LAPORAN PRAKTIKUM ENERGI DAN ELEKTRIFIKSI PERTANIANENERGI BIOMASSA

Oleh:Atika FaiqohNIM. A1H012030

KEMENTERIAN RISET TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGIUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMANFAKULTAS PERTANIANPURWOKERTO2014

I. PENDAHULUANA. Latar BelakangPerkembangan ekonomi di era globalisasi menyebabkan pertambahan konsumsi energi di berbagai sektor kehidupan. Bukan hanya negara-negara maju, tapi hampir semua negara mengalami. Termasuk Indonesia, walaupun terkena dampak krisis ekonomi, tetap mengalami pertumbuhan konsumsi energi. Hal itu terlihat dari pemakaian energi di Indonesia pada 2004 yang telah mencapai lebih dari 453 juta SBM (setara barel minyak), jauh lebih tinggi dari pada sebelum krisis (1997). Sementara cadangan energi nasional akan semakin menipis apabila tidak ditemukan cadangan energi baru. Oleh karena itu, perlu dilakukan berbagai terobosan untuk mencegah terjadinya krisis energi. Mengantisipasi hal itu, pemerintah Indonesia telah mengeluarkan blueprint pengelolaan energi nasional 2005 - 2025. Kebijakan ini ditekankan pada usaha menurunkan ketergantungan penggunaan energi hanya pada minyak bumi. Salah satu energi terbarukan yang mempunyai potensi besar di Indonesia adalah biomassa. Hal ini tercantum dalam Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (energi hijau) Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, yang dimaksud energi biomassa meliputi kayu, limbah pertanian/perkebunan/hutan, komponen organik dari industri dan rumah tangga. Biomassa dikonversi menjadi energi dalam bentuk bahan bakar cair, gas, panas, dan listrik. Teknologi konversi biomassa menjadi bahan bakar padat, cair, dan gas, antara lain teknologi pirolisa (bio-oil), esterifikasi (bio-diesel), teknologi fermentasi (bio-etanol), anaerobik digestion (biogas). Teknologi konversi biomassa menjadi energi panas yang kemudian dapat diubah menjadi energi mekanis dan listrik, antara lain, teknologi pembakaran dan gasifikasi. Teknologi konversi termal biomassa meliputi pembakaran langsung, gasifikasi, dan pirolisis atau karbonisasi. Masing-masing metode memiliki karakteristik yang berbeda dilihat dari komposisi udara dan produk yang dihasilkan.Praktikum acara 3 mengenalkan kepada mahasiswa tentang bagaimana mengetahui besar energi yang dihasilkan dari energi biomassa. Selain itu juga besar energi yang dibutuhkan biomassa pada saat pembakaran berlangsung melalui persamaan-persamaan yang telah diketahui untuk malkukan perhitungan.B. Tujuan1. Mengetahui cara menghitung energi kalor keluar2. Mengetahui cara menghitung energi kalor masuk3. Menghitung efisiensi pembakaran pada tungku biomassa

II. TINJAUAN PUSTAKABiomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintetik, baik berupa produk maupu buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi limbah pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran ternak. Selain digunakan untuk tujuan primer serat, bahan pangan, pakan ternak, minyak nabati, bahan bangunan dan sebagainya, biomassa juga digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar). Umum yang digunakan sebagai bahan bakar adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya. Biomassa adalah bahan hayati yang dianggap sebagai sampah dan sering dimusnahkan dengan cara dibakar (Subroto 2007). Sedangkan menurut Silalahi (2000), biomassa adalah campuran material organik yang kompleks, biasanya terdiri dari karbohidrat, lemak, protein, dan beberapa mineral lain yang jumlahnya sedikit seperti sodium, fosfor, kalsium, dan besi. Komponen utama tanaman biomassa adalah karbohidrat (berat kering kira-kira sampai 75%), lignin (sampai dengan 25%), dimana dalam beberapa tanaman komposisinya berbeda-beda. Biomassa merupakan produk fotosintesis, dimana sel hijau daun menyerap energi matahari dan mengkonversi karbon dioksida dengan air menjadi suatu senyawa karbon, hidrogen, dan oksigen. Senyawa tersebut menyerap energi yang dapat dikonversi menjadi produk lain. Hasil konversi senyawa tersebut dapat berbentuk arang atau karbon, alkohol kayu, ter, dan sebagainya.Biomassa adalah sumber energi terbarukan tetapi ini tidak berarti biomassa adalah sumber energi yang benar-benar ramah lingkungan. Pertanyaan apakah kita harus menggunakan biomassa atau tidak telah menimbulkan banyak kontroversi di beberapa tahun terakhir. Para penentang mengatakan bahwa biomassa dapat menyebabkan emisi gas rumah kaca yang besar (dari pembakaran kayu), bahkan lebih besar daripada gas rumah kaca yang berasal dari pembangkit listrik berbahan bakar batubara.Biomassa dianggap sebagai karbon netral, ini berarti biomassa mengambil karbon dari atmosfer pada saat tanaman tumbuh, dan mengembalikannya ke udara ketika dibakar. Karena itulah, setidaknya menurut teori, terjadi siklus karbon tertutup tanpa peningkatan kadar karbon dioksida (CO2) di atmosfer.Biomassa tersebut dapat diolah menjadi briket biomassa, yang merupakan bahan bakar yang memiliki nilai kalor yang cukup tinggi dan dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Biomassa yang dibuat briket pada umumnya berbentuk serpihan atau serbuk-serbuk kecil. Beberapa potensi limbah biomassa yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi dalam rangka penyediaan energi alternatif.Salah satu contoh potensi limbah biomassa yang dijadikan briket adalah serbuk gergaji. Serbuk gergaji merupakan hasil samping dari kegiatan bahan biomassa kayu atau berserat lignoselulosa.

Sumber energi biomassa mempunyai beberapa kelebihan antara lain merupakan sumber energi yang dapat diperbarui (renewable) sehingga dapat menyediakan sumber energi secara berkesinambungan (suistainable). Di Indonesia, biomassa merupakan sumber daya alam yang sangat penting dengan berbagai produk primer sebagai serat, kayu, minyak, bahan pangan dan lain-lain yang selain digunakan untuk memnuhi kebetuhuan domestik juga diekspor dan menjadi tulang punggung penghasil devisa negara.Briket dalah salah satu cara yang digunakan untuk mengkonversi sumber energi biomassa ke bentuk biomassa lain dengan cara dimampatkan sehingga bentuknya menjadi lebih teratur. Briket yang terkenal adalah briket batubara namun tidak hanya batubara saja yang bisa dibuat briket. Biomassa lain seperti sekam, arang sekam, serbuk gergaji, serbuk kayu dan limbah-limbah biomassa yang lainnya. Pembuatan briket tidak terlalu sulit, alat yang digunakan juga tidak terlalu rumit.

III. METODOLOGIA. Alat dan Bahan1. Tungku pembakaran2. Kakao 3. Termometer infrared4. Panci 5. Air6. Timbangan 7. Kompor 8. Gas 9. Kalkulator 10. Stopwatch

B. Prosedur Kerja1. Menyiapkan alat dan bahan2. Mengukur diameter panci kemudian menambahakan air dan menimbangnya3. Mengukur suhu awal air4. Mengukur suhu awal panci5. Menimbang biomassa (kakao)6. Memasukkan kakao kedalam tungku dengan pemancing api menggunakan kertas yang dibakar agar kakao menghasilkan bara api7. Memasak air sampai mendidih saat tungku sudah menyala, sambil menghitung waktunya dengan stopwatch 8. Saat sudah mendidih, mengukur suhu air, suhu panci luar dan suhu panci dalam9. Menimbang kakao yang tersisa, dan kakao yang terbakar dalam tungku namun tidak habis terbakar10. Melakukan perhitungan Quse dan Qloss

IV. HASIL DAN PEMBAHASANA. HasilData pengamatan praktikum :Massa air : 1025 g = 1,025 kgMassa air akhir: 950 g = 0,95 kgMassa air yang menguap: 75 g = 0,075 kgMassa biomassa: m biomassa awal sisa tidak habis terbakar = 270 g 195 g 105 g = 90 g = 0,09 kgSuhu air awal: 28,8 0CSuhu air akhir: 91,8 0CLuas panci: d = 23 cm A = r2 = 3,14 x 11,52 = 415,265 cm2 = 0,0415265 m2Ketebalan plat: 0,3 cm = 0,003 mSuhu panci awal: 30,4 0CSuhu panci akhir: luar = 49,3 0C Dalam = 72,2 0CCp air: 4180 J/ 0C kgk: 15 W/m 0Ch: 3800 W/m 0CL: 2260 W/m 0CLHV: kakao = 4060 kal / gram ; briket = 3300 kkal / kg1) Quse

= = = = 1148,53 J/kal2) QlossQ konduksi = = = -0,623 x 21000 = -13083 J/kalQ konveksi = h x A (TW - T) = 3800 x 0,0415265 (128 91,8) = 157,8 x 36,2 = 5712,36 J/kal

Q loss= Q konduksi + Q konveksi= -13083 + 5712,36= -7370,64 J/kal

B. Pembahasan Biomassa adalah bahan hayati yang dianggap sebagai sampah dan sering dimusnahkan dengan cara dibakar (Subroto 2007). Sedangkan menurut Silalahi (2000), biomassa adalah campuran material organik yang kompleks, biasanya terdiri dari karbohidrat, lemak, protein, dan beberapa mineral lain yang jumlahnya sedikit seperti sodium, fosfor, kalsium, dan besi.Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian dan limbah hutan, tinja, dan kotoran ternak (Abdullah, et al. 1998).Menurut Abdullah, et al. (1998), selain digunakan untuk tujuan primer (serat, bahan pangan, pakan ternak, minyak/lemak, bahan bangunan dan sebagainya), biomassa juga digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar). Umumnya yang digunakan sebagai bahan bakar adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya. Biomassa terutama dalam bentuk kayu bakar dan limbah pertanian merupakan sumber energi yang tertua.Biomassa merupakan istilah untuk bobot hidup, biasanya dinyatakan sebagai bobot kering, untuk seluruh atau sebagian tubuh organisme, populasi, atau komunitas.Biomassa tumbuhan merupakan jumlah total bobot kering semua bagian tumbuhan hidup. Biomassa tumbuhan bertambah karena tumbuhan menyerap karbondioksida (CO2) dari udara dan mengubah zat ini menjadi bahan organik melalui proses fotosintesis (Hamilton dan King, 1988).Penerapan teknologi gasifikasi biomas untuk pemanas dapat dikelompokkan menurut ukurannya menjadi skala besar dan skala kecil. Gasifikasi biomassa dapat didefinisikan sebagai proses konversi bahan selulosa dalam suatu reactor gasifikasi (gasifier) menjadi bahan bakar. Pada skala besar penerapan utamanya ialah pembakaran gas untuk ketel uap untuk catu energi mekanik melalui turbin uap yang kemudian dapat digunakan untuk pembangkit listrik maupun untuk pemakaian tenaga mekanik secara langsung dalam proses industri. Pemanfaatan gas biomas untuk pemanas pada skala kecil antara lain adalah untuk bahan bakar kompor masak dan untuk beberapa macam industri pengolahan yang menggunakan panas.Penerapan gas biomas untuk pemanas antara lain dikembangkan oleh IRRI pada tahun 1986 (Belonio, 2005) dengan menggunakan bahan bakar sekam. Namun rancangan tersebut belum bisa digunakan secara operasional karena masih menyisakan beberapa kendala teknis. Gambar 1 dan 2 memperlihatkan rancangan sistem kompor gas yang dikembangkan IRRI tersebut.

Gambar 1. Foto sistem kompor gas sekam buatan IRRI memperlihatkan komponen pendingin dan kompor pembakar gas (Belonio, 2005).

Gambar 2. Skema sistem kompor gas sekam buatan IRRI (Belonio, 2005).Pada tahun 1989, Central Philippines University (CPU) juga mengembangkan rancangan reaktor gas sekam untuk bahan bakar kompor (Belonio, 2005). Skema rancangan tersebut diperlihatkan pada gambar 3.

Gambar 3. Skema sistem kompor gas sekam buatan CPU (Belonio, 2005).Pada saat ini di Cina sudah cukup banyak dikembangkan sistem reaktor dan kompor gas biomas yang sebagian sudah tersedia di perdagangan, bahkan sudah ada distributor di Indonesia yang menawarkan teknologi tersebut melalui internet. Gambar 4 - 5 memperlihatkan rancangan reaktor-kompor gas biomas dari Cina yang ditawarkan di Indonesia melalui internet.

Gambar 4. Kompor gas Cina yang ditawarkan di internet.

Gambar 5. Kompor gas Cina yang ditawarkan di internet.Salah satu penerapan termal teknologi gasifikasi adalah untuk pengopenan roti (Panwar et al 2009), untuk sterilisasi media tumbuh jamur (Tippayawong et al 2011). Gambar 6 dan 7 memperlihatkan reaktor pada sistem teknologi gasifikasi biomas untuk pengopenan roti, sedang gambar 8 memperlihatkan sistem teknologi gasifikasi biomas untuk sterilisasi media tumbuh jamur.

Gambar 6. Skema sistem teknologi gasifikasi biomas untuk pengopenan roti (Panwar et al 2009).

Gambar 7. Reaktor pada sistem teknologi gasifikasi biomas untuk pengopenan roti (Panwar et al 2009).

Gambar 8. Sistem teknologi gasifikasi biomas untuk sterilisasi media tumbuh jamur (Tippayawong et al, 2011).

Sumber energi biomassa mempunyai beberapa kelebihan antara lain merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable) sehingga dapat menyediakan sumber energi secara berkesinambungan (sustainable). Selain itu biomassa dapat dijumpai di hampir seluruh permukaan bumi serta tidak membutuhkan biaya investasi yang tinggi untuk eksplorasinya. Biomassa sebagai sumber energi di Indonesia umumnya diperoleh dari areal hutan (limbah, tebangan, patahan cabang dan ranting serta tumbuhan bawah tanaman pokok pada hutan produksi tetap), pertanian (limbah pertanian), perkebunan (pohon/tanaman yang diremajakan, limbah pasca panen dan limbah pengolahan), areal pemukiman (pohon, tanaman kayu, tinja dan sampah), peternakan (kotoran ternak) dan limbah dari beberapa jenis industri.

Tabel 1. Potensi limbah biomassa

Pada saat pelaksanaan praktikum, untuk mengukur suhu air, suhu panci baik sebelum dipanaskan atau sesudah dipanaskan menggunakan termometer inframerah. Termometer inframerah menawarkan kemampuan untuk mendeteksi temperatur secara optik selama objek diamati, radiasi energi sinar inframerah diukur, dan disajikan sebagai suhu. Metode pengukuran suhu yang cepat dan akurat dengan objek dari kejauhan dan tanpa disentuh situasi ideal dimana objek bergerak cepat, jauh letaknya, sangat panas, berada di lingkungan yang bahaya, dan/atau adanya kebutuhan menghindari kontaminasi objek (seperti makanan, alat medis, obat-obatan, produk atau test, dll.).Termometers inframerah mengukur suhu menggunakan radiasi kotak hitam (biasanya inframerah) yang dipancarkan objek. Kadang disebut termometer laser jika menggunakan laser untuk membantu pekerjaan pengukuran, atau termometer tanpa sentuhan untuk menggambarkan kemampuan alat mengukur suhu dari jarak jauh. Dengan mengetahui jumlah energi inframerah yang dipancarkan oleh objek dan emisi nya, Temperatur objek dapat dibedakan. Desain utama terdiri dari lensa pemfokus energi inframerah pada detektor, yang mengubah energi menjadi sinyal elektrik yang bisa ditunjukkan dalam unit temperatur setelah disesuaikan dengan variasi temperatur lingkungan. Konfigurasi fasilitas pengukur suhu ini bekerja dari jarak jauh tanpa menyentuh objek. Dengan demikian, termometer inframerah berguna mengukur suhu pada keadaan dimana termokopel atau sensor tipe lainnya tidak dapat digunakan atau tidak menghasilkan suhu yang akurat untuk beberapa keperluan.Cara menggunakan temometer infrared atau inframerah adalah dengan menghidupkan termometer dengan menekan tombol kemudian sinar yang muncul diarahkan ke bahan atau benda yang ingin diukur suhunya. Pada saat menembakkan sinar, tekan tombol sambil ditahan, maka akan muncul suhu dari benda atau bahan tersebut. Berdasarkan praktikum biomassa diperoleh perhitungan Quse dan Qlose. Hasil untuk perhitungan Quse adalah 1148,53 J/kal. Untuk nilai Qlose adalah -7370,64 J/kal, diperoleh dari Q konveksi ditambah dengan Q konduksi. Dari kedua nilai tersebut yaitu Quse dan Qlose terdapat perbedaan yang cukup besar. Nilai tidak sama antara energi yang masuk dan energi yang dikeluarkan. Perbedaan nilai Q use dan Q loss disebabkan karena rumus yang digunakan untuk perhitungan berbeda sehingga parameter yang digunakan juga berbeda.Alat dan bahan yang dipakai pada praktikam energi biomassa anatara lain :1. Tungku biomassa digunakan untuk membakar bahan yang akan diarangkan.

Gamabar 9. Tungku biomassa 2. Termometer infrared digunakan untuk mengukur suhu bahan

Gambar 10. Termometer infrared 3. Oven digunakan untuk mengeringkan bahan atau mengurangi kadar air bahan

Gambar 11. Oven4. Panci digunakan sebagai tempat perebusan air.

Gambar 12. panci5. Timbangan digunakan untuk menguhitung massa bahan.

Gambar 13. Timbangan 6. Kulit kakao sebagai bahan utama pembakaran

Gambar 14. Kulit kakaoPelaksanaan praktikum tentang biomassa diawali dengan menyiapkan alat dan bahan. Kemudian menimbang kakako sebagai bahan baku biomassa. Untuk menguji energi panas atau kalor yang dihasilkan yaitu dengan memasak air. Air yang dimasukkan ke dalam panci diukur volumenya. Sebelumnya suhu panci diukur dengan termometer inframerah dan suhu air sebelum dimasak juga diukur. Luas panci yang yang digunakan untuk memasak juga diukur serta ketebalan plat atau panci. Kakao dimasukkan ke dalam tungku biomassa, agar dapat menyala dengan membakar kertas yang dimasukkan agar kakao juga terbakar. Setelah menyala, panci berisi air diletakkan diatas tungku sampai air mendidih. Kemudian mengukur suhu air saat mendidih dan juga dinding panci. Mengukur volume air kemudian dihitung massa air yang menguap. Biomassa yang tidah habis terbakar ditimbang kembali. Tahap terakhir yang dilakukan dengan melakukan perhitungan untuk mencari Quse dan Qloss sesuai dengan persamaan yang telah ada.Sangat penting bagi kita untuk mengembangkan energi biomassa karena energi biomassa merupakan energi alternatif sebagai energi pengganti bahan bakar fosil yang bersifat tidak dapat diperbaharui. Biomassa sebagai energi yang dapat terbarukan dapat menggantikan bahan bakar fosil apabila bahan bakar tersebut telah habis. Energi biomassa juga sangat penting karena dapat mengurangi jumlah limbah biomassa yang ada sehingga akan mengurangi pencemaran dan kerusakan lingkungan karena terlalu banyak limbah. Selain itu dengan mengembangkan energi biomassa akan memberikan teknologi yang ramah lingkungan dan memberikan dampak positif tidak hanya manusia tetapi juga semua kehidupan makhluk hidup.Kendala yang dihadapi pada saat praktikum adalah pada saat akan membakar biomassa, kakao agak sulit untuk menyala. Kendala lain yaitu penghitungan kakao yang digunakan agak membingungkan karena harus berulang kali menimbang kakao yang tidak terpakai dan tidak terbakar habis.V. KESIMPULAN DAN SARANA. Kesimpulan1. Cara menghitung energi kalor keluar pada saat pembakaran yaitu dengan menggunakan persamaan : Q loss= Q konduksi + Q konveksi2. Cara menghitung energi kalor masuk pada saat pembakaran yaitu dengan menggunakan persamaan :

B. SaranSebaiknya fasilitas dan prasarana untuk praktikum lebih diperbanyak lagi sehingga praktikum dapat berjalan dengan maksimal serta masing-masing praktikan dapat melaksanakan praktikum dengan baik.

DAFTAR PUSTAKAAbdullah, K., dkk. 1998. Energi dan Listrik Pertanian. JICADGHE, IPB Project, ADAET, IPB.Belonio, A.T. 2005. Rice Husk Gas Stove Handbook. Appropriate Technology Center, Department of Agricultural Engineering and Environmental Management, College of Agriculture, Central Philippine University, Iloilo City, Philippines.Indergaard, M. 1982. The Aquatic Resource. In Biomass Utilizition (ed. W. A. Cote) Plenum Press. New York, pp. 137 168 Tippayawong, N., C. Chaichana, A. Promwungkwa, P. Rerkkriangkrai. 2011. Clean Energy from Gasification of Biomass for Sterilization of Mushroom Growing Substrates. International Journal Of Energy. Issue 4, Vol. 5, 2011.