadi dua, yaitu pohon

kelapa yang ditanam di daerah pegunungan dan pohon kelapa yang ditanam

7

di daerah pantai. Perbedaan tempat tumbuh pohon kelapa akan

menghasilkan ketebalan dan kekerasan tempurung kelapa yang berbeda.

Tabel 2. 4. Pengaruh Daerah Asal Kelapa Tumbuh (Pegunungan dan Pantai)

(pugersari, et al)

Pohon kelapa yang hidup di daerah pegunungan memiliki tempurung

dengan ketebalan dan kekerasan yang lebih besar dari pada pohon kelapa

yang hidup di daerah pantai. Perbedaan ketebalan dan kekerasan tempurung

berpengaruh pada cara produksi dan produk yang dihasilkan. Tempurung

kelapa dengan ketebalan dan kekerasanan lebih rendah akan bersifat lebih

lunak dan lebih mudah untuk diolah dibandingkan tempurung kelapa dengan

ketebalan dan kekerasan lebih tinggi. Kekerasan tempurung juga

berpengaruh pada umur pakai peralatan produksi, di mana umur peralatan

produksi pengolah tempurung kelapa yang lebih tebal dan keras memiliki

umur yang cenderung lebih pendek.

8

2.3 Definisi Pirolisis

Pirolisis adalah proses dekomposisi bahan kimia organik melalui proses

pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainya, dimana material mentah

akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas, pada tingkat tertentu

untuk suhu maksimum, yang dikenal sebagai temperatur pirolisis, dan

menahannya di sana untuk waktu yang ditentukan. Dalam proses pirolisis ini ada

tiga produk dalam prosesnya yaitu: gas, pirolisis oil, dan arang, besarnya produk

yang akan dihasilkan dipengaruhi oleh kondisi proses terutama temperature dan

laju pemansan. Perbedaan utama proses pirolisis dengan gasifikasi dan insenerasi

adalah dalam hal jumlah oksigen yang disupply ke raktor thermal. Adapun reaksi

pembakaran selama proses pirolisis adalah sebagai berikut:

Heat ( 500~600 oC)

(C6H12O6)m ( H2+CO+CH4 +…….+ C5H12) + (H2O+…+CH3OH +

(Biomassa) ( gas ) ( Liqiud )

CH3COOH+…) + C

(Char)

9

Gambar.2.3 Proses penguraian molekul hidrokarbon besar menjadi lebih kecil

selama pirolisis (prabir basu,2010)

2.4 Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Pirolisis

1. Bahan baku disini meliputi komposisi kimia penyusus material dan kadar

air yang ada pada material tersebut.

2. Type Reaktor, type reactor ini ada 2 jenis yaitu vertical shaft ( batch

reactor dan rotataing turbular/fluidized bed reactor.

3. Kondisi operasi meliputi suhu/temperatur pada saat proses pyrolisis serta

waktu pirolisis (waktu tinggal).

2.5 Tahapan Pirolisis

Tahapan dalam proses pirolisis ini dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu:

1. Proses primer

Proses primer adalah proses pirolisis yang terjadi pada bahan baku

(umpan), pirolisis primer ini terjadi pada suhu dibawah 600oCdan

10

produk penguraian yang utama adalah karbon/arang, proses

pembentukan arang ini terjadi karena adanya energi panas yang

mendorong terjadinya oksidasi sehingga molekul karbon yang komplek

teruarai sebagian besar menjadi karbon atau arang.

2. Pirolisis Sekunder

Pirolisis sekunder adalah pirolisis yang terjadi pada partikel dan gas atau

uap hasil pirolisis primer, pirolisis sekunder terjadi padasuhu > 600oC

berlangsung cepat dan produk penguraian yang dihasilkan adalah gas

karbon monoksida(CO), Hydrogen(H2), senyawa-senyawa hydrocarbon

berbentuk gas dan tar, pirolisis sekunder ini merupakan dasar proses yang

digunakan pada system gasifikasi (gas producer) dimana biomassa

diuraikan untuk memperoleh gas bahan bakar karbon monoksida (CO)

Gambar 2.4 Pirolisis dalam partikel biomassa (prabir basu,2010)

2.6 Keunggulan Pirolisis:

1. Dapat mereduksi gas buang yang dihasilkan

11

2. Kondisi operasi proses pirolisis bisa diatur sesuai keinginan tergantung

kualitas produk yang dihasilkan

3. Pirolisis menyediakan kontrol suhu yang baik dan seragam di semua

bagian unit reactor, terutama pirolisis fluidisasi bed.

4. Hasil produk dari proses pirolisis dapat dimanfaatkan lebih fleksibel dan

mudah dalam penangananya .

1.7 Definisi Karbonisasi.

Karbonisasi adalah proses pemansan batubara/biomassa sampai suhu dan

waktu tertentu berkisar antara 200oC sampai >1000

oC pada kondisi sedikit

oksigen untuk menghilangkan kandungan zat terbang (Volatile matter) sehingga

dihasilkan padatan yang berupa arang batubara/biomassa dengan hasil sampingan

berupa tar dan gas, fungsi utama karbonisasi adalah meningkatkan nilai kalor

karena pelepasan kandungan air dan juga pembentukan tar yang bisa berfungsi

sebagai coating film yang mencegah penyerapan kandungan air.

1.7.1 Karakteristik Karbonisasi

Karbonisasi adalah konversi energi klasik dari suatu biomassa, mirip

dengan proses pembakaran. Dimana tujuan utama dari proses

karbonisasi ini adalah peningkatan nilai kalor dari produk arang yang

padat dimana hal ini memiliki dua sisi dari pencairan dan gasifikasi.

Pencairan berarti sesuai dengan proses pirolisis biasa, operasi

komersial awal diperiksa bersama sama dengan proses tekanan tinggi.

Akan tetapi tar yang diperoleh (minyak) memiliki hasil yang rendah

(<30%) dengan kualitas yang buruk (viscositas tinggi, kadar oksigen

12

yang tinggi, nilai kalor rendah, PH rendah). Sebagai proses gasifikasi

lebih inferior daripada proses saat ini dalam proses produksi komponen

yang terbakar karena suhu operasi yang rendah. Dalam pemanfaatan

produk gas untuk pembangkitan, sejumlah besar Tar harus dihilangkan.

Namun demikian karbonisasi yang memiliki keunggulan industri yaitu

peralatanya yang murah dan pengoperasianya yang mudah masih

penting untuk memproduksi bahan bakar padat murah dengan nilai

pemanasan yang tinggi. Ciri tersebut membuat proposi tertentu dari

karbon organik secara stabil diikat dan ciri yang membuat volume

limbah kota, sampah, lumpur limbah, kotoran sapi, secara efektif

mengurangi kontribusi untuk pengendalian emisi CO2 dan berfungsi

sebagai ukuran praktis untuk membuang berbagai limbah yang ada.

1.7.2 Reaksi Karbonisasi

Reaksi karbonisasi pada dasarnya sama dengan reaksi pirolisis dalam

suatu gas yang lembam seperti nitrogen. Untuk kayu, setelah hamper

semua air diuapkan pada suhu dibawah 200oC, tiga komponen utama

yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin terdekomposisi untuk

menghasilakan fraksi cair dan fraksi gas, terutama terdiri atas CO dan

CO2 pada suhu 200 – 500o

C oleh karenanya menghasilkan penurunan

berat yang cepat. Pada wilayah ini tiap komponen dari kayu melalui

proses dehidrasi dan depolimerisasi untuk mengulangi fisi dan

pengikatan ulang secara intermolekuler dan intramolekuler dan fragmen

13

berbobot molekul rendah yang dihasilkan dipecah menjadi produk cair

dan gas, sedangkan fragmen berbobot molekul tinggi yang terbentuk

melalui kondensasi diarangkan bersama dengan bagian yang tidak

terdekomposisi. Walaupun kehilangan berat menjadi lebih kecil pada

suhu diatas 500o C, karbon aromatic terpolikondensasi meningkat

dengan evolusi dari H2 sampai berkisar 80% C diarang sampai 700o C.

Dengan peningkatan suhu lebih lanjut struktur karbon terpolikondensasi

berkembang untuk meningkatkan kandungan C tanpa memproduksi H2

lebih lanjut. Skema dari keseluruhan karbonisasi dutunjukan pada

gambar dibawah ini.

Gambar 2.5 Skema Broide – Shafizadeh termodifikasi (Prabir basu,2010)

Hal ini menegaskan bahwa distribusi produk tergantung pada kedua langkah

yaitu dekomposisi dari “ meleleh” yang dihasilkan dari partikel kayu menjadi

gas, cairan dan fraksi padat (tahap pertama) dan dekomposisi lanjutan dari fraksi

cair tahap kedua dan rasio dari laju konstan untuk tahap pertama ke tahap kedua.

Distribusi dipengaruhi oleh kelembaban dan ukuran dari bahan, laju pemanasan,

Biomass active biomass

Primary Volatile

Xchar + y gas +

(1-x-y) secondary tar

Z char + (1-z) gas

K2 K1

K3

K4

K1,k2,k3,k4: rate constants X,y,z : fractions

14

dan suhu operasi hasil produk cair atau tar meningkat seiring dengan penurunan

ukuran atau peningkatan laju, suhu yang labih tinggi membuat arang yang

dihasilkan lebih sedikit dan tar yang dihasilkan lebih tinggi dibawah suhu

500oC, tekanan juga penting, karena hasil dari tar menjadi lebih tinggi pada nilai

tekanan yang rendah.

1.8 Pengertian Briket

Briket adalah sebuah blok bahan yang dapat dibakar yang digunakan

sebagai bahan bakar untuk memulai dan mempertahankan nyala api. Briket yang

paling umum digunakan adalah briket batu bara, briket arang, briket gambut, dan

briket biomassa.

Bahan penyusun briket dapat mencakup:

Bahan bakar utama:

1. Arang kayu

2. Batu bara

3. Biomassa:

4. Gambut

Bahan pendukung:

1. Batu kapur (pewarna)

2. Pati (pengikat)

3. Boraks (bahan pelepas, release agent)

4. Natrium nitrat (akselerator)

5. Malam (wax, sebagai pengikat, akselerator, dan penyala (igniter))

15

Briket dibuat dengan menekan dan mengeringkan campuran bahan menjadi blok

yang keras. Metode ini umum digunakan untuk batu bara yang memiliki nilai

kalori rendah atau serpihan batu bara agar memiliki tambahan nilai jual dan

manfaat. Briket digunakan di industri dan rumah tangga. Bahan yang digunakan

untuk pembuatan briket sebaiknya yang memiliki kadar air rendah untuk

mencapai nilai kalor yang tinggi. Keberadaan bahan volatil juga mempengaruhi

seberapa cepat laju pembakaran briket; bahan yang memiliki bahan volatil tinggi

akan lebih cepat habis terbakar.

2.8.1 Standarisasi Mutu Briket

Mutu dari briket bioarang dapat ditentukan oleh sifat fisik dan sifat kimia

dari briket itu sendiri yang meliputi dari kadar air (moisture contents),

kadar abu (ash), kadar zat terbang (volatile matter), kadar karbon (fixed

carbon), karapatan/ massa jenis, nilai kalor. Standar kualitas baku untuk

briket arang di Indonesia mengacu pada standard SNI (Standar Nasional

Indonesia), serta mengacu pada standar sifat briket buatan Jepang, Amerika

dan Inggris.

16

Tabel 2.5 Sifat briket arang buatan Jepang, Inggris, USA dan Amerika

(Triono,2006)

1.9 Nilai Kalor Bakar

Nilai kalori adalah suatu angka yg menyatakan jumlah panas / kalori yg

dihasilkan dari proses pembakaran sejumlah tertentu bahan bakar dengan udara /

oksigen. Bahan bakar dapat diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat

meneruskan proses pembakaran dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran

kalor (Chaniwala, et al, 2002). Nilai kalor adalah jumlah kalor yang dihasilkan

dari pembakaran sempurna per unit bahan bakar dibawah kondisi standard

(yokoyama, 2008). Nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi dua

golongan berdasarkan fasa salah satu produk pembakaran yaitu air (H2O), yaitu:

1. HHV (Higher Heating Value) Suatu besaran yang menyangkut bahan

bakar yang mengandung hidrogen di mana air yang terbentuk dalam

produk pembakaran berbentuk fase cair.

17

NKA = 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑆𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑠𝑎𝑠𝑖 ∗ ∆𝑇

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑏𝑎𝑕𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟…………………………...……(2.1)

2. LHV (Lower Heating Value) Suatu besaran yang menyangkut bahan

bakar yang mengandung hidrogen: di mana air yang terbentuk dalam

produk pembakaran berbentuk fase uap

Hubungan antara HHV dan LHV adalah sebagai berikut:

LHV = HHV – 𝑚𝑎𝑖𝑟 ∗𝑕𝑓𝑔𝑎𝑖𝑟

𝑚𝑏𝑏……………………………………....( 2.2)

Dimana: LHV : Lower Heating Value (kJ/kg bahan bakar)

HHV : Higher Heating Value (kJ/kg bahan bakar)

Mair :Massa air yang mengembun setelah proses

pembakaran (kg)

Mbb :Massa bahan bakar (kg)

hfg.air :Panas laten penguapan air (=2440 kJ/kg)

(Bormab,G. L., 1998:29)

Beberapa peneliti telah melakukan penelitian tentang nilai kalor bahan bakar

padat yang kebanyakan dengan bahan batubara. Estimasi nilai kalor berdasarkan

komposisi dasar bahan bakar telah disampaikan oleh beberapa peneliti [19],

seperti:

1. Dulong memberikan korelasi nilai kalor

HHV = 0,3383 C + 1,443 (H –(O/8))- 0,0942 S MJ/kg……………..(2.3)

Korelasi tersebut berdasarkan pada reaksi pembakaran. Hal tersebut

diperoleh dari sifat batubara.

18

2. Strache dan Lant (1924) memberikan korelasinya

HHV = 0,3406 C + 1,4324 H -0,1532 O + 0,1047 S……………….(2.4)

3. Steuer menyempurnakan korelasi diatas pada tahun 1926 menjadi

HHV = 0,3391 (C - ((3/8) O)) + 0,2386 ((3/8) O) + 1,444 (H - ((1/16) O)

+ 0,1047 S …………………………………………………………..(2.5)

4. Vondrecek pada tahun 1927 memberikan korelasinya

HHV = (0,373 – 0,00026 C) C + 1,444 (H - (1/10) O) + 0,1047 S

……………………………………………………………………….(2.6)

5. D‟Huart (1930) mendapatkan korelasi

HHV = 0,3391 C + 1,4337 H + 0,0931 S – 0,127 O…………..........(2.7)

6. Schuster pada tahun 1931 memberikan korelasi

HHV = (1,0632 – 1,486 x 10 - 3O)(C / 3 + H –(O-S)/ 8) MJ/kg

……………………………………………………………………….(2.8)

Aplikasi untuk berbagai korelasi untuk cakupan bahan bakar yang lebih

luas dilakukan oleh Van Krevelon.

7. Grummel dan Davis memberikan rumus korelasinya pada tahun1933

sebagai berikut: HHV = (0,0152 H + 0,9875) ((C/3) + H - ((O -

S)/8))……………………………………………………………….... (2.9)

8. Beberapa analisa untuk biomassa dilakukan oleh Grabosky yang

menyatakan bahwa korelasi IGT dinyatakan lebih valid untuk biomassa

dan arang, dimana:

HHV = 0,31 C + 1,323 H + 0,0685 – 0,0153 A – 0,1194 (O+N) MJ/kg

…………………………………………………………………….(2.10)

19

9. Channiwala memberikan korelasinya

HHV = 0.349C+1.1783 H-0.1034 O-0.021 A + 0.1005 S - 0.0151 N

……………………………………………………………………...(2.11)

10.Estimasi nilai kalor biomassa telah dilakukan juga oleh Changdong

(2005), dimana data bioamassa diperoleh dari literatur terbuka. Dari sini

diperoleh korelasi baru yaitu: HHV = -1,3675 + 0,3137 C + 0,07009 H +

0,0318 O MJ/kg …………………………………………................(2.12)

2.10 Ultimat Analisis

Analisis ultimat adalah analisa laboratorium untuk menentukan kandungan

abu, karbon, hydrogen, oksigen, nitrogen dan belerang dalam briket dengan

metode tertentu. Kandungan itu dinyatakan dalam persen pada basis dan sampel

dikeringkan pada suhu 105 oC dalam keadaan bebas kelembaban dan abu, anlisis

ultimat dilakukan untuk menentukan kadar karbon ( C ) Hidrogen ( H ), oksigen

( O ), nitrogen ( N ) dan sulfus ( S ) dalam karbon. Di sini, komposisi bahan

bakar hidrokarbon dinyatakan dalam hal elemen yang dasar kecuali

kelembabannya, M, dan unsur anorganik. Analisis ultimat umum adalah:

C +H +O +N +S +ASH +M = 100% ………………………………………..(2.13)

Di sini, C, H, O, N, dan S adalah persentase berat dari karbon, hidrogen, oksigen,

nitrogen, dan belerang, masing-masing, dalam bahan bakar. Tidak semua bahan

bakar mengandung semua elemen ini. Sebagai contoh, sebagian besar biomassa

mungkin tidak mengandung sulfur. Kelembaban atau air dalam bahan bakar

dinyatakan secara terpisah sebagai M. Dengan demikian, hidrogen atau oksigen

20

dalam analisis akhir tidak termasuk hidrogen dan oksigen dalam air, tapi hanya

hidrogen dan oksigen hadir di komponen organik dari bahan bakar.

Ingatlah bahwa Gambar dibawah adalah suatu plot dari rasio atom (H / C) dan (O

/ C) ditentukan dari analisis akhir dari bahan bakar yang berbeda. Ini

menunjukkan bahwa biomassa, khususnya selulosa, memiliki jumlah oksigen dan

hidrogen relatif sangat tinggi. Hal ini menyebabkan nilai-nilai pemanasan yang

relatif rendah

Gambar 2.6 Klasifikasi bahan bakar padat ditinjau berdasarkan rasio hidrogen /

karbon dan oksigen / karbon. (prabir basu,2010)

Kandungan sulfur biomassa ligno-selulosa adalah sangat rendah, adalah

keuntungan yang besar dalam pemanfaatannya dalam konversi energi ketika emisi

SO2 diperhitungkan. Analisis Ultimate relatif sulit dan mahal dibandingkan

dengan proksimat analisis. Standar ASTM berikut tersedia untuk penentuan

analisis akhir dari komponen biomassa.

21

1. Carbon, hydrogen: E-777 for RDF

2. Nitrogen: E-778 for RDF

3. Sulfur: E-775 for RDF

4. Moisture: E-871 untuk bahan bakar kayu

5. Ash: D-1102 untuk bahan bakar kayu

Tabel 2.6 Metode Standar Untuk Analisis Komposisi Biomassa

(prabir basu, 2010)

Meskipun tidak ada standar untuk bahan bakar biomassa lain yang ditentukan, kita

dapat menggunakan Standar RDF dengan tingkat kepercayaan yang memadai.

Untuk penentuan karbon, hidrogen, dan nitrogen komponen analisis utama

batubara, kami dapat menggunakan standar ASTM D-5373-08. Tabel 2.7 daftar

metode standar analisis untuk bahan biomassa. Tabel 2.8 membandingkan analisis

utama beberapa bahan biomassa dengan beberapa bahan bakar fosil. Prosedur

analisis ultimat ini cukup ringkas dengan memasukan sampel karbon ke dalam

22

alat dan hasil analisis akan muncul kemudian pada layar computer. Anlisis ultimat

untuk menentukan kadar karbon ( C ) Hidrogen ( H ), Oksigen ( O ), Nitrogen

( N ) dan sulfur ( S ) menggunakan alat LECO CHN 2000 dengan teknik

inframerah. Metode ini digunakan berdasarkan ASTM (American Society for

Testing and Material).

2.11 Proximat Analisis

Analisis proksimat bahan bakar padat bertujuan untuk menentukan kadar

moisture (air dalam bahan bakar padat) kadar moisture ini mencakup pula nilai

free moisture serta total moisture, ash (debu), volatile matters (zat terbang), dan

fixed carbon (karbon tertambat).

Proximate:VM FC M ASH 100% ………………………………………………….(2.14)

Dimana : VM adalah Volatile matter

FC adalah Fixed Carbon

M adalah Moisture

Ash adalah abu

Moisture ialah kandungan air yang terdapat dalam bahan bakar padat sedangkan

abu (ash) merupakan kandungan residu non-combustible yang umumnya terdiri

dari senyawa-senyawa silika oksida (SiO2), kalsium oksida (CaO), karbonat, dan

mineral-mineral lainya volatile matters adalah kandungan bahan bakar padat yang

terbebaskan pada temperatur tinggi tanpa keberadaan oksigen. Fixed carbon ialah

kadar karbon tetap yang terdapat dalam bahan bakar padat setelah volatile matters

dipisahkan dari bahan bakar padat. Kelembaban dan abu ditentukan dalam analisis

proksimat mengacu pada kelembaban dan abu yang sama ditentukan dalam

23

analisis akhir. Namun, karbon tetap dalam analisis proksimat berbeda dari karbon

dalam analisis akhir: Dalam analisis proksimat tidak termasuk karbon dalam hal

mudah menguap dan sering disebut sebagai hasil arang setelah devolatilisasi.

2.12 Gas Mulia

Gas mulia adalah unsur-unsur golongan VIIIA dalam tabel periodik.

Disebut mulia karena unsur-unsur ini sangat stabil (sangat sukar bereaksi). Unsur

pertama gas mulia yang ditemukan adalah argon, yang ditemukan oleh seorang

kimiawan inggris bernama Sir William Ramsey (http://periodeketiga4us). Tidak

ditemukan satupun senyawa alami dari gas mulia. Menurut Lewis, kestabilan gas

mulia tersebut disebabkan konfigurasi elektronnya yang terisi penuh, yaitu

konfigurasi oktet (duplet untuk Helium). Kestabilan gas mulia dicerminkan oleh

energi ionisasinya yang sangat besar, dan afinitas elektronnya yang sangat rendah

(bertanda positif).

Gas mulia adalah gas yang mempunyai sifat lengai, tidak reaktif, dan susah

bereaksi dengan bahan kimia lain. Gas mulia banyak digunakan dalam sektor

perindustrian. Yang termasuk gas mulia adalah Helium, Neon, Argon, Kripton,

Xenon, Radon.

2.12.1 Sifat – Sifat Gas Argon

Argon merupakan unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki

simbol Ar, nomor atomnya 18. Argon adalah gas mulia ke-3 di golongan

8, 1% dari atmosfer bumi dibentuk oleh argon. Argon dihasilkan dari

penyulingan bertingkat udara cair, karena atmosfer mengandung 0,94%

24

argon. Kelarutan argon dalam air adalah 2,5 kali lipat dari kelarutan

nitrogen dalam air, serta memiliki kelarutan yang sama dengan oksigen.

Selain itu, argon juga tidak berwarna dan tidak berbau, baik dalam bentuk

cair atau gas. Argon pun dikenal sebagai gas inert, serta diketahui tidak

dapat membentuk campuran kimia sejati, seperti krypton, xenon dan

radon. Secara alami, argon merupakan campuran dari 3 isotop Molekul

argon hanya terdiri dari satu atom argon, yaitu Ar. Jangkauan gaya van der

Waals antar atom-atomnya sangat terbatas, begitu pula titik leleh dan titik

didih argon, lebih rendah lagi.

Massa atom 39,948(1) g/mol

Konfigurasi elektron [Ne] 3s2 3p6

Jumlah elektron tiap

kulit 2, 8, 8

Fase Gas

Massa jenis 1,784 g/L

Titik lebur 83,80 K

Titik didih 87,30 K

Kalor peleburan 1,18 kJ/mol

Kalor penguapan 6,43 kJ/mol

Jari-jari Van der Waals 188

Tabel 2.7 Sifat gas argon

2.13 Teknologi Fluidisasi Bed

Fluidisasi bed atau disebut juga unggun terfluidakan merupakan teknologi

pengotakan fluida (cair maupun gas) yang dialirkan melalui material hamparan

padat sehingga berprilaku seperti fluida. Aplikasi sistem fluidisasi bed

25

berkembang pesat pada industri kimia dan pembangkit listrik. Luas permukaan

bidang kontak yang besar antara fluida ( air atau udara) dengan partikel padat

(bahan bakar) memungkinkan terjadinya keadaan isothermal pada semua kondisi

sehingga didapatkan efisiensi pembakaran yang tinggi (Pari, 2004).

Gambar 2.7 menunjukkan fluidized-bed pirolizer bergelembung. Bahan

bakar biomassa dimasukkan ke dalam reactor hamparan pasir panas

bergelembung. Hamparan fluidized bed dialiri oleh gas inert seperti gas buang

daur ulang. Pencampuran intensif gas inert pada hamparan padatan (umumnya

pasir digunakan) menawarkan kontrol suhu baik dan seragam. Ini juga

menyediakan perpindahan panas tinggi pada padatan biomassa. Waktu tinggal

padatan jauh lebih tinggi dari gas dalam pirolizer tersebut.(Fang, 2004)

Gambar 2.7 Fluidisasi bed bergelembung

Biomassa

Fluidizing gas masuk

Distributor Plate

Arang, minyak, gas, uap

Ulir Pengumpan

Panas

Freeboard

Fluid Bed

26

2.14 Ringkasan Jurnal Penelitian

Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses

pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material

mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas

(id.wikipedia.org). Sistem pirolisis/proses karbonisasi dapat meningkatkan kadar

karbon dan nilai kalor dari briket limbah tongkol jagung (surono, 2010). Fluidized

Bed (FB) merupakan teknologi pengontakan fluida (cair maupun gas) yang

dialirkan melalui material hamparan padat sehingga berprilaku seperti fluida,

luas permukaan bidang kontak yang besar antara fluida (udara) dengan partikel

padat memungkinkan terjadinya keadaan isothermal pada semua kondisi sehingga

di dapatkan efisiensi pembakaran yang tinggi, selain itu kemampuan sistem

Fluidized Bed (FB) dalam mengolah bahan bakar berkualitas rendah memberikan

keuntungan dalam upaya pemanfaatan limbah sampah padat sebagai media

hamparan (putrawan,2013). Temperatur karbonasi sangat berpengaruh terhadap

arang yang dihasilkan sehingga penentuan temperatur yang tepat akan

menentukan kwalitas arang (Tirono, et al, 2011). Pada proses pirolisis ini,

biomassa dipanaskan pada temperatur 200oC – 500

oC dan dengan sedikit atau

tanpa adanya udara maupun oksigen. Umumnya dilakukan pada rentang waktu

antara 30 menit – 2 jam. Hasil yang didapat dari proses pirolisis adalah sebuah

padatan (arang) yang menyimpan 60% - 70% energi yang berasal dari biomassa

tersebut (F Preto,2011). Adanya gas inert (N2) mampu meningkatkan nilai kalor

basah maupun kering dari briket bioarang (Susana,2009). Waktu penahanan

(holding time) memberikan efek penyempurnaan pirolisis (Himawanto, 2010).

27

untuk meningkatkan nilai kalor dari biomassa harus dikonversi menjadi energi

kimia bioarang terlebih dahulu (boyles, 1984). Proses dekomposisi kimia dengan

menggunakan pemanasan tanpa kehadiran oksigen disebut proses pirolisis atau

bisa disebut thermolisis, di mana pada proses ini menghasilkan produk berupa

bahan bakar padat yaitu karbon. Diketahui bahwa karbon merupakan salah satu

penyusun sumber energi terbesar di dalam briket bioarang (Daugherty 2001).

Briket batok kelapa muda yang di produksi oleh beberapa usaha industri kecil,

banyak mengalami permasalahan yaitu: briket yang di produksi banyak

mengandung asap ketika dibakar, briket yang dibakar cepat habis, kadar air pada

briket tersebut masih cukup tinggi, susah dalam proses kompaksi dan kadar

karbonya rendah.

28

Untuk mengatasi permasalahan ini maka, digunakan teknologi pirolisis fluidisasi

bed dengan media gas argon, yang disertai dengan penambahan variasi perlakuan

waktu penahanan, sehingga dengan memakai teknologi tersebut diharapkan

perfomansi briket yang dihasilkan menjadi lebih baik.

Bahan Karbonasi Pyrolisis Gas Inert Jenis Piroliser Holding

Time

Tongkol

jagung

Untoro

Budi S Fix bed

Kotoran

Kuda

Bawa

Susana

Bawa Susana

(nitrogen)

Bawa

Susana

(konstan 2

jam)

Sampah

padat

Made Agus

Putrawan

Made Agus

Putrawan(fluidisasi

bed)

Arang

tempurung

kelapa

M. Tirono

(variasi

temperature)

Sampah

bambu

dan daun

pisang

Dwi aries

Himawanto,

Et al 2010

Dwi aries

Himawanto,

Et al

2010(nitrogen)

Dwi aries

Himawanto, Et al

2010(fix bed)

Batok

Kelapa

muda

Current

research argon Fluidisasi bed

Variasi

holding

time

Tabel 2.8 State of The Art