Embed Size (px)
Citation preview
KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR PADAT PRODUK TOREFAKSISAMPAH BIOMASSA CAMPURAN PADA REAKTOR KONTINU
TIPE TUBULAR
(Skripsi)
Oleh :
IKA SANJAYA
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2018
ABSTRAK
KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR PADAT PRODUK TOREFAKSISAMPAH BIOMASSA CAMPURAN PADA REAKTOR KONTINU
TIPE TUBULAR
Oleh
IKA SANJAYA
Sumber energi di Indonesia saat ini masih bertumpu pada bahan bakar fosil, yakniminyak bumi, gas alam dan batu bara. Dengan cadangan energi fosil yangsemakin menipis maka perlu adanya energi baru dan terbarukan sebagai penggantibahan bakar fosil. Salah satu sumber energi baru dan terbarukan yang berpotensisebagai pengganti bahan bakar fosil adalah sampah biomassa. Teknologipengolahan sampah yang dapat menghasilkan bahan bakar padat berkalori tinggiadalah melalui proses torefaksi. Torefaksi merupakan proses perlakuan panaspada temperatur antara 200-300 oC pada tekanan atmosfer tanpa oksigen.Penelitian torefaksi terhadap beberapa komponen sampah yang telah dilakukansebelumnya menggunakan reaktor batch menunjukkan bahwa proses torefaksisampah dapat menaikkan kualitas sifat-sifat pembakarannya hingga setarabatubara. Dalam penelitian ini dilakukan pengujian torefaksi sampah biomassapada reaktor kontinu tipe tubular yang sudah dibuat pada penelitian sebelumnya.Tujuannya adalah menentukan sifat-sifat pembakaran dari bahan bakar padatsampah biomassa campuran produk torefaksi reaktor kontinu tipe tubular yang diketahui dari hasil pengujian nilai kalor, pengujian proksimat dan ultimat.Pengujian dilakukan dengan variasi temperatur 225, 250, 275, 300 dan 325°Cdengan massa umpan biomassa 1 kg dan waktu tinggal 30 menit. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa proses torefaksi sampah biomassa dapat menghasilkan bahanbakar padat dengan nilai kalor tertinggi sebesar 5425 kcal/kg, setara denganbatubara subbituminus B, yang diperoleh pada temperatur 275°C. Selain itu, darihasil pengujian proksimat dan ultimat terbukti bahwa kandungan fixed carbonyang semakin tinggi dan turunnya rasio atom O/C akan meningkatkan nilai kalorproduk padatan hasil torefaksi.
Kata Kunci : Sampah Biomassa, Torefaksi, Reaktor Kontinu, Nilai Kalor.
ABSTRACT
CHARACTERISTICS OF SOLID FUEL IN TORREFACTIONPRODUCTS OF MIXED BIOMASS WASTE ON CONTINUOUS
REACTORS TUBULAR TYPE
BY
IKA SANJAYA
Energy sources in Indonesia currently still rely on fossil fuels, namely oil, naturalgas and coal. With the depletion of fossil energy depleting, the need for new andrenewable energy as a substitute for fossil fuels. One new and renewable energysource that has the potential to replace fossil fuels is biomass waste. Wasteprocessing technology that can produce high calorie solid fuels is through atorrefaction process. Torrefaction is the process of heat treatment at temperaturesbetween 200-300 °C at atmospheric pressure without oxygen. Torrefactionresearch on several waste components that have been carried out by theresearcher team using batch reactors shows that the waste torrefaction process canincrease the quality of the combustion properties to the coal equivalent. In thisstudy, biomass waste torrefaction was tested in a tubular type continuous reactorthat had been made in previous studies. The aim is to determine the combustionproperties of solid fuel torrefaction product mixed biomass waste on continuousreactors tubular type which is known from the results of testing the heating value,proximate and ultimate testing. Tests were carried out with temperature variationsof 225, 250, 275, 300 and 325 °C with a biomass feed mass of 1 kg and aresidence time of 30 minutes. The results showed that the waste biomasstorrefaction process can produce solid fuels with the highest heating valueof 5425 kcal/kg, equivalent to subbituminous B coal, which was obtained at antemperature of 275°C. In addition, from the proximate and ultimate test results itis evident that the higher fixed carbon content and the decrease in the atomic ratioof O/C will increase the heating value of the solid product by torrefaction.
Keywords : Biomass Waste, Torrefaction, Continuous Reactor, Calorific Value.
KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR PADAT PRODUK TOREFAKSISAMPAH BIOMASSA CAMPURAN PADA REAKTOR KONTINU
TIPE TUBULAR
Oleh
Ika Sanjaya
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelarSARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2018
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kabupaten Lampung Tengah
tepatnya di Desa Bandar Sari Kecamatan Padang Ratu
pada 22 Januari 1996, yang merupakan anak pertama
dari dua bersaudara pasangan Bapak Nasoha dan Ibu
Insiyah. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah
Dasar di SD Negeri 01 Bandar Sari Kecamatan Padang
Ratu Kabupaten Lampung Tengah pada tahun 2007,
kemudian penulis melanjutkan pendidikan sekolah menengah pertama di SMP
Negeri 01 Padang Ratu dan lulus pada tahun 2010. Penulis melanjutkan
pendidikan sekolah menengah atas di SMA Negeri 01 Kalirejo dan tamat pada
tahun 2013. Selama menjalani pendidikan SMA, penulis aktif mengikuti kegiatan
ekstrakulikuler yaitu KIR (Kreasi Ilmiah Remaja), Sispelam (Siswa Pecinta
Alam) dan OSIS. Pada tahun 2013, penulis terdaftar sebaga Mahasiswa Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknik (FT) Universitas Lampung (UNILA) melalui jalur
Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) Undangan
berdasarkan nilai rapor dan memperoleh biasiswa Bidik Misi.
Selama menjadi mahasiswa, penulis juga aktif dalam organisasi internal kampus,
yaitu sebagai pengurus Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM)
sebagai
Anggota Bidang Organisasi dan Kepemimpinan pada Divisi Kaderisasi pada
tahun 2014-2015, pada tahun 2015-2016 menjadi pengurus Himpunan Mahasiswa
Teknik Mesin (HIMATEM) sebagai Anggota Bidang Organisasi dan
Kepemimpinan pada Divisi Kaderisasi. Pada Tahun 2016-2017 penulis menjabat
sebagai Sekertaris Dinas Pengembangan Sumber Daya Mahasiswa (PSDM) di
Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknik (BEM-FT). Selain itu, penulis juga
pernah menjadi asisten dosen untuk mata kuliah Pengukuran Teknik dan
Metrologi.
Pada pertengahan tahun 2016, penulis melakukan kerja praktik di PT. Daya Radar
Utama Unit III Lampung yang berada di Jln. Alamsyah Ratu Prawira Negara km
12 Srengsem Panjang, Bandar Lampung. Topik bahasan yang diambil penulis
pada saat kerja praktik adalah “Analisa Perbandingan Kapasitas Pompa Kargo
Berdasarkan Desain dan Kontrak dengan Aplikasi pada Kapal Tanker Elisabeth
Satu”. Pada awal tahun 2017, penulis melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN)
Periode I selama 40 hari di kampung Gunung Haji, Kecamatan Pubian, Kabupaten
Lampung Tengah dan selama KKN menjabat sebagai Ketua Koordinator
Kecamatan Pubian. Sejak bulan Oktober 2017, penulis mulai melakukan
penelitian pada bidang konsentrasi Konversi Energi dengan judul tugas akhir
“Karakteristik Bahan Bakar Padat Produk Torefaksi Sampah Biomassa
Campuran Pada Reaktor Kontinu Tipe Tubular” di bawah bimbingan Bapak
Dr. Amrul, S.T., M.T. dan Amrizal, S.T., M.T., Ph.D.
PERSEMBAHAN
“Dengan menyebut nama Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang”
Dengan kerendahan hati yang tulus, bersama keridhaan-Mu ya Allah,
Kupersembahkan karya kecilku ini untuk untuk orang-orang yang aku sayang
Ayah dan Ibuku
Kedua orang tuaku tercinta, Bapak Nasoha dan Ibu Insiyah yang tiada pernah hentinya
selama ini memberiku semangat, doa, dorongan, nasehat dan kasih sayang serta
pengorbanan yang tak tergantikan hingga aku selalu kuat menjalani setiap rintangan
yang ada didepanku
Adikku
Kepada Adikku Dwi Adi Sanjaya yang sekaligus menjadi teman dalam segala
suasana suka dan duka, Terimakasih atas segala keceriaan, canda tawa, kasih
sayang, pengertian dan dukungannya selama ini.
Dosen Teknik Mesin Universitas Lampung
Yang selalu membimbing, mengajarkan, memberikan saran serta saran baik
secara akademis maupun non akademis
Teman-Teman Teknik Mesin 2013
Yang selalu memberi semangat dan selalu berdiri bersama dalam perjuangan
menuju kesuksesan.
Almamater tercinta Universitas Lampung
Motto
"Dan bertaqwalah kepada Allah, maka Dia akanmengajarkanmu Sesungguhnya Allah maha mengetahui
segala sesuatu."(Qs. Al Baqarah [2] : 282)
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Makaapabila kamu telah selesai (dari satu urusan), kerjakanlah
dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya kepadaTuhanmulah hendaknya kamu berharap.”
(QS. Al-Insyirah [94] : 6-8)
Waktu bagaikan pedang. Jika engkau tidak memanfaatkannyadengan baik (untuk memotong), maka ia akan memanfaatkanmu
(dipotong)."(HR. Muslim)
“Banyak kegagalan dalam kehidupan ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari betapa dekatnya mereka dengan
keberhasilan saat mereka menyerah.”(Thomas Alva Edison)
Untuk ribuan tujuan yang harus dicapai, untuk jutaan
impian yang akan dikejar, untuk sebuah pengharapan, agar
hidup jauh lebih bermakna, hidup tanpa mimpi ibarat arus
sungai. Mengalir tanpa tujuan. Teruslah belajar, berusaha,
dan berdoa untuk menggapainya. Jatuh berdiri lagi. Kalah
mencoba lagi. Gagal Bangkit lagi.
Never give up !!!
Sampai Allah SWT berkata “Waktunya Pulang”
(Ika Sanjaya)
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillahirobbilalamin, puji syukur kehadirat Allah SWT yang senantiasa
melimpahkan rahmat dan hidayah, serta inayah-Nya dan tak lupa Shalawat
beriring salam selalu tercurah kepada junjungan seluruh alam Nabi Muhammad
SAW, sahabatnya, serta para pengikutnya yang selalu istiqomah diatas jalan
agama Islam hingga hari ajal menjemput, sehingga penulis dapat menyelesaikan
laporan Tugas Akhir dengan mempersembahkan judul “Karakteristik Bahan
Bakar Padat Produk Torefaksi Sampah Biomassa Campuran Pada Reaktor
Kontinu Tipe Tubular” dengan sebaik-baiknya sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas
Lampung.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis banyak mendapat bimbingan, motivasi
dan bantuan baik moral maupun materi oleh banyak pihak. Untuk itu dengan
sepenuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Allah SWT dengan segala kuasa-NYA pemberi rahmat, hidayah dan
ampunan bagi hamba-NYA termasuk penulis. Terimakasih ya Allah, semoga
semua hal yang telah penulis lakukan dan kerjakan bernilai ibadah dan
mendapat pahala dari-MU. Amin ya rabb
2. Nabi Muhammad SAW, untuk segala hal yang telah beliau lakukan dahulu.
Menyempurnakan ahlaq sehingga semua ummat yang hidup hingga sekarang
dapat merasakan nikmat iman dan islam secara utuh serta tanpa keragu-
raguan.
3. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Lampung.
4. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Lampung.
5. Bapak Dr. Amrul, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing utama tugas akhir,
yang banyak memberikan waktu, ide pemikiran dan semangat serta motivasi
bagi penulis.
6. Bapak Amrizal, S.T., M.T., Ph.D. selaku pembimbing kedua tugas akhir,
yang telah banyak memberikan waktu, pengalaman, motivasi dan pemikiran
bagi penulis.
7. Bapak Dr. Muhammad Irsyad, S.T., M.T. selaku dosen pembahas yang telah
banyak memberikan kritik dan saran yang bermanfaat bagi penulis.
8. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung berkat ilmu yang
telah diajarkan kepada penulis selama penulis menjalani masa studi di
perkuliahan.
9. Staf Akademik serta Asisten Laboratorium yang telah banyak membantu
kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Untuk kedua orang tua-ku Ayahanda Nasoha dan Ibunda tercinta Insiyah
yang selalu menjadi pondasi dan motivasi utama penulis menyelesaikan studi
di Jurusan Teknik Mesin, atas segala do’a, dukungan dan setiap tetes keringat
yang telah didedikasikan tanpa pamrih kepada penulis.
11. Dwi Adi Sanjaya sebagai Adik yang terus memberikan dukungan, terima
kasih atas nasehat, doa, motivasi serta sabar menunggu penulis hingga dapat
menyelesaikan studi..
12. Sahabat Partner penelitian Mas Agus Apriyanto, S.T., M.T. yang telah
memberikan saran, bantuan dan dukungan dalam pelaksanakan penelitian.
13. Kepada seluruh teman-teman angkatan 2013 yang tidak bisa disebutkan satu
persatu, terima kasih atas rasa kekeluargaan dan dukungan yang telah
diberikan selama masa kuliah ini.
14. Abang-abang dan adik-adik tingkat serta pengurus HIMATEM di Jurusan
Teknik Mesin Unila, Terimakasih banyak atas dukungan, bantuan dan
saransarannya, salam SOLIDARITY FOREVER.
15. Terima kasih kepada Revi Veronica yang telah memberikan semangat,
motivasi, dukungan/doa sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir
ini.
16. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini
yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu secara tulus memberikan
bantuan moril dan materil kepada penulis.
Semoga Allah SWT. senantiasa membalas semua kebaikan-kebaikan yang telah
kalian berikan. Akhir kata, penulis memohon maaf kepada semua pihak apabila
skripsi ini masih terdapat kesalahan dan kekeliruan. Semoga skripsi ini dapat
berguna dan bermanfaat bagi semuanya, Aamiin.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Bandar Lampung, 29 Oktober 2018Penulis,
Ika Sanjaya
xv
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ..................................................................................................... i
ABSTRACT.................................................................................................... ii
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... iii
LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... iv
PERNYATAAN ORISIONLITAS .............................................................. vi
RIWAYAT HIDUP ....................................................................................... vii
PERSEMBAHAN .......................................................................................... ix
MOTTO ......................................................................................................... xi
SANWACANA .............................................................................................. xii
DAFTAR ISI................................................................................................... xv
DAFTAR GAMBAR...................................................................................... xviii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xx
DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... xxi
I. PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2 Tujuan ............................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ............................................................................... 4
xvi
1.4 Sitematika Penulisan ......................................................................... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA .... .................................................................... 6
2.1 Sampah Kota ………………………. ............................................. 6
2.2 Biomassa ………………………..................................................... 7
2.2.1 Selulosa ………………………. .......................................... 82.2.2 Hemiselulosa ………………………................................... 92.2.3 Lignin ……………………….............................................. 10
2.3 Torefaksi ………………………. .................................................... 11
2.3.1 Proses Torefaksi ……………………….............................. 122.3.2 Produk Torefaksi ………………………. ........................... 142.3.3 Parameter Torefaksi ………………………........................ 15
2.4 Karakteristik Bahan Bakar Padat ………………………................ 18
2.4.1 Ultimate Analysis ………………………............................ 182.4.2 Proximate Analisis ……………………….......................... 192.4.3 Nilai Kalor Pembakaran (Calorific Value) .......................... 23
III. METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 29
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 29
3.1.1 Tempat Penelitian ................................................................ 293.1.2 Waktu Penelitian ................................................................. 29
3.2 Alat dan Bahan ........... .................................................................... 30
3.2.1 Alat ................ .................................................................... 303.2.2 Bahan ............. .................................................................... 35
3.3 Metode Pengambilan Data .............................................................. 35
3.4 Pengujian Laboratorium ................................................................. 37
3.4.1 Analisis Proksimat .............................................................. 373.4.2 Analisis Ultimat ................................................................... 373.4.3 Uji Nilai Kalor Pembakaran (Calorific Value) ................... 37
3.5 Alur Tahap Pelaksanaan .................................................................. 38
3.6 Rancangan Eksperimen torefaksi ................................................... 39
xvii
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 42
4.1 Hasil Eksperimen Torefaksi ........................................................... 42
4.2 Pengaruh Temperatur Terhadap Padatan Produk Torefaksi ........... 43
4.3 Hasil Pengujian Analisis Proksimat ............................................... 47
4.4 Hasil Pengujian Analisis Ultimat ................................................... 51
4.5 Hasil Pengujian Nilai Kalor............................................................. 54
4.6 Hasil Perolehan Massa dan Energi .................................................. 58
4.7 Hasil Perhitungan Empiris Nilai Kalor ........................................... 60
V. SIMPULAN DAN SARAN..................................................................... 62
5.1 Simpulan ......................................................................................... 62
5.2 Saran ............................................................................................... 63
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... 64
LAMPIRAN ................................................................................................... 67
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Struktur Molekul Selulosa ....................................................................... 9
2.2 Struktur Molekul Hemiselulosa ............................................................... 10
2.3 Struktur Molekul Lignin .......................................................................... 10
2.4 Produk Torefaksi Biomassa ..................................................................... 14
2.5 Diagram Van Krevelen ............................................................................ 24
3.1 Reaktor Torefaksi ..................................................................................... 30
3.2 Sistem Pemanas Reaktor ........................................................................... 31
3.3 Gas LPG ................................................................................................... 32
3.4 Thermocouple ........................................................................................... 32
3.5 Timbangan Digital ................................................................................... 33
3.6 Gas Nitrogen ............................................................................................ 33
3.7 Masker ...................................................................................................... 34
3.8 Stopwactch ............................................................................................... 34
3.9 Sampah biomassa campuran .................................................................... 35
3.10Diagram Alur Penelitian .......................................................................... 38
4.1 Grafik pengaruh temperatur terhadap padatan produk torefaksi ............. 44
xix
4.2 Penampakan visual sampah biomassa sebelum dan sesudah di torefaksi pada
masing-masing temperatur ....................................................................... 46
4.3 Grafik Hasil Pengujian Analisis Proksimat ............................................. 48
4.4 Posisi produk padatan torefaksi sampah biomassa campuran pada diagram
Van Krevelen ........................................................................................... 54
4.5 Nilai Kalor Sampah Biomassa Campuran ................................................ 55
4.6 Perbandingan Nilai Kalor Produk Torefaksi dengan Batubara................. 58
4.7 Grafik Perolehan Massa dan Energi.......................................................... 59
4.8 Grafik Perbandingan Nilai Kalor Pengujian dengan Perhitungan ........... 61
xx
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Komposisi sampah kota di beberapa kota besar di Indonesia .................. 8
2.2 Klasifikasi batubara menurut ASTM ........................................................ 27
3.1 Rencana kegiatan penelitian ..................................................................... 29
3.2 Desain eksperimen torefaksi sampah biomassa campuran ...................... 39
4.1 Perolehan massa padatan torefaksi sampah biomassa campuran ............. 43
4.2 Hasil Pengujian Analisis Proksimat ......................................................... 48
4.3 Hasil Pengujian Analisis Ultimat ............................................................. 51
4.4 Perolehan massa dan energi sampah biomassa campuran hasil torefaksi (dry
basis) ........................................................................................................ 59
4.5 Perbandingan Nilai Kalor Pengujian dengan Perhitungan ....................... 60
xxi
DAFTAR SIMBOL
Db Dry basic
E Tingkat kesalahan
HHV Higher heating value
HHVa Nilai kalor yang diperoleh dari perhitungan
HHVf Higher heating value bahan bakar padat
HHVo Higher heating value awal
mf Massa bahan bakar padat
mo Massa awal
Wb Wet Basic
ym Massa yield
ye Energy yield
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki jumlah penduduk
terbesar ke empat di dunia. Berdasarkan Badan Pusat Statistik (BPS) pada
tahun 2017 jumlah penduduk Indonesia mencapai 262 juta jiwa. Dengan
besarnya jumlah penduduk yang ada secara tidak langsung akan
mempengaruhi kebutuhan energi terutama dalam sektor rumah tangga,
transportasi dan pada sektor industri, dimana sebagian energi di suplai dari
bahan bakar fosil.
Berdasarkan data BPH MIGAS cadangan energi yang ada di indonesia saat
ini mulai menipis, dimana cadangan minyak bumi sekarang ini diperkirakan
sekitar 4,7 miliar barel yang akan habis dalam 15 tahun. Selain itu cadangan
batu bara di indonesia pada saat ini tercatat sebesar 8,26 miliar ton dengan
400 juta ton di produksi per tahun, sehingga cadangan batu bara yang siap
digunakan terbukti cukup untuk 20 tahun ke depan dan gas alam akan habis
dalam 60 tahun (Purba, 2007). Dengan cadangan energi fosil yang semakin
menipis maka perlu adanya energi baru sebagai energi alternatif yang bersifat
terbarukan sebagai pengganti bahan bakar fosil untuk menunjang kebutuhan
2
energi di dalam negeri. Salah satu sumber energi alternatif yang sangat
menjanjikan adalah biomassa, baik yang berasal dari limbah pertanian
maupun sampah kota. Sampah merupakan bahan baku yang sangat melimpah
yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif, tetapi selama ini
sampah hanya dikenal sebagai sumber permasalahan terutama di kota-kota
besar di Indonesia. Di sisi lain, sampah kota mengandung material biomassa
yang berpotensi diolah sebagai sumber energi yang tersimpan dalam bentuk
ikatan kimia antara karbon, hidrogen dan molekul oksigen. Jika ikatan kimia
itu dirusak, bahan organik akan melepas energi kimia dalam fase gas, cair dan
padat.
Namun di dalam aplikasi pengolahan sampah masih memiliki banyak kendala
yang dihadapi, diantaranya adalah densitas energi yang rendah, kandungan air
yang tinggi dan komponen yang heterogen serta bentuknya yang bermacam-
macam. Selain itu sampah juga memiliki potensi sebagai sumber penyakit dan
memiliki bau yang busuk. Akan tetapi apabila dalam pegolahan sampah padat
perkotaan digunakan metode yang tepat maka didapatkan keuntungan yaitu
berkurangnya sampah dan didapatkan bahan bakar alternatif pengganti bahan
bakar fosil.
Salah satu teknologi pengolahan sampah menggunakan proses perlakuan
panas yang dapat menghasilkan bahan bakar dengan kualitas yang baik
adalah proses torefaksi. Torefaksi merupakan proses pirolisis ringan pada
temperatur 200-300oC pada tekanan atmosfer tanpa adanya oksigen dan
produk utama yang dihasilkan berupa padatan. Keunggulan dari teknologi
3
pegolahan sampah menggunakan proses torefaksi adalah proses yang
berlangsung pada temperatur dan tekanan yang relatif rendah serta efisiensi
konversi energi yang cukup tinggi yaitu 90 % (Bergman dkk., 2004).
Penelitian tentang proses torefaksi dengan menggunakan bahan baku sampah
padat perkotaan telah banyak dilakukan, salah satunya oleh Amrul (2014)
dengan menggunakan sistem reaktor batch dan menghasilkan bahan bakar
padat dengan kualitas setara batubara Sub-bituminous B yang memiliki nilai
kalor (HHV) 5300-5800 kcal/kg dengan temperatur pengujian 285 oC.
Reaktor batch yang digunakan untuk pengujian memiliki kapasitas yaitu 600
g/bed dan prosesnya tidak kontinu.
Penelitian lain tentang torefaksi sampah biomassa campuran yang dilakukan
oleh Faris (2017) adalah perancangan dan pembuatan alat torefaksi reaktor
kontinu tipe tubular dengan kapasitas 5 kg/jam dengan waktu tinggal 30
menit. Akan tetapi produk padatan yang dihasilkan dari proses torefaksi
menggunakan sistem reaktor kontinu tipe tubular ini belum diketahui
kuantitas dan kualitasnya. Selain itu, belum adanya informasi yang tersedia
terkait kuantitas dan kualitas dari produk padatan hasil torefaksi sampah
biomassa campuran menggunakan sistem reaktor kontinu tipe tubular. Hal
inilah yang melatarbelakangi penulis tertarik untuk melakukan pengujian
pada alat torefaksi sistem kontinu dengan reaktor tipe tubular menggunakan
bahan baku sampah biomasa campuran dan menganalisis kandungan
berdasarkan analisis proksimat dan analisis ultimat serta mengetahui nilai
kalor pada produk padatan yang dihasilkan.
4
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan sifat-sifat pembakaran dari
bahan
bakar padat sampah biomassa campuran produk torefaksi reaktor kontinu tipe
tubular yang di ketahui dari hasil pengujian nilai kalor, pengujian proksimat
dan pengujian ultimat.
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini, dilakukan pembatasan masalah dengan ruang lingkup
sebagai berikut :
1. Pengujian dilakukan dengan menggunakan reaktor kontinu tipe tubular.
2. Hanya mengamati produk padatan yang dihasilkan dari proses torefaksi
kontinu tipe tubular.
3. Bahan baku yang digunakan untuk pengujian adalah sampah biomassa
campuran.
4. Komposisi bahan baku sampah biomassa diambil dari data sekunder pada
penelitian sebelumnya.
1.4 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan yang digunakan penulis terdiri dari beberapa
bab dengan substansi yang berbeda-beda sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
5
Pada bab ini berisikan latar belakang dilakukannya penelitian, tujuan, batasan
masalah serta sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisikan teori-teori yang dijadikan sebagai landasan teori yang
digunakan untuk penunjang penelitian yang dilakukan.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini menjelaskan tempat dan waktu dilakukannya pengujian, tahapan
pengujian, alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian, alur pengambilan
data, metode pengujian dan variabel pengujian.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini menjelaskan hasil dan pembahasan berdasarkan data-data yang
didapatkan dari pengujian.
BAB V : SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan dari hasil penelitian ini serta saran yang
disampaikan penulis terkait penelitian yang telah dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA
Pada bagian ini berisikan literatur-literatur referensi yang digunakan dalam
penulisan dan penyusunan laporan.
LAMPIRAN
Berisikan data pendukung kelengkapan dalam penyusunan laporan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sampah Kota
Sampah merupakan semua limbah dalam bentuk padat yang bersumber dari
kegiatan manusia dan hewan yang sudah tidak bermanfaat atau tidak
diinginkan lagi keberadaannya (Tchobanoglus dkk, 1993). Sampah kota
mempunyai komposisi yang bermacam-macam yang disebabkan oleh faktor
cuaca, musim, tingkat sosial ekonomi, pendapatan perkapita, kemasan produk
dan frekuensi pengumpulan. Pengelompokan sampah kota berdasarkan
sumbernya dibedakan menjadi 2 kelompok besar, yaitu :
1. Sampah yang berasal dari permukiman atau sampah rumah tangga
2. Sampah dari non-permukiman, seperti dari pasar maupun komersial.
Sampah kota yang berasal dari permukiman maupun non-permukiman
dikenal sebagai sampah domestik. Sedangkan untuk sampah non-domestik
adalah sampah atau limbah selain dari sampah rumah tangga, misalnya
limbah dari proses industri. Bila sampah domestik ini berasal dari lingungan
perkotaan dikenal sebagai sampah pada perkotaan atau municipal solid waste
(MSW). Sampah dapat dikelompokkan menjadi 10 komponen utama yaitu
7
organik, kaca, kertas, plastik daur ulang, sampah elektronik, plastik bukan
daur ulang,
7
logam, tekstil, karet dan lain-lain (seperti cangkang telur, sabuk kelapa, mika
dan lain-lain). Komposisi sampah terbesar berasal dari biomassa (daun,
ranting, dan sisa makanan), dengan fraksi massa yang hampir mencapai 60%
(Amrul, 2014).
Tabel 2.1 Komposisi sampah kota di beberapa kota besar di Indonesia
(Amrul, 2014)
No Jenis KomponenKomposisi (%)
Semarang Surabaya Jakarta Bandung1 Organik 61,95 71.85 68.12 63.522 Plastik 13,39 12.45 11.08 4.903 Kertas 12,36 7.60 10.11 10.424 Tekstil 1,55 0.90 2.45 1.705 Karet 0,50 0.90 0.55 4.96 Logam 1,80 0.54 1.90 0.957 Kaca 1,72 1.94 1.63 1.458 Lain-lain 6,83 3.82 4.12 12.16
2.2 Biomassa
Biomassa merupakan material organik yang berasal dari makhluk hidup, baik
dari tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme (Basu, 2013). Setelah organisme
mati, mikoorganisme menguraikan biomassa menjadi unsur penyusun dasar
seperti H2O, CO2, dan energi potensi lainnnya. Sebagai sumber energi
berkelanjutan dan terbarukan, biomassa terus terbentuk oleh interaksi antara
CO2, udara, air, tanah, dan sinar matahari dengan tanaman dan hewan.
Material organik yang selama jutaan tahun telah ditransformasikan oleh
proses geologi menjadi bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi
bukan termasuk kedalam biomassa. Material biomassa mempunyai
kandungan energi dalam bentuk ikatan kimia antara molekul karbon,
8
hidrogen, dan oksigen. Ketika terjadi dekomposisi ikatan kimia tersebut,
maka akan menghasilkan energi kimia dalam fasa gas, cair dan padat sesuai
dengan perlakuan yang diberikan (McKendry, 2002). Produk gas alternatif
yang dihasilkan dari biomassa yaitu CH4, CO2, CO, dan H2, sedangkan untuk
produk bio-fuel berupa ethanol, methanol, bio-diesel, vegetable oil, dan
phyrolisis oil. Adapun produk yang dihasilkan biomassa dalam bentuk
padatan yaitu torefaksi biomassa dan charcoal (Basu, 2010).
Pada umumnya, struktur utama penyusun biomassa adalah material
lignoselulosa yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin.
Lignoselulosa merupakan material berserat yang membentuk dinding sel
tumbuh-tumbuhan. Selain itu, komponen seperti protein, asam lemak ester,
dan material organik lainnya (terdiri dari N, P dan K) juga terdapat pada
biomassa tetapi dalam jumlah yang sedikit (Amrul, 2014).
2.2.1 Selulosa
Selulosa merupakan komponen senyawa organik penyusun utama
dinding sel dalam biomasa. Selulosa adalah polimer glukosa yang
tersusun dari rantai lurus (linier) monomer glukopiranosa yang saling
berkaitan pada posisi atom karbon 1 dan 4 oleh ikatan β-glukosida yang
terbuat dari enam karbon (C6) dengan tingkat polimerisasi tinggi sekitar
10.000 dan berat molekul sekitar 500.000. Ikatan hidrogen yang
terbentuk dari struktur linier kemudian akan membentuk struktur kristal
yang kokoh dan tidak mudah untuk dilarutkan. Rumus empiris selulosa
adalah (C6H10O5)n di mana n merupakan jumlah satuan glukosa yang
9
berhubungan dan berarti juga sebagai derajat polimerisasi selulosa
(Basu, 2010). Degradasi termal pada selulosa terjadi pada temperatur
240oC – 350oC. Selulosa dapat dihidrolisis menggunakan 3 enzim, yaitu
endoglucanase, selohidrolase, dan β-glikosidase.
Gambar 2.1 Struktur Molekul Selulosa
2.2.2 Hemiselulosa
Hemiselulosa (C5H8O4) merupakan polisakarida heterogen dalam
tanaman yang berada di antara serat selulosa. Hemiselulosa dan selulosa
mempunyai kemiripan yaitu merupakan polimer glukosa, namun
penyusun hemiselulosa adalah bermacam-macam jenis glukosa
sedangkan selulosa hanya tersusun dari glukosa. Hemiselulosa bersifat
non-kristalin dan tersusun dari gabungan monomer glukosa dengan 5
atom karbon (C-5) atau 6 atom karbon (C-6), seperti D-xilosa, D-
manosa, D-glukoronat, D-galaktosa, I-ababinosa, dan asam
metilglukuronat. Tidak seperti selulosa yang memiliki struktur kristalin
serta terletak didalam serat, hemiselulosa memiliki struktur amorf dan
terletak dipermukaan luar sehingga lebih mudah dihidrolisis (Amrul,
10
2014). Degradasi termal pada hemiselulosa terjadi pada temperatur
130oC – 260oC, dengan penurunan massa paling banyak pada
temperatur diatas 180oC (Tumuluru dkk, 2010). Produk yang dihasilkan
dari degradasi hemiselulosa berupa volatil ringan, sedangkan tar dan
arang yang didapatkan lebih sedikit dibandingkan dengan selulosa.
Gambar 2.2 Struktur Molekul Hemiselulosa
2.2.3 Lignin
Lignin adalah polimer fenilpropana yang memiliki banyak cabang.
Lignin mengisi tempat diantara selulosa, hemiselulosa serta komponen
pektin dalam dinding sel. Lignin termasuk komponen makromolekul
ketiga pada biomassa yang berfungsi sebagai pengikat serat. Degradasi
termal pada lignin terjadi pada temperatur 280oC – 500oC serta
menghasilkan fenol dari penguraian eter dan putusnya ikatan rantai
karbon (Tumuluru dkk, 2010).
Gambar 2.3 Struktur Molekul Lignin
11
2.3 Torefaksi
Torefaksi merupakan pirolisis temperatur rendah, adalah metode perlakuan
panas termo-kimia untuk konversi biomassa yang berlangsung pada
temperatur 200 oC sampai 300 oC dalam kondisi tekanan atmosfer dan tanpa
kehadiran oksigen. Tujuan utama dari berlangsungnya proses torefaksi adalah
untuk menghasilkan bahan bakar padat. Keseimbangan massa dan energi
untuk fraksi padatan yang dihasilkan dari produk torefaksi biomassa (mass
yield) mencapai 70% dan kandungan energi produk (energy yield) mencapi
90% di mana 30% massa lainnya diubah menjadi gas torefaksi yang hanya
mengandung 10% energi biomassa (Bergman dkk., 2005).
Karbonisasi biomasa yang menggunakan torefaksi dapat memperbaiki
karakteristik biomasa sebagai bahan bakar padat, yang ditandai dengan
meningkatnya nilai kalor, densitas energi yang tinggi, hidrofobia serta
kandungan air yang rendah. Proses torefaksi dapat menghilangkan kandungan
H2O dan CO2 yang ada didalam biomasa, sehingga rasio O/C dan H/C dari
biomassa menurun. Pada proses pemanasan awal biomasa selama terjadi
proses torefaksi akan menghilangkan kandungan air yang terdapat pada
permukaan biomasa (surface moisture). Pada pemanasan lebih lanjut akan
menghilangkan kandungan air dari ikatan melalui reaksi kimia (inherent
moisture). Sebagian besar air yang dihasilkan tersebut merupakan akibat dari
proses termokondensasi yang terjadi pada temperatur diatas 160 oC saat
pembentukan CO2 dimulai. Pemanasan lebih lanjut pada temperatur antara
180-270 oC akan terjadi reaksi eksotermik dan memulai dekomposisi
12
hemiselulosa, yang menyebabkan perubahan warna pada biomassa karena
kehilangan air, CO2, dan sejumlah besar asam asetat dan fenol. Pada
temperatur diatas 280oC keseluruhan prosesnya akan menjadi eksotermik,
menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam produksi CO2, fenol, asam
asetat, dan hidrokarbon lainnya.
Torefaksi dari bahan lignoselulosa menghasilkan dekomposisi lebih banyak
hemiselulosa dari pada lignin dan selulosa. Reaksi dekomposisi ini akan
menghancurkan gugus hidroksil (-OH) dan meningkatkan densitas serta nilai
kalor spesifik dari produk. Proses torefaksi jika dilakukan pada temperatur
kurang dari 250oC umumnya bersifat endotermik dan dapat menurunkan
efisiensi energinya. Pada akhir proses torefaksi akan terbentuk padatan yang
memiliki struktur polimer yang lebih pendek dan lebih sederhana
dibandingkan sebelum torefaksi. Selain itu proses torefaksi juga dapat
menurunkan rasio O/C biomasa secara efektif. Hal ini akan menyebabkan
produk padatan memiliki nilai kalor per massa yang lebih tinggi
dibandingkan sebelum ditorefaksi (Tumuluru, 2010).
2.3.1 Proses Torefaksi
Secara keseluruhan proses torefaksi dapat dibagi menjadi beberapa
tahap, seperti pemanasan, pengeringan, torefaksi dan pendinginan.
Tahapan pada proses torefaksi biomassa ini menunjukan perubahan
massa, temperatur dan konsumsi energi dari biomassa. Adapun tahapan
perlakuan panas dalam proses torefaksi adalah sebagai berikut
(Basu,2013) :
13
1. Tahap pemanasan awal (Predrying)
Pemanasan awal biomassa sampai tahap pengeringan biomassa
tercapai. Di mana pada tahap ini kondisi pemanasan biomassa yang
terjadi pada temperatur ~100oC dari temperatur kamar menuju
temperatur pengeringan.
2. Tahap pengeringan (Drying)
Pada tahap ini terjadi kenaikan temperatur ~100oC yang bertujuan
untuk menguapkan kandungan air yang terdapat didalam biomassa
pada suhu konstan sampai kandungan air yang terdapat pada
permukaan biomassa menghilang.
3. Tahap pengeringan lanjut (Postdrying)
Pada tahap ini biomassa dipanaskan lebih lanjut hingga temperatur
mencapai ~200oC sebelum terjadi proses torefaksi. Selama tahap ini
berlangsung terjadi penguapan fraksi massa, kandungan air serta
senyawa organik telah hilang dari biomassa.
4. Tahap torefaksi
Selama tahap ini proses sebenarnya terjadi karena pada tahap ini
terjadi proses depolimerisasi biomassa. Ketika tahap ini berlangsung
diperlukan rentang waktu tertentu untuk proses ini sesuai dengan
temperatur reaksi yang ditentukan. Selama proses torefaksi terjadi
reaksi eksotermis pada temperatur 250-300oC.
5. Tahap pendinginan
Produk padatan yang dihasilkan dari proses torefaksi memiliki
temperatur yang tinggi sehingga harus didinginkan hingga mencapai
14
temperatur ruangan. Hal ini karena dikhawatirkan pada temperatur
tinggi dapat menyebabkan produk torefaksi mengalami oksidasi
setelah berkontak dengan udara.
2.3.2 Produk Torefaksi
Proses dekomposisi termal yang terjadi pada proses torefaksi
menghasilkan tiga produk utama seperti pada gambar 2.4 yaitu produk
padatan yang berwarna coklat sampai hitam, gas yang dapat
terkondensasi (cairan) dan gas yang tidak dapat terkondensasi (gas
permanen).
Gambar 2.4 Produk torefaksi biomassa (Bergman dkk.,2005)
Selama proses torefaksi berlangsung, biomassa kehilangan sebagian
besar kandungan air dan volatil lainnya yang memiliki nilai kalor
rendah. Jenis dan jumlah gas yang dihasilkan selama proses torefaksi
tergantung pada jenis bahan baku dan kondisi proses torefaksi,
termasuk temperatur selama proses dan waktu tinggal (Tumuluru dkk.,
2011). Produk padatan terdiri dari struktur polimer dari fraksi yang
tidak bereaksi selama proses torefaksi dan berbagai produk yang
15
bereaksi. Yang mencakup oligomer yang terbentuk melalui reaksi
depolimerisasi dan reaksi kondensasi, struktur organik rantai pendek
yang terkondensasi dalam torefaksi biomassa, struktur yang menyerupai
char yang dikarbonisasi, dan bahan mineral yang hadir dalam biomassa
(Prins dkk., 2006).
Produk cairan yang terkondensasi dari aliran volatil terdiri dari berbagai
senyawa seperti air, asetat, asam, methanol, asam laktat, hidroksil
aseton, dan sejumlah bahan organik lainnya. Produk cairan pada
torefaksi dapat dibagi menjadi beberapa subkelompok yaitu air reaksi
yang dihasilkan dari dekomposisi termal, air terikat (inherent water)
dan air bebas (surface water) yang telah dilepaskan melalui penguapan,
zat organik dalam bentuk cair yang terdiri dari zat organik yang
dihasilkan selama devolatilisasi dan karbonisasi dan lipid yang
mengandung senyawa seperti wax dan asam lemak (Tumuluru dkk.,
2011).
Gas permanen atau sering disebut dengan non condensable gas (NCG)
merupakan fraksi volatil yang berada didalam fase gas pada suhu
kamar. Gas permanen pada proses torefaksi terdiri dari molekul ringan
seperti karbondioksida (CO2), karbonmonoksida (CO), metana, etana
dan etilena. Korbondioksida merupakan fraksi terbesar dari penyusun
gas permanen yang dihasilkan (Pach dkk., 2002)
2.3.3 Parameter Torefaksi
16
Pada proses torefaksi material lignoselulosa akan mengalami
dekomposisi kimia sehingga struktur polimernya akan berubah.
Perubahan material lignoselosa tersebut dipegaruhi oleh berbagai faktor
selama proses torefaksi berlangsung. Faktor-faktor yang berpengaruh
selama proses torefaksi adalah sebagai berikut :
1. Temperatur
Proses torefaksi berada pada temperatur 200-300 oC. Temperatur
torefaksi memiliki pengaruh yang sangat besar pada proses torefaksi
karena tingkat degradasi termal biomassa bergantung pada
temperatur. Meningkatnya temperatur reaksi torefaksi akan
meningkatkan laju dekomposisi pada struktur penyusun material
biomassa. Hal itu akan mengakibatkan terjadinya peningkatan
kehilangan massa dan karbonisasi material biomassa. Temperatur
yang tinggi akan mengahsilkan jumlah massa dan energi lebih
rendah tetapi kerapatan energinya lebih tinggi. Fraksi karbon tetap
pada biomassa meningkat sedangkan kandungan hidrogen dan
oksigen akan berkurang pada saat kenaikan temperatur torefaksi
(Bridgeman dkk., 2008). Temperatur reaksi yang tinggi melebihi
temperatur torefaksi akan meningkatkan laju dekomposisi yang
mengakibatkan komponen lignoselulosa banyak dikonversikan ke
dalam bentuk gas dan cairan, sehingga produk padatan yang
dihasilkan pada proses torefaksi menjadi berkurang.
2. Waktu Tinggal
17
Waktu tinggal merupakan parameter lain yang mempengaruhi
produk yang dihasilkan dari proses torefaksi. Waktu tinggal
berkaitan dengan lamanya waktu material biomassa bertahan
didalam reaktor. Parameter ini mempengaruhi proses dekomposisi
dan karbonisasi selama proses torefaksi berlangsung. Waktu tinggal
dapat bervariasi tergantung pada temperatur torefaksi, jenis
biomassa, dan produk akhir yang diinginkan. Proses torefaksi
dengan waktu tinggal yang lebih lama akan menghasilkan massa
produk padatan yang lebih rendah akan tetapi memiliki energi
padatan yang lebih tinggi, walaupun efek waktu tinggal tidak
mempengaruhi sifat biomassa secara signifikan (Pimchuai dkk.,
2010).
3. Ukuran Partikel
Ukuran partikel juga mempengaruhi reaksi dari torefaksi, tetapi pada
tingkat yang lebih rendah dari temperatur dan waktu tinggal. Ukuran
partikel mempengaruhi luas permukaan kontak perpindahan panas
antara material biomassa dan sumber panas selama terjadi proses
dekomposisi termal. Semakin kecil ukuran bahan baku yang
digunakan maka permukaan perpindahan panas semakin luas dan
meningkatkan laju pemanasan ke permukaan bahan baku. Hal ini
mengakibatkan meningkatnya laju dekomposisi pada material
biomassa dan meningkatkan efisiensi torefaksi terutama pada
kebutuhan waktu tinggal yang pendek (Bergman dkk,. 2005).
4. Jenis Biomassa
18
Jenis biomassa merupakan parameter penting lainnya yang dapat
mempengaruhi proses torefaksi. Hal ini karena kandungan
hemiselulosa paling banyak terdegradasi pada saat proses torefaksi,
akibatnya akan kehilangan jumlah massa yang lebih tinggi pada
biomassa yang banyak megandung hemiselulosa. Kandungan xilan
dari hemiselulosa paling reaktif dalam kisaran suhu torefaksi
sehingga menurunkan massa lebih cepat dari komponen padat
lainnya dari biomassa (Basu dkk., 2013).
2.4 Karakteristik Bahan Bakar Padat
Bahan bakar padat banyak digunakan pada tungku skala rumah tangga dan
sebagai sumber bahan bakar utama boiler pada industri. Contoh dari bahan
bakar padat adalah batubara, gambut, dan kayu. Didalam dunia industri bahan
bakar padat yang paling banyak digunakan adalah batubara karena memiliki
nilai kalor yang tinggi dibandingkan bahan bakar padat yang lainnya. Oleh
karena itu karakteristik batubara menjadi acuan dalam analisis bahan bakar
padat yang diperoleh dari hasil ekperimen torefaksi sampah biomassa.
Untuk mengetahui karakteristik dari batubara digunakan dua macam analisis
yaitu analisis proksimat (proximate analysis) dan analisis ultimat (ultimate
analysis). Analisis proksimat merupakan analisa yang mengidentifikasi
kandungan air (moisture content), volatile matter, karbon tetap (fixed
carbon), dan abu (ash). Sedangkan analisis ultimat merupakan analisa yang
mengindikasi komposisi kimia penyusun bahan bakar padat seperti karbon,
19
hidrogen, nitrogen, sulfur, dan oksigen. Penentuan hasil pengujian
karakteristik ini dilakukan menurut standar ASTM E-870-06 (Basu,2010).
2.4.1 Ultimate Analysis
Pada analisis ultimat, komposisi bahan bakar hidrokarbon dinyatakan
dalam bentuk elemen dasarnya seperti C, H, O, N, dan S kecuali untuk
kandungan air (M) dan abu (ash).
C + H + O + N + S + ASH + M = 100 %
(1)
Di mana C, O, H, N, dan S merupakan persentase berat dari karbon,
oksigen, hidrogen, nitrogen, dan sulfur masing-masing dalam bahan
bakar. Selain itu kandungan air dalam bahan bakar padat dinyatakan
secara terpisah sebagai M. Sehingga hidrogen dan oksigen dalam
analisis ultimat tidak mencakup hidrogen dan oksigen yang ada didalam
kandungan air, tetapi hanya hidrogen dan oksigen yang ada dalam
komponen organik bahan bakar (Basu, 2013).
2.4.2 Proximate Analysis
Analisis proksimat merupakan analisis yang digunakan untuk
menentukan jumlah fixed carbon (FC), volatile matter (VM), abu (ash),
dan kandungan air (M) dalam satuan persen berat kemudian di kalkulasi
dalam beberapa basis seperti AR (as received), ADB (air dried basis),
DB (dry basis), DAF (dry, ash free), DMMF (dry, mineral-matter free),
MAF (moist, ash-free) dan moist, mineral-matter free (Basu, 2013).
1. Zat Terbang (Volatile Matter, VM)
20
Volatile matter atau zat terbang merupakan komponen dalam bahan
bakar padat yang dapat terkondensasi dan tidak terkondensasi yang
dilepaskan pada saat dilakukan pemanasan. Jumlahnya tergantung
pada temperatur pemanasan dan tingkat pemanasan yang digunakan
(Basu, 2013). Volatile matter terdiri dari sebagian besar gas yang
mudah terbakar seperti hidrogen, karbon monoksida, dan metana
serta terdapat sebagian kecil uap yang dapat terkondensasi seperti
tar. Nilai kalor yang dihasilkan oleh volatile matter dalam proses
pembakaran tidak sebesar karbon tetap. Selain itu, komposisi karbon
tetap dan volatile matter pada bahan bakar disebut batubara murni
(pure coal).
2. Abu (Ash)
Abu merupakan residu padat anorganik yang tersisa setelah terjadi
pembakaran bahan bakar. Komponen utama dari abu adalah silika,
alumunium, besi, dan kalsium serta terdapat sejumlah kecil
magnesium, titanium, natrium, dan juga kalium (Basu, 2013). Di
dalam bahan bakar abu tidak mewakili bahan mineral anorganik asli
karena beberapa unsur abu dapat mengalami oksidasi selama
pembakaran. Selain itu, kandungan abu biomassa pada umumnya
sangat kecil akan tetapi sangat penting dalam pemanfaatan biomassa
terutama jika mengandung logam alkali seperti kalium dan halida
seperti klorin. Komponen tersebut dapat menyebabkan tumpukan,
kotoran dan korosi pada boiler atau gasifier (Mettanant dkk., 2009).
3. Kandungan air (moisture content, MC)
21
Kandungan air yang tinggi merupakan karakteristik utama dari
biomassa yang dapat mencapai 90 % (db). Pada biomassa terdapat
dua macam kandungan air, yaitu free moisture dan inherent
moisture. Di mana free moisture merupakan kandungan air pada
biomassa yang berada dipermukaan atau diluar dinding sel.
Sedangkan inherent moisture merupakan kandungan air yang
terkandung di dalam dinding sel biomassa. Pada proses pemanasan
free moisture lebih mudah dihilangkan dibandingkan dengan
inherent moisture (Basu, 2013).
4. Karbon Tetap (fixed carbon, FC)
Karbon tetap merupakan karbon padat dalam biomassa yang
tertinggal setelah devolatisasi atau setelah zat terbang dilepaskan. Di
dalam suatu bahan bakar padat komponen fixed carbon memberikan
nilai kalor yang besar. Selain itu, fixed carbon berbeda dengan
kandungan unsur karbon, karena beberapa unsur karbon akan hilang
dalam bentuk ikatan hidrokarbon bersama zat terbang ketika
menguap. Karbon tetap pada batubara termasuk unsur karbon dalam
bahan bakar asli ditambah residu karbon yang terbentuk saat terjadi
proses pemanasan (Basu, 2013).
Selain komponen penyusun batubara, yang harus diperhatikan adalah
metode penyajian karakteristik batubara. Hal ini karena batu bara
memiliki kondisi yang berbeda-beda sehingga membutuhkan suatu
acuan kondisi yang sama saat dibandingkan. Berikut ini metode analisis
yang umum digunakan (Miller, 2005) :
22
1. As received (ar)
Metode ini menunjukan seluruh kandungan yang ada di dalam
biomassa. Apabila menggunakan metode as received, hasil analisis
ultimat dan proksimat dapat dituliskan sebagai berikut :
Ultimate analysis : C + H + O + N + S + ASH + M =100%
..(2)
Proximate analysis : VM + FC + M + ASH =100%
…(3)
Di mana VM, FC, M, dan ASH mewakili persentase jumlah massa
dari zat terbang, karbon tetap, kandungan air, dan abu yang masing-
masing diukur dengan analisis proksimat. Sedangkan C, H, O, N,
dan S mewakili persentase massa dari kandungan karbon, hidrogen,
oksigen, nitrogen, dan sulfur yang masing-masing diukur dengan
analisis ultimat. Metode as received mengacu pada pemanfaatannya
secara langsung di pembakaran sehingga biasanya disebut juga nilai
as-fired (Basu, 2013).
2. Air dried basis (adb)
Metode ini menunjukan kandungan batubara tanpa adanya
kandungan air jenis surface moisture di dalamnya karena pada saat
bahan bakar dikeringkan di udara surface moisture akan dilepaskan
sedangkan inherent moisture akan dipertahankan (Basu, 2013).
3. Dry basis (db)
23
Pada metode ini data yang ditunjukan adalah kandungan batubara
tanpa adanya surface moisture dan inherent moisture.
4. Dry, ash-free (daf)
Pada metode ini abu merupakan komponen lain yang dihilangkan
bersamaan dengan kandungan air. Jadi dry, ash free menunjukan
karakteristik batubara tanpa kandungan air dan abu.
5. Dry, mineral-matter free (dmmf)
Pada metode ini data yang ditunjukan adalah kandungan batubara
komponen organik tanpa adanya kandungan air, abu, dan mineral
lainnya.
6. Moist, ash-free (maf)
Pada metode ini menunjukan kandungan batubara masih
mengandung sedikit kandungan air dan tanpa abu sama sekali.
7. Moist, mineral-matter free (mmmf)
Metode ini menunjukan data batubara tanpa kandungan abu dan
mineral akan tetapi masih memiliki kandungan air.
2.4.3 Nilai Kalor Pembakaran (Calorific Value)
Nilai kalor merupakan salah satu parameter yang digunakan sebagai
indikator kandungan energi yang dimiliki setiap bahan bakar. Analisis
nilai kalor dilakukan untuk mengetahui besarnya kalor per satuan massa
yang dihasilkan oleh bahan bakar padat setelah dilakukan pembakaran
(Basu, 2013). Terdapat dua jenis nilai kalor pembakaran, yaitu higher
heating value (HHV) dan lower heating value (LHV).
1. Higher heating value (HHV)
24
Higher heating value dapat didefinisikan sebagai jumlah panas yang
dilepaskan oleh unit massa atau volume bahan bakar setelah dibakar.
Produk pembakaran pada HHV kondisi air berada pada fasa cair
sehingga terdapat kalor laten pengembunan yang terlepas
mengakibatkan nilai HHV yang semakin besar. Untuk mendapatkan
nilai HHV dapat menggunakan Bom kalorimeter yang dilakukan di
laboratorium pada temperatur ruangan. Pengujian nilai kalor HHV
menggunakan standar ASTM D-388 (Speight, 2005).
2. Lower heating value (LHV)
Nilai kalor LHV dapat didefinisikan sebagai jumlah panas yang
dihasilkan dari pembakaran dalam jumlah tertentu dikurangi dengan
panas penguapan air dalam produk pembakaran (Basu, 2013).
Setelah proses pembakaran kondisi air dari produk pembakaran
dengan fasa gas dapat menghasilkan nilai kalor LHV. Biasanya nilai
kalor LHV ini didapatkan pada kondisi pembakaran di boiler.
Pada umumnya, untuk mengetahui nilai kalor dari suatu bahan bakar
dilakukan pengujian labolatorium menggunakan Bom kalorimeter. Jika
tidak memungkinkan melakukan pengujian labolatorium, nilai kalor
suatu bahan bakar dapat diketahui dari perhitungan menggunakan
persamaan empiris Dulong-Berhelot dan persamaan Channiwala. Pada
awalnya persamaan Dulong dikembangkan untuk mengetahui nilai
kalor dari batubara dengan koefisien yang sudah dimodifikasi untuk
25
biomassa dapat digunakan. Untuk menghitung jumlah nilai kalor dapat
digunakan persamaan Dulong sebagai berikut :
HHV = 0.314 C + 1.4445 H – (N+O-1)/8 + 0.0093 S
………………(2.1)
Kemudian Channiwala dan Parikh mengembangkan persamaan empiris
untuk menghitung nilai kalor suatu bahan bakar. Persamaan empiris ini
menggunakan metode korelasi terpadu untuk HHV (higher heating
value) berdasarkan 15 korelasi yang ada dan 50 bahan bakar, termasuk
biomassa, cairan, gas, dan batubara (Basu, 2013). Untuk menghitung
nilai kalor menggunakan persamaan Channiwala, dapat digunakan
persamaan empiris seperti di bawah ini :
HHV = 349.1C + 1178.3H + 105S – 103.4O – 15.1N – 21.1Ash
…...(2.2)
Di mana C, H, S, O, N dan ash merupakan persentase dari karbon,
hidrogen, sulfur, oksigen, nitrogen dan abu sebagaimana ditentukan
oleh hasil pengujian analisis ultimat. Persamaan Channiwala dapat
digunakan jika memenuhi syarat sebagai berikut :
0 < C < 92 % ; 0.43 < H < 25 %
0 < O < 50 % ; 0 < N < 5.6 %
0 < ASH < 71 % ; 4745 < HHV < 55345 kJ/kg
Nilai kalor yang diperoleh dari hasil perhitungan berdasarkan analisis
ultimat menggunakan persamaan empiris dibandingkan dengan nilai
26
kalor yang diperoleh dari hasil pengujian. Hal ini dilakukan untuk
melihat tingkat dari kesalah data yang didapatkan dari hasil pengujian.
Tingkat kesalahan perkiraan nilai kalor dari setiap persamaan dapat
dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Basu, 2013):
E=HHVa-HHV
HHV×100% ……………………………………………(2.3)
Di mana :
E = Tingkat kesalahan, %
HHVa = Nilai kalor yang diperoleh dari perhitungan, kcal/kg
HHV = Nilai kalor yang diperoleh dari pengujian, kcal/kg
Selain itu, untuk memahami peningkatan nilai kalor bahan bakar padat akibat
perubahan komposisi dapat digunakan klasifikasi berdasarkan rasio atom.
Rasio atom diperoleh dari kandungan oksigen, hidrogen dan karbon dari
bahan bakar padat. Perubahan komposisi yang terjadi pada bahan bakar padat
dapat diilustrasikan menggunakan diagram yang dikembangkan oleh Van
Krevelen (Basu, 2013), seperti pada Gambar 2.5.
27
Gambar 2.5 Diagram Van Krevelen
Diagram Van Krevelen memplot rasio H/C terhadap O/C untuk semua bahan
bakar padat, dari antrasit yang kaya akan karbon hingga biomassa yang
memiliki kandungan karbon rendah serta menunjukan bahwa biomassa
memiliki rasio O/C dan H/C yang lebih tinggi dari bahan bakar fosil.
Biomassa memiliki nilai kalor yang rendah karena memiliki rasio H/C dan
O/C yang tinggi.
Proses torefaksi dapat menghilangkan kandungan H2O dan CO2 yang ada
didalam biomasa, sehingga rasio O/C dan H/C dari biomassa menurun. Bahan
bakar padat yang dihasilkan dari proses torefaksi memiliki rasio O/C serta
H/C yang lebih kecil dibandingkan biomassa yang tidak ditorefaksi. Hal ini
akan menyebabkan bahan bakar padat produk torefaksi memiliki nilai kalor
per massa yang lebih tinggi.
Berdasarkan karakteristik dan parameter dari batubara tersebut, dapat
ditentukan klasifikasi dari batubara. Klasifikasi batubara yang sering
28
digunakan sebagai acuan di Indonesia adalah klasifikasi batubara menurut
ASTM (American Society for Testing Materials). Menurut standar ASTM,
batubara secara garis besar dapat dibagi menjadi empat peringkat, yaitu
anthracite, bituminous, subbituminous, dan lignite seperti ditunjukan pada
Tabel 2.2 di bawah ini.
Tabel 2.2 Klasifikasi batubara menurut ASTM (Miller, 2005)
Class GroupFixed
CarbonVolatileMatter
Heating Value
(MJ/kg) (kcal/kg)
Anthracitic Meta-anthracite ≥ 98 ≤ 2Anthracite 92 - 98 2 - 8
Semi-anthracite 86 - 92 8 - 14
Bituminous Low-volatile 78 - 86 14 - 22
Medium-volatile 69 - 78 22 - 31
High-volatile A < 69 > 31 ≥ 32.6 ≥ 7786High-volatile B 30.2 - 32.6 7213 - 7786
High-volatile C 26.7 - 30.2 6377 - 7213
Subbituminous Subbituminous A 24.4 - 26.7 5828 - 6377
Subbituminous B 22.1 - 24.4 5278 - 5828
Subbituminous C 19.3 - 22.1 4610 - 5278
Lignitic Lignite A 14.7 - 19.3 3511 - 4610
Lignite B < 14.7 < 3511
Pada tabel di atas dapat diketehaui bahwa batubara yang memiliki kualitas
paling baik adalah batubara jenis anthrasite, sedangkan jenis lignite
merupakan batubara dengan kualitas paling buruk. Nilai kalor batubara
dengan kualitas yang lebih baik dari High Volatie A Bituminous tidak
dituliskan. Hal ini disebabkan karena batubara tingkat tinggi pada praktiknya
tidak digunakan sebagai bahan bakar padat, melainkan digunakan dalam
29
proses industri kimia untuk diekstraksi kandungan karbonnya. Sedangakan
untuk jenis batubara lainnya digunakan pada proses pembakaran, sehingga
nilai kalor menjadi parameter yang paling penting.
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Adapun tempat dan waktu penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai
berikut :
3.1.1 Tempat Penelitian
Pengambilan data penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium
Termodinamika Teknik Mesin Universitas Lampung.
3.1.2 Waktu Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan selama 6 bulan yaitu dari bulan Maret
2018 sampai dengan bulan Agustus 2018. Dengan jadwal kegiatan yang
akan dilakukan dalam waktu penelitian dapat dilihat pada Tabel 3.1
dibawah ini :
Tabel 3.1 Rencana kegiatan penelitian
KegiatanMaret April Mei Juni Juli Agustus
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1Studiliteratur
2Persiapanalat danbahan
3 Pengujian
4Analisisdata
5Penulisanlaporanakhir
30
3.2 Alat dan Bahan
Pada penelitian ini alat dan bahan yang digunakan adalah sebagai berikut :
3.2.1 Alat
Peralatan yang digunakan dalam proses torefaksi ini adalah sebagai
berikut :
1. Reaktor
Reaktor yang digunakan sebagai tempat terjadinya proses torefaksi
seperti pada Gambar 3.1 merupakan reaktor kontinu tipe tubular
yang telah di rancang oleh Faris (2017). Reaktor jenis ini merupakan
reaktor berbentuk tabung dengan dinding tetap dan yang bergerak
adalah material bahan baku didalam reaktor dengan sistem secrew
conveyor.
Gambar 3.1 Reaktor torefaksi
Reaktor dipanaskan dengan sistem pemanas selimut dengan media
pemanas adalah oli yang berada diantara dinding luar tabung reaktor
31
dan dinding dalam selimut. Dinding bagian luar reaktor yang telah
dipanaskan menggunakan burner akan memanaskan oli yang berada
didalamnya, kemudian panas dari oli akan memanaskan dinding
bagian dalam reaktor. Tujuan digunakannya oli sebagai media
pemanas adalah untuk menghantarkan panas secara merata pada
reaktor dan mempermudah pengontrolan panas reaktor.
Pengontrolan panas pada reaktor dan oli pemanas menggunakan
thermocouple yang terpasang pada tiga titik yaitu inlet, centre, dan
outlet. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui profil temperatur dari
tiga bagian reaktor yaitu bagian bahan baku masuk, bagian tengah
dan pada reaktor bagian bahan baku keluar. Untuk sistem selimut oli
pada reaktor kontinu dapat dilihat pada Gambar 3.2 dibawah ini :
Gambar 3.2 Sistem Pemanas Reaktor
2. Gas LPG
Gas LPG digunakan sebagai sumber panas untuk memanaskan
reaktor seperti pada Gambar 3.3. Penggunaan gas LPG karena lebih
32
praktis dan banyak tersedia dipasaran. Selain itu laju pemanasan
yang diberikan dapat di kontrol dengan mengatur bukaan gas.
Gambar 3.3 Gas LPG
3. Thermocouple
Thermocouple merupakan salah satu jenis sensor temperatur seperti
pada Gambar 3.4 yang sering digunakan karena responnya yang
cepat terhadap perubahan temperatur dan juga rentang temperatur
operasionalnya yang luas yaitu antara -200 oC hingga 2000 oC. Di
dalam proses pengambilan data, alat ini digunakan sebagai pengukur
temperatur di dalam reaktor dan oli.
Gambar 3.4 Thermocouple
33
4. Timbangan Digital
Gambar 3.5 merupakan timbangan digital yang digunakan untuk
mengukur berat dari bahan baku yang akan digunakan dalam proses
torefaksi serta untuk mengukur berat dari produk padatan torefaksi.
Gambar 3.5 Timbangan Digital
5. Gas Nitrogen
Gambar 3.6 merupakan gas nitrogen yang digunakan untuk
menghilangkan kandungan O2 yang berada di dalam reaktor.
Gambar 3.6 Gas nitrogen
34
6. Masker
Selama proses torefaksi akan menghasilkan gas berbahaya, sehingga
digunakan masker seperti Gambar 3.7 untuk keamanan operator.
Gambar 3.7 Masker
7. Stopwatch
Gambar 3.8 merupakan Stopwatch yang digunakan untuk mengukur
lamanya waktu proses berlangsungnya torefaksi.
Gambar 3.8 Stopwatch
3.2.2 Bahan
Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah sampah biomasa,
dengan model komposisi yang digunakan adalah mewakili kawasan
35
umum yang mengandung sedikit sisa makanan (nasi, kulit jeruk, dan
kulit pisang) dan didominasi oleh ranting dan daun-daunan akibat ruang
hijau dari tata kota . Ranting pohon mewakili komponen sampah dari
kayu-kayuan. Daun mewakili komponen sampah dari kelompok daun-
daunan termasuk juga sisa makanan jenis sayur-sayuran. Nasi mewakili
sisa makanan yang berasal dari komponen makanan pokok. Sementara
itu, kulit pisang dan kulit jeruk mewakili komponen sampah yang
berasal dari buah-buahan. Kemudian bahan baku dikeringkan selama
beberapa hari dan selanjutnya dilakukan pengujian kandungan air awal
sebelum proses torefaksi.
Gambar 3.9 Sampah biomassa campuran
3.3 Metode Pengambilan Data
Tahapan pengujian yang dilakukan dalam pengambilan data adalah sebagai
berikut :
36
1. Menyiapkan alat torefaksi kontinu tipe tubular dan bahan baku sampah
biomassa campuran.
2. Menimbang bahan baku yang akan digunakan dengan berat total 1 kg
dengan masing-masing komposisi massa setiap komponen sampah
biomassa yang digunakan.
3. Menghidupkan motor listrik yang terhubung ke rotary valve pada saluran
pengumpanan dan secrew conveyor di dalam reaktor dengan menekan
tombol ON pada kontrol.
4. Memanaskan reaktor dengan cara membuka katub gas dan
menghidupkan burner yang ada pada reaktor hingga mencapai temperatur
yang telah ditentukan sesuai data pengujian yaitu temperatur 225oC, 250
oC, 275 oC dan 300 oC, 325oC.
5. Menghidupkan stopwatch dan mencatat waktu untuk menghitung
lamanya proses pemanasan reaktor hingga proses torefaksi berakhir.
6. Menginjeksikan gas N2 ke dalam reaktor dengan cara memasukan gas N2
melalui kran inlet dengan tujuan untuk mengikat dan mendorong keluar
O2 yang ada dalam reaktor melalui kran outlet.
7. Ketika temperatur pengujian tercapai, bahan baku dimasukkan kedalam
reaktor melalui saluran pengumpanan.
8. Mengatur bukaan pada gas LPG agar temperatur dalam keadaaan stedi
pada temperatur pengujian yang ditentukan.
9. Menimbang dan mencatat produk padatan yang dihasilkan dari proses
torefaksi
37
10. Setalah mendapatkan data pengujian, kemudian produk padatan torefaksi
diserahkan ke labolatorium untuk dilakukan pengujian analisis
proksimat, analisis ultimat dan nilai kalor.
3.4 Pengujian Laboratorium
Adapun pengujian laboratorium digunakan untuk mengetahui komponen
penyusun bahan bakar padat hasil torefaksi menggunakan analisis proksimat
dan komponen unsur kimia penyusun bahan bakar padat hasil torefaksi
menggunakan analisis ultimat. Selain itu, untuk menunjukan nilai kalor per
satuan massa dari bahan bakar padat hasil torefaksi dilakukan pengujian
colorific value (nilai kalor pembakaran).
3.4.1 Analisis proksimat
Analisis proksimat digunakan untuk mengetahui komponen penyusun
bahan bakar padat produk torefaksi seperti kandungan karbon tetap,
volatile matter, kandungan air, dan abu.
3.4.2 Analisis ultimat
Analisis ultimat digunakan untuk mengetahui komponen unsur-unsur
kimia yang menyusun bahan bakar padat hasil torefaksi seperti karbon,
hidrogen, oksigen, sulfur, nitrogen, dan unsur lainnya.
3.4.3 Uji nilai kalor pembakaran (Calorific Value)
Pengujian nilai kalor pembakaran dilakukan untuk melihat besarnya
kalor per satuan massa yang dihasilkan oleh bahan bakar padat hasil
torefaksi setelah dibakar.
38
3.5 Alur Tahapan Pelaksanaan
Secara garis besar alur penelitian dapat dijabarkan melalui flowchart dibawah
ini :
Gambar 3.10 Diagram alur penelitian
Mulai
Studi
Persiapan alat danbahan
Proses pengujian torefaksi sesuai denganvariasi yang sudah ditentukan
Pengolahan dan Analisis Data
DataLengkap
Kesimpulan
Penulisan laporan
Selesai
Data Hasil Pengujian
39
3.6 Rancangan Eksperimen Torefaksi
Eksperimen ini menggunakan beberapa variabel tetap dan variabel berubah.
Hal ini dilakukan untuk dapat mengetahui kondisi proses torefaksi terbaik
dengan menggunakan reaktor kontinu tipe tubular. Pada pengujian ini,
parameter utama torefaksi yang divariasikan adalah temperatur. Hal ini
bertujuan untuk mendapatkan parameter temperatur optimal pada proses
torefaksi biomassa campuran. Bahan baku yang digunakan adalah sampah
biomassa campuran dengan model komposisi yang digunakan adalah
mewakili kawasan umum yang mengandung sedikit sisa makanan (nasi, kulit
jeruk, dan kulit pisang) dan didominasi oleh ranting dan daun-daunan akibat
ruang hijau dari tata kota. Desain eksperimen torefaksi sampah biomassa
campuran ditampilkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Desain ekperimen torefaksi sampah biomassa campuran
Eksperimen torefaksi sampah biomassa campuran menggunakan reaktor
kontinu tipe tubular yang akan dilakukan pada temperatur 225 oC, 250 oC,
275 oC, 300 oC, dan 325 oC dengan waktu tinggal 30 menit. Pada pengujian
Temperatur Torefaksi 225, 250, 275, 300 dan 325 oCWaktu Tinggal 30 menit
Massa Total Sampah Biomassa 1000 grJenis Komponen Sampah Biomassa Massa Komponen (gr)
Nasi 190Kulit Jeruk 105Kulit Pisang 105
Daun 460Ranting 140
40
ini hanya produk padatan saja yang dilakukan analisis karena belum
tersedianya instalasi aliran gas produk torefaksi yang selanjutnya di
kondensasi untuk mendapatkan produk cairan. Berdasarkan hasil pengujian
torefaksi didapatkan data jumlah produk padatan yang dihasilkan. Hal ini
bertujuan untuk melihat pengaruh temperatur terhadap jumlah produk padatan
yang dihasilkan.
Untuk mengetahui karakteristik bahan bakar padat yang diperoleh dari hasil
torefaksi biomassa campuran maka dilakukan pengujian analisis proksimat
dan analisis ultimat. Selain itu, dilakukan pengujian nilai kalor pembakaran
untuk menunjukan besarnya nilai kalor persatuan massa yang dihasilkan oleh
bahan bakar padat setelah dibakar. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan
karakteristik dari sampah biomassa campuran sesudah ditorefaksi maupun
sebelum torefaksi.
Selain dengan pengujian di labolatorium, nilai kalor dapat diperoleh dari hasil
perhitungan menggunakan persamaan empiris seperti yang dijelaskan pada
bagian sebelumnya. Perhitungan ini dilakukan sebagai pembanding data hasil
pengujian nilai kalor untuk melihat valid tidaknya data yang diperoleh. Pada
penelitian ini digunakan dua persamaan empiris untuk menghitung nilai kalor,
yaitu persamaan Dulong (persamaan 2.1) dan persamaan Channiwala
(persamaan 2.2). Dari kedua persamaan tersebut akan dilihat nilai kalor yang
mendekati dari nilai kalor hasil pengujian.
Selanjutnya dilakukan perhitungan perolehan massa, ym (mass yield) dan
perolehan energinya, ye (energy yield) produk torefaksi sampah biomassa
41
campuran pada kondisi kering (dry basis). Hasil perhitungan ini menunjukan
seberapa jauh proses torefaksi dapat meningkatkan kualitas sifat-sifat
pembakaran dari sampah biomassa campuran. Perhitungan perolehan massa
dan perolehan energi adalah sebagai berikut (Basu,2013):
ym=mf
mo|db …………………………………………...…(3.1)
ye= ym×HHVf
HHVo|db ……………………….……………(3.2)
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian torefaksi yang telah dilakukan pada sampah
biomassa campuran menggunakan reaktor kontinu tipe tubular dengan sistem
pemanas selimut oli dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Perolehan massa padatan produk torefaksi semakin sedikit seiring
meningkatnya temperatur karena semakin banyak komponen lignoselulosa
yang terdekomposisi.
2. Hasil pengujian nilai kalor terhadap produk padatan hasil torefaksi
menunjukan bahwa nilai kalor produk padatan hasil torefaksi berkisar
antara 4500 – 5500 kcal/kg. Dengan nilai kalor paling tinggi terdapat pada
temperatur 275 oC yaitu sebesar 5424.6 kcal/kg yang setara dengan
batubara Subbituminous B.
3. Hasil pengujian proksimat menunjukan bahwa semakin tinggi kandungan
fixed carbon akan meningkatkan nilai kalor dari produk padatan hasil
torefaksi.
4. Dari hasil pengujian ultimat didapatkan perbandingan O/C dan
perbandingan H/C yang semakin kecil seiring meningkatnya temperatur
sehingga produk padatan hasil torefaksi memiliki nilai kalor per massa
yang
63
lebih tinggi. Rata – rata penurunan rasio O/C dan H/C untuk setiap
peningkatan temperatur adalah 0.1 %.
5. Nilai kalor produk torefaksi sampah biomassa campuran dapat diprediksi
melalui persamaan empiris berdasarkan data hasil pengujian ultimat. Nilai
kalor yang diperoleh dari hasil pengujian cukup akurat, dimana nilai kalor
yang diperoleh dari hasil perhitungan tidak memiliki perbedaan yang
signifikan dengan data nilai kalor hasil pengujian.
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan serta hasil yang didapatkan,
maka saran yang dapat diberikan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik
adalah sebagai berikut :
1. Perlu adanya intalasi untuk aliran gas hasil torefaksi sehingga dapat
mengetahui kesetimbangan massa dari hasil torefaksi reaktor kontinu tipe
tubular.
2. Disarankan untuk melakukan pengujian kandungan air terlebih dahulu
pada masing-masing sampel sebelum digunakan untuk menghindari
terjadinya penyimpangan data.
3. Perlu adanya sistem otomatis untuk buka tutup katup aliran gas LPG
untuk mempermudah pengontrolan temperatur pada reaktor.
DAFTAR PUSTAKA
Amrul. 2014. Pemanfaatan Sampah Menjadi Bahan Bakar Padat Setara
Batubara Melalui Proses Torefaksi. Disertasi Institut Teknologi
Bandung. Bandung.
Basu Pabir. 2010. Biomass Gasification and Pyrolisis : Practical Design and Theory.
Elsevier, Oxford, UK.
Basu Pabir. 2013. Biomass Gasification, Pyrolysis, and Torrefaction: Practical
Design and Theory, Second Edition. Elsevier, Oxford, UK
Basu Pabir dan Dhungana, A. 2013. An investigation Into the Effect of Biomass
Particle Size on its Torrefaction. Chem. Eng.
Bergman. P.C.A., Boersma, A.R., dan Jacob, H.A. 2004. Torrefaction for entrained-
flow gasification of biomass. Energy Research Center of Netherlands (ECN),
Unit ECN Biomass, Einhoven.
Bergman, P.C.A., Kiel, J.H.A., 2005, Torrefaction for biomass upgrading, Published
at 14th European Biomass Conference & Exhibition, Paris. ECN Report
ECN-RX-05-180.
Bridgeman. T.G., Jones, J.M., Shield, I., dan Williams, P.T. 2008. Torrefaction of
reed canary grass, wheat straw and willow to enhance solid fuel qualities
and combustion properties. Fuel, V. 87, P. 844–856.
Fariz, Muhammad. 2017. Perancangan dan Simulasi Termal Reaktor Torefaksi
Kontinu Tipe Tubular Untuk Produksi Bahan Bakar Padat dari Sampah
Kota. (Skrpsi). Universitas Lampung. Bandar Lampung.
McKendry, P. 2002. Energy Production from Biomass (part 1): Overview of Biomass,
Bioesource Technology, V. 83, P. 37-46.
Mettanant, V., Basu, P., Leon, M.A., 2009. Gasification of rice husk in supercritical
water. Eighth World Conference on Chemical Engineering, Montreal,
August, paper # 971.
Miller, B. G. 2005. Coal Energy System. New York : Elsevier, 0-12-497451-1.
Pach, M. Zanz, R. dan Bjornborm, R. 2002. Torrefied Biomass a Substitute for Wood
and Charcoal, 6th Asia-Pacific International Symposium on Combustion and
Energy Utilization, Kuala Lumpur.
Pimchuai, A., Dutta, A., Basu, P., 2010. Torrefaction of agriculture residue to
enhance combustible properties. Energy. Fuels 24 (9), 4638-4645.
Prins, M.J., Ptasinski, K.J., dan Janssen, F.J.J.G., 2006. Torrefaction of Wood: Part 2.
Analysis of Products, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 77:1, pp.
35–40.
Purba, Victor S. 2007. Penentuan Total Cadangan Minyak Nasional Indonesia
Dengan Metoda Perhitungan Kurva Puncak Hubbert dan Pendekatan
Numerkal Terhadap Grafik Produksi Minyak Nasional Indonesia.
Institut Teknologi Bandung. Bandung.
Speight, J.G. 2005. Handbook of Coal Analysis, John Wiley&son, Inc., New Jersey.
Tchobanoglous, G.H., Theissen, H., Vigil, S.A. 1993. Integrated Solid Waste
Management, McGraw Hill.
Tumuluru, J.S., Sokhansanj, S., Wright, C. T., dan Boardman, R. D. 2010. Biomass
Torrefaction Process Review and Moving Bed Torrefaction System Model
Development. Research Report for the U.S. Departement of Energy at INL
and ORNL.
Tumuluru, J.S., Sokhansanj, S., Wright, C.T., dan Boardman, R.D., Hess, J.R. 2011.
Review on ;Biomass Torrefaction Process and Product properties and
Design of Moving Bed Torrefaction System Model Development, ASABE
Annual International, Meeting, Louisville, Kentucky.
