4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Biji Jarak

Tanaman jarak pagar (Jatropha curcas L.) merupakan tanaman asli Amerika

Tengah yang saat ini telah menyebar ke seluruh dunia terutama daerah tropika

(Widyawati, 2010). Tanaman jarak pagar mulai banyak ditanam di Indonesia

sejak masa penjajahan Jepang untuk membudidayakan tanaman jarak. Hasilnya

yang berupa biji digunakan untuk membuat bahan bakar bagi pesawat-pesawat

tempur Jepang. Oleh karenanya dalam waktu singkat tanaman jarak pagar

menyebar cukup luas, khususnya di Jawa Tengah dan Jawa Timur. Wilayah Jawa

Tengah meliputi daerah Semarang serta Solo dan sekitarnya. Sementara, wilayah

Jawa Timur meliputi Madiun, Lamongan, Bojonegoro, Besuki, dan Malang.

Dalam perkembangan selanjutnya, tanaman jarak pagar meluas sampai di

Kawasan Indonesia Timur, seperti Nusa Tenggara, Sulawesi, dan sebagainya.

Jadi, nama-nama lokal untuk jarak pagar dapat ditemukan di daerah-daerah

(Nurcholis dan Sumarsih, 2007).

Gambar 2.1. Tanaman Jarak Pagar (Sumber: Maharshi, 2006)

Beberapa nama daerah (nama lokal) juga diberikan kepada tanaman jarak pagar

ini antara lain di daerah Sunda (jarak kosta, jarak budeg), Jawa (jarak gundul,

jarak pager), Madura (kalekhe paghar), Bali (jarak pager), Nusa Tenggara (lulu

mau, paku kase, jarak pageh), Alor (kuman nema), Sulawesi (jarak kosta, jarak

5

wolanda, bindalo, bintalo, tondo utomene), dan Maluku (ai huwa kamala,

balacai, kadoto). Nama ilmiah dari tanaman ini adalah Jatropha curcas L

(Hariyadi, 2005).

Tanaman jarak (Jatropha curcas L.) dikenal sebagai jarak pagar, dan

merupakan tanaman semak yang tumbuh dengan cepat hingga mencapai

ketinggian 3-5 meter. Tanaman ini tahan kekeringan dan dapat tumbuh di

tempat-tempat dengan curah hujan 200 mm hingga 1500 mm per tahun. Daerah

penyebaran tanaman terletak antara 40o LS sampai 50o LU dengan ketinggian

optimal 0-800 meter di atas permukaan laut (Hamdi, 2005).

Tanaman jarak memerlukan iklim yang kering dan panas terutama pada saat

berbuah. Suhu yang rendah pada saat penanaman dan pembungaan akan sangat

merugikan karena mudah terserang jamur. Tanaman jarak pagar tumbuh di

daerah tropis dan subtropis, dengan suhu optimum 20 – 35o C. Kelembaban yang

tinggi akan mendorong perkembangan jamur sehingga akan menurunkan

produktivitas. Tanaman jarak pagar tergolong tanaman hari panjang, yaitu

tanaman yang memerlukan sinar matahari langsung dan terus menerus sepanjang

hari. Tanaman tidak boleh terlindung dari tanaman lainnya, yang berakibat akan

menghambat pertumbuhannya (Hamdi, 2005).

Faktor utama yang berpengaruh terhadap tanaman adalah intensitas hujan.

Intensitas hujan yang tinggi dalam bulan-bulan basah, akan mengakibatkan

timbulnya serangan cendawan dan bakteri, baik di bagian atas maupun bagian

dalam tanah. Pada saat berbunga dan berbuah membutuhkan bulan kering

minimal 3 bulan (Hamdi, 2005).

Jarak pagar hampir tidak memiliki hama karena sebagian besar bagian

tubuhnya beracun. Tanaman ini mulai berbuah setelah berusia lima bulan dan

mencapai produktivitas penuh pada usia 5 tahun. Buahnya berbentuk ellips

dengan panjang 1 inchi dan memiliki 2-3 biji. Umur tanaman ini dapat mencapai

6

50 tahun (Suara Pembaruan, 2005). Data komposisi kimia biji jarak dapat kita

lihat pada table 2.1.

Tabel 2.1 Komposisi kimia biji jarak

UNSUR KIMIAWI KOMPOSISI (g)

Air 06.20 %

Protein 18.00 %

Lemak 38.00 %

Karbohidrat 17.00 %

Serat 15.50 %

Abu 05.30 %

Sumber : Departemen Teknologi Pertanian USU, 2005

2.2 Singkong

Singkong (Manihot utilissima) pertama kali dikenal di Amerika Selatan

kemudian dikembangkan pada masa prasejarah di Brasil dan Paraguay. Di

Indonesia, singkong diperkenalkan oleh orang Portugis pada abad ke-16 dari

Brasil dan mulai ditanam secara komersial sekitar tahun 1810. Singkong atau

dalam bahasa daerahnya dikenal dengan ketela pohon, ubi kayu, pohung (Jawa),

sampeu (Sunda) dan kaspe (Papua) adalah pohon tahunan daerah tropis dan

subtropik dari keluarga Euphorbiaceae (Agoes, 2010).

Gambar 2.2. Singkong (Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Ketela_pohon)

7

Pada tahun 2008 Indonesia merupakan negara ketiga penghasil singkong

terbesar di dunia. Ubi kayu atau singkong adalah salah satu komoditas unggulan

Indonesia karena memiliki nilai produksi yang sangat besar. Indonesia

memproduksi 22 juta ton singkong pada tahun 2015 (BPS, 2016). Umumnya, ubi

kayu atau yang lebih dikenal dengan singkong ini dimanfaatkan sebagai bahan

baku untuk pangan, misalnya untuk keripik, singkong goreng, industri tape dan

industri tapioka. Dari seluruh pemanfaatan tersebut, terdapat limbah padat yang

dihasilkan, yaitu onggok dari industri tapioka dan kulit singkong dari semua jenis

penggunaan (Purwita, 2012).

Selama ini, kulit ubi kayu masih jarang dimanfaatkan secara optimal. Kulit

ubi kayu pada umumnya hanya digunakan sebgai makanan ternak dan sebagai

makanan ringan seperti keripik dengan cara digoreng (Grace, 1977). Persentase

Kulit singkong yang dihasilkan terdiri atas dua bagian utama yaitu bagian luar

yang berwarna cokelat dan kasar dengan komposisi antara 0,5-2% dan bagian

dalam yang berwarna putih kemerah-merahan dan halus dengan komposisi antara

8-15% dari berat singkong (Hikmiyati dan Yanie, 2009).

Gambar 2.3. Kulit Singkong Bagian luar

(Sumber: http://duniaternak.com/potensi-kulit-singkong-sebagai-pakan-ternak/)

8

Gambar 2.4. Kulit Singkong Bagian dalam

(Sumber:http://alfi-fadlan.blogspot.com/2012/04/manfaat-kulit-singkong-di-

kehidupan.html)

Tabel 2.2 Komposisi kimia kulit singkong

UNSUR KIMIAWI KOMPOSISI (g)

Air 7.9 – 10.32%

Pati 44 – 59%

Protein 2.5 – 3.7%

Lemak 0.8 – 2.1%

Abu 0.2 – 2.3%

Serat 17.5 – 27.4%

Ca 0.42 – 0.77%

Mg 0.12 – 0.24%

P 0.02 – 0.2%

HCN 18.0 – 309.5%

Sumber: (Rukmana, 1997).

2.3 Biomassa

Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis

baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah

tanaman, pepohonan rumput, limbah pertanian, limbah hutan, dan limbah 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). Biomassa yang sering digunakan untuk bahan bakar

adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah

diambil produknya (Pari dan Hartoyo, 1983).

9

Energi biomassa dapat menjadi sumber energi alternatif pengganti bahan

bakar fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan yaitu,

dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbaharui, relatif

tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan

juga dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian

(Widardo dan Suryanta, 1995).

Teknologi biomassa telah diterapkan sejak zaman dahulu dan telah mengalami

banyak perkembangan. Biomassa memegang peran penting dalam

menyelamatkan kelangsungan energi di bumi ditinjau dari pengaruhnya terhadap

kelestarian lingkungan. Sifat biomassa yang merupakan energi dengan kategori

sumber energi terbarukan mendorong penggunaannya menuju ke skala yang lebih

besar lagi sehingga manusia tidak hanya tergantung dengan energi fosil.Biomassa

memiliki kelebihan yang memberi pandangan positif terhadap keberadaan energi

ini sebagai alternatif energi pengganti energi fosil. Beberapa kelebihan itu antara

lain, biomassa dapat mengurangi efek rumah kaca, mengurangi limbah organik,

melindungi kebersihan air dan tanah, mengurangi polusi udara, dan mengurangi

adanya hujan asam dan kabut asam (Anggiat, 2013).

2.4 Briket Bioarang

Briket bioarang adalah gumpalan-gumpalan arang yang terbuat dari bioarang

(bahan lunak). Bioarang sebenarnya termasuk bahan lunak yang dengan proses

tertentu diolah menjadi bahan arang keras dengan bentuk tertentu. Kualitas

bioarang ini tidak kalah dengan batu bara atau bahan bakar lainnya (Josep dan

Hislop, 1981). Briket bioarang atau bahan bakar padat ini merupakan bahan

bakar alternatif atau merupakan pengganti bahan bakar minyak yang paling

murah dan dimungkinkan untuk dikembangkan secara masal dalam waktu yang

relatif singkat mengingat teknologi dan peralatan yang digunakan relatif

sederhana (Widarti, Ir. Suwono, & Ridho Hantoro, 2010). Standar kualitas mutu

briket yang dihasilkan di beberapa negara yaitu Jepang, Inggris, Amerika, dan

Indonesia dapat dilihat pada tabel 2.3.

10

Tabel 2.3 Standar mutu briket bioarang

Sifat Briket Arang

Jepang Inggris Amerika Indonesia

Kadar air (%) 6-8 3,6 6,2 8

Kadar zat menguap (%) 15-30 16,4 19-28 15

Kadar abu (%) 3-6 5,9 8,3 8

Kadar karbon terikat (%) 60-80 75,3 60 77

Kerapatan (g/cm3) 1,0-1,2 0,46 1 -

Keteguhan tekan (g/cm3) 60-65 12,7 62 -

Nilai kalor (kal/gr) 6000-7000 6230 7289 5000

Sumber : Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan (1994) dalam

Triono (2006).

Pembuatan briket arang dari limbah tersebut dibuat dari biomassa yang

dimampatkan sehingga dibutuhkan perekat didalamnya. Karakteristik briket yang

baik adalah briket yang permukaannya halus dan tidak meninggalkan bekas

hitam di tangan. Selain itu, sebagai bahan bakar, briket juga harus memenuhi

kriteria sebagai berikut :

a.Mudah dinyalakan

b.Tidak mengeluarkan asap

c.Emisi gas hasil pembakaran tidak mengandung racun

d.Kedap air dan hasil pembakaran tidak berjamur bila disimpan pada waktu

lama

e.Menunjukkan upaya laju pembakaran (waktu, laju pembakaran, dan suhu

pembakaran) yang baik (Miskah, 2014).

Kelebihan penggunaan biobriket limbah biomassa antara lain: biaya bahan

bakar lebih murah, tungku dapat digunakan untuk berbagai jenis briket, lebih

ramah lingkungan (green energy), merupakan sumber energi terbarukan

(renewable energy), membantu mengatasi masalah limbah dan menekan biaya

pengelolaan limbah (Nugrahaeni, 2008).

Briket mempunyai dua jenis proses pembuatan yaitu briket karbonisasi dan

non karbonisasi (Sumangat dan Broto, 2009). Briket karbonisasi adalah jenis

11

briket yang terlebih dahulu mengalami proses karbonisasi sebelum menjadi briket

yaitu proses pengkarbonan/pengarangan/pembakaran bahan baku (umpan) di

dalam tungku pembakaran (incenerator) (Sitompul, 2011). Dengan proses

karbonisasi zat-zat terbang yang terkandung dalam briket tersebut diturunkan

serendah mungkin sehingga produk akhirnya tidak berbau dan berasap, namun

biaya produksi menjadi meningkat karena pada bahan baku briket tersebut terjadi

rendemen sebesar 50%. Briket ini cocok untuk digunakan untuk keperluan rumah

tangga serta lebih aman dalam penggunaannya. Jenis Non Karbonisasi (biasa),

jenis yang ini tidak mengalamai proses karbonisasi sebelum diproses menjadi

briket, proses pembuatannya lebih sederhana dan harganya pun lebih murah.

Karena zat terbangnya masih terkandung dalam briket maka pada penggunaannya

lebih baik menggunakan tungku (bukan kompor) sehingga akan menghasilkan

pembakaran yang sempurna dimana seluruh zat terbang yang muncul dari briket

akan habis terbakar oleh lidah api di permukaan tungku. Briket ini umumnya

untuk industri kecil (Kementrian Negara Riset dan Teknologi

@2004.ristek.go.id). Pembuatan briket mempunyai dua bahan penyusun yang

penting yaitu bahan baku dan bahan perekat. Pemilihan bahan baku dan bahan

perekat sangat menentukan mutu suatu briket (Maryono, 2013).

Menurut Anggiat dan Arjianto (2013) dalam proses pembuatan briket, terdiri

dari beberapa tahapan-tahapan utama yaitu :

1) Pengeringan bahan briket.

2) Penggerusan atau penggilingan.

3) Pencampuran dengan ditambah bahan perekat.

4) Pencetakan briket.

5) Pengeringan briket.

12

2.4.1 Pengeringan Bahan Briket

Tahap pertama yang dilakukan dalam proses pembuatan briket adalah

pengeringan, dimana ketika sebuah partikel dipanaskan dengan dikenai

temperatur tinggi atau radiasi api, air dalam bentuk moisture di permukaan bahan

biomassa akan menguap, sedangkan yang berada di dalam akan mengalir keluar

melalui pori-pori partikel dan menguap. Moisture dalam bahan biomassa terdapat

dalam dua bentuk. Pertama sebagai air bebas (free water) yang mengisi rongga

pori-pori di dalam bahan bakar dan yang kedua sebagai air terikat (bound water)

yang terserap di permukaan ruang dalam struktur bahan biomassa. (Anggiat dan

Arjianto, 2013).

2.4.2 Penggerusan Atau Penggilingan

Biasanya, ukuran partikel biomassa mempunyai bentuk dan ukuran yang tidak

seragam. Bahan baku untuk membuat briket harus cukup halus untuk dapat

membentuk briket yang baik. Ukuran partikel yang terlalu besar akan sukar pada

waktu melakukan perekatan sehingga mengurangi keteguhan tekan dari briket

yang dihasilkan. Perbedaan ukuran serbuk mempengaruhi keteguhan tekan dan

kerapatan briket yang dihasilkan (Ndraha, 2010).Agar bentuk dan ukuran bahan

biomassa menjadi seragam, diperlukan alat atau mesin penggiling untuk

menghaluskan/memperkecil ukuran bahan biomassa. Tipe mesin penggiling yang

digunakan biasanya sama dengan penggiling tepung atau bisa juga digunakan

blender jika skala produksinya kecil (Anggiat dan Arjianto, 2013).

2.4.3 Pencampuran Dengan Bahan Perekat

Tujuan pencampuran serbuk dengan perekat adalah untuk memberikan lapisan

tipis dari perekat pada permukaan partikel arang. Tahap ini merupakan tahapan

penting dan menentukan mutu briket yang dihasilkan. Campuran yang dibuat

tergantung pada ukuran serbuk, macam perekat, jumlah perekat dan tekanan

pengempaan yang dilakukan. Proses perekatan yang baik ditentukan dari hasil

13

pencampuran bahan perekat yang dipengaruhi oleh bekerjanya alat pengaduk

(mixer), komposisi bahan perekat yang tepat dan ukuran pencampurannya

(Wardani, 2014).

2.4.4 Pencetakan Briket

Pencetakan briket bertujuan untuk mendapatkan densitas tinggi dan

memperoleh bentuk yang seragam serta memudahkan dalam pengemasan serta

penggunaannya. Dengan kata lain, pencetakan briket akan memperbaiki

penampilan dan mengangkat nilai jualnya. Oleh karena itu, bentuk ketahanan

briket yang diinginkan tergantung dari alat pencetak yang digunakan (Anggiat dan

Arjianto, 2013).

2.4.5 Pengeringan Briket

Umumnya kadar air pada briket yang telah dicetak masih sangat tinggi

sehingga bersifat basah dan lunak. Oleh karena itu, briket perlu dikeringkan.

Pengeringan bertujuan untuk mengurangi kadar air dan mengeraskannya hingga

aman dari gangguan jamur dan benturan fisik. Berdasarkan caranya, dikenal dua

metode pengeringan, yaitu penjemuran dengan sinar matahari dan pengeringan

dengan menggunakan oven (Anggiat dan Arjianto, 2013).

2.5 Perekat Briket

Perekat adalah suatu zat atau bahan yang memiliki kemampuan untuk

mengikat dua benda melalui ikatan permukaan. Beberapa istilah lain dari perekat

yang memiliki kekhususan meliputi glue, mucilage, paste, dan cement. Glue

merupakan perekat yang terbuat dari protein hewani seperti kulit, kuku, urat, otot

dan tulang yang digunakan dalam industri kayu. Mucilage adalah perekat yang

dipersiapkan dari getah dan air yang diperuntukkan terutama untuk perekat kertas.

Paste adalah perekat pati (starch) yang dibuat melalui pemanasan campuran pati

dan air dan dipertahankan berbentuk pasta. Cement adalah istilah yang digunakan

14

untuk perekat yang bahan dasarnya karet dan mengeras melalui pelepasan pelarut

(Ruhendi, dkk, 2007).

Sifat alamiah bubuk arang cenderung saling memisah. Dengan bantuan bahan

perekat atau lem, butir-butir arang dapat disatukan dan dibentuk sesuai dengan

kebutuhan. Namun, permasalahannya terletak pada jenis bahan perekat yang akan

dipilih. Penentuan jenis bahan perekat yang digunakan sangat berpengaruh

terhadap kualitas briket arang ketika dinyalakan dan dibakar. Faktor harga dan

ketersediaannya di pasaran harus dipertimbangkan secara seksama karena setiap

bahan perekat memiliki daya lengket yang berbeda-beda karakteristiknya

(Sudrajat, 1983).

Penggunaan bahan perekat dimaksudkan untuk menarik air dan membentuk

tekstur yang padat atau mengikat dua substrat yang akan direkatkan. Dengan

adanya bahan perekat, maka susunan partikel akan semakin baik, teratur dan lebih

padat sehingga dalam proses pengempaan keteguhan tekan dari arang briket akan

semakin baik (Silalahi et al. dalam Dimmas, 2015). Menurut Schuchart, dkk.

(1996), pembuatan briket dengan menggunakan bahan perekat akan lebih baik

hasilnya jika dibandingkan tanpa menggunakan bahan perekat. Disamping

meningkatnya nilai kalor dari bioarang, kekuatan briket arang dari tekanan luar

jauh lebih baik (tidak mudah pecah).

Terdapat dua macam perekat yang biasa digunakan dalam pembuatan briket

yaitu perekat yang berasap (tar, molase, dan pitch), dan perekat yang tidak

berasap (pati dan dekstrin tepung beras). Untuk briket yang digunakan di rumah

tangga sebaiknya memakai bahan perekat yang tidak berasap (Abdullah, 1991).

Sedangkan menurut Hayati (2008), ada beberapa bahan yang dapat digunakan

sebagai perekat yaitu pati, clay, molase, resin tumbuhan, pupuk hewan dan ternak.

Perekat yang digunakan sebaiknya mempunyai bau yang baik ketika dibakar,

kemampuan merekat yang baik, harganya murah, dan mudah didapat.

15

Berdasarkan Kurniawan dan Marsono (2008), beberapa jenis perekat yang

digunakan untuk briket arang salah satunya yaitu perekat aci. Perekat aci terbuat

dari tepung tapioka yang mudah dibeli dari toko makanan dan di pasar. Perekat

ini biasa digunakan untuk mengelem prangko dan kertas. Cara membuatnya

sangat mudah yaitu cukup mencampurkan tepung tapioka dengan air, lalu

dididihkan di atas kompor. Selama pemanasan tepung diaduk terus menerus agar

tidak menggumpal. Warna tepung yang semula putih akan berubah menjadi

transparan setelah beberapa menit dipanaskan dan terasa lengket di tangan. Kadar

perekat dalam briket tidak boleh terlalu tinggi karena dapat mengakibatkan

penurunan mutu briket arang yang sering menimbulkan banyak asap. Kadar

perekat yang digunakan umumnya tidak lebih dari 5 %.

Bahan perekat dari tumbuh-tumbuhan seperti pati (tapioka) memiliki

keuntungan dimana jumlah perekat yang dibutuhkan untuk jenis ini jauh lebih

sedikit bila dibandingkan dengan bahan perekat hidrokabon. Kelemahannya

adalah briket yang dihasilkan kurang tahan terhadap kelembaban. Hal ini

disebabkan tapioka memiliki sifat dapat menyerap air dari udara. Molase

memiliki sifat relatif tahan terhadap kelembaban (Goutara dan Wijandi. dalam

Purwita, 2012). Asap yang terjadi saat pembakaran disebabkan karena adanya

komponen mudah menguap seperti air, bahan organik, dan lain-lain yang

terkandung dalam perekat molase (Boedjang, 1973). Jenis perekat yang

digunakan dalam pembuatan briket arang berpengaruh terhadap kerapatan,

keteguhan tekan, nilai kalor bakar, kadar air dan kadar abu. Hasil penelitiannya

menunjukkan bahwa perekat pati menghasilkan briket dengan kerapatan dan

kadar abu lebih tinggi daripada perekat molase, tetapi menghasilkan keteguhan

tekan dan nilai kalor bakar lebih rendah (Sudrajat, 1983).

16

2.6 Penelitian Terdahulu

Briket yang terbuat dari kulit biji jarak pagar lebih tinggi didalam kerapatan

dan keteguhan tekan, tetapi lebih rendah didalam kadar air, karbon terikat dan

nilai kalor (Sudradjat, Setiawan dan Roliadi, 2005). Irmawati, Muhammad,

Sirajuddin (2017), menyatakan bahwa dari penelitian yang di lakukan hasil

terbaik biobriket berbahan kulit singkong yang diperoleh telah memenuhi

beberapa parameter standar yang telah di tetapkan oleh SNI, yaitu kadar air, kadar

abu, dan nilai kalor. Biobriket yang telah memenuhi standar tersebut yaitu pada

waktu karbonisasi 30 menit dan penambahan massa tepung tapioka 1,5 gram

dengan nilai kalor 5449 kal/gr, kadar air 7,89%, kadar abu 7,72%, kadar zat

terbang 32,7% dan kadar karbon terikat 78,69%. Untuk menghasilkan briket yang

lebih baik dilakukanlah penelitian dengan mencampur kedua bahan ini.