BAB II. LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Konsep Pertanian Tanpa Limbah

Konsep pertanian terpadu atau yang sering disebut sebagai konsep An

Integrated Farming System, menjadi harapan dan arah baru bagi pertanian

masa depan dimana shareholders yang terlibat dapat menikmati hasil yang

sepadan dan berkelanjutan. Integrasi tersebut perlu ditingkatkan menjadi zero

waste sehingga nilai tambah yang dihasilkan lebih tinggi. Konsep An

Integrated Farming With Zero Waste System pada prinsipnya merupakan

integrasi beberapa unit usaha dibidang pertanian, dikelola secara terpadu,

berorientasi ekologis, sehingga diperoleh peningkatan nilai ekonomis, tingkat

efisiensi dan produktifitas yang tinggi. Penerapan sistem pertanian terintegrasi

sering disebut sebagai konsep sistem pertanian tanpa limbah. Limbah yang

dihasilkan dimanfaatkan kembali sebagai sumber energi dan nutrisi. Aplikasi

penerapan sistem pertanian tanpa limbah dapat dimanifestasikan dalam bentuk

pengolahan pupuk organik berbahan limbah pertanian, dan instalasi biogas dari

limbah peternakan (Wahyuni, 2013).

Produk utama tanaman pangan maupun tanaman perkebunan, tidak

hanya menghasilkan pangan (food) sebagai hasil utama, tetapi juga

menghasilkan sisa hasil. Sisa hasil tersebut dengan cara-cara yang sederhana

dapat diubah menjadi pakan (feed) yang selanjutnya dapat ditransformasi

menjadi pangan yang bermutu (daging, susu dan lain-lain). Ternak selain

menghasilkan produk utama juga menghasilkan hasil samping berupa feces dan

urine. Feces dan urine dengan cara yang sederhana pula dapat diubah menjadi

kompos yang bermutu. Kompos yang bermutu dan berdaya guna akan

dimanfaatkan dalam proses produksi pertanian sehingga seluruh komponen

baik pertanian, peternakan, perikanan mapupun subsektor terkait menjadi lebih

efisien dan tanpa limbah (zero waste).

Konsep An integrated farming with zero waste system dapat dirangkum

sebagai berikut (Nuridinar, 2010) : a). Optimalisasi pemanfaatan sumberdaya

lokal; b). Maksimalisasi daur ulang (zero waste); c). Minimalisasi kerusakan

lingkungan (ramah lingkungan); d). Diversifikasi usaha; e). Pencapaian tingkat

produksi yang stabil dan memadai dalam jangka panjang; f). Menciptakan

kemandirian.

Pola integrasi antara tanaman dan ternak atau yang sering kita sebut

dengan pertanian terpadu, adalah memadukan antara kegiatan peternakan dan

pertanian. Pola ini sangatlah menunjang dalam penyediaan pupuk kandang

dilahan pertanian, sehingga pola ini sering disebut pola peternakan tanpa

limbah karena limbah peternakan digunakan untuk pupuk, dan limbah

pertanian untuk makan ternak. Integrasi hewan ternak dan tanaman

dimaksudkan untuk memperoleh hasil usaha yang optimal, dan dalam rangka

memperbaiki kondisi kesuburan tanah. Interaksi antara ternak dan tanaman

haruslah saling melengkapi, mendukung dan saling menguntungkan, sehingga

dapat mendorong peningkatan efisiensi produksi dan meningkatkan

keuntungan hasil usaha taninya. Sistem produksi ternak sapi yang dikombinasi

dengan lahan-lahan pertanian harus dapat disesuaikan dengan jenis tanaman

pangan yang diusahakan.

2. Profil Potensi Limbah Padat Pertanian di Indonesia

a. Definisi Biomassa

Definisi Biomassa menurut United Nations Framework Convention

on Climate change (UNFCC, 2005) adalah bahan organik biodegradable

non-fosil yang berasal dari tanaman, hewan dan mikro-organisme.

Biomassa tersebut meliputi produk, produk samping, residu dan limbah

dari pertanian, hasil hutan, dan hasil industri terkait sebagai non-fosil

dan fraksi organik biodegradable dari limbah industri dan kota. Wei

(2005) mendefinisikan biomassa sebagai semua bahan organik yang

merupakan turunan dari tanaman sebagai konversi hasil proses

fotosintesis, tidak termasuk proses fosilisasi. Biomassa terbagi dalam 2

jenis, yaitu biomassa yang bersifat alami dan biomassa yang berasal dari

limbah, seperti pada tabel 1 berikut ini :

Tabel 1. Jenis- Jenis Biomassa

Murni

Biomassa terrestrial Biomassa hutan, rerumputan,

tanaman yang dibudidayakan

Biomassa perairan Algae, tumbuhan air

Limbah

Limbah perkotaan Limbah padat, limbah, gas buang

Limbah padat pertanian Limbah pertanian, sisa hasil panen

Sisa hutan Kulit kayu, dedaunan

Limbah industri Serbuk gergaji, limbah minyak atau

lemak

Menurut Basu (2010), sumber-sumber biomassa secara umum

adalah:

1). Pertanian : bagas, kulit kacang, tangkai jagung, jerami

2). Hutan : pohon, limbah kayu, serbuk gergaji kayu

3). Kota : endapan lumpur, limbah makanan, limbah kerta

4). Energi : padang rumput, jagung, dan kedelai, kanola.

5). Biologi : kotoran hewan, spesies perairan, limbah biologis

b. Potensi Produksi Limbah Pertanian

1). Jerami dan Sekam Padi

Menurut Nur (2014), perbandingan untuk produksi gabah-jerami

adalah 1:1, sedangkan untuk gabah-sekam 1: 0,24. Berarti setiap ton

gabah yang dihasilkan maka akan menyisakan jerami setara satu ton,

sedangkan sekam yang dihasilkan adalah 0,24 ton. Jika menggunakan

algoritma sederhana tersebut maka dapat digunakan untuk estimasi

produksi jerami dan gabah di Indonesia maupun spesifik lokasi

tertentu.

Sekam padi merupakan lapisan keras yang meliputi kariopsis

yang terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang

saling bertautan. Pada proses penggilingan beras sekam akan terpisah

dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan.

Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk

berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak dan

energi atau bahan bakar. Dari proses penggilingan padi biasanya

diperoleh sekam sekitar 20-30% dari bobot gabah, dedak antara 8-

12% dan beras giling antara 50-63,5% data bobot awal gabah.

2). Tongkol atau Janggel Jagung

Pada saat musim panen jagung, biasanya petani membuang atau

membakar janggel karena dirasa tidak berguna dan dianggap sampah.

Jika rerata rendemen jagung yang dihasilkan sekitar 70-80%, maka

jika dilakukan pemipilan atau penggilingan 1 ton (1000 kg) tongkol

jagung, maka akan menghasilkan 700 kg biji jagung dan 300 kg

janggel jagung. Jika satu hektar rata-rata bisa dipanen 10 ton tongkol

jagung, maka sekitar 3 ton janggel akan dibuang atau hanya sedikit

sekali dimanfaatkan untuk keperluan terbatas misalnya langsung

digunakan sebagai kayu bakar.

Tongkol atau janggel jagung mempunyai kandungan selulosa

yang sangat tinggi yaitu sekitar 40%. Kandungan inilah yang saat ini

digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan plastik

biodegradeable atau plastik yang dapat terurai secara alami oleh

mikroorganisme dan terurai lebih cepat dibandingkan plastik sintesis.

Tongkol jagung juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku energi

alternatif, salah satunya biobriket.

3). Kulit Singkong

Menurut Grace (1977), persentase kulit ubi kayu yang

dihasilkan berkisar antara 8-15% dari berat umbi yang dikupas,

dengan kandungan karbohidrat sekitar 50% dari kandungan

karbohidrat bagian umbinya. Menurut Hayati (2008), kulit singkong

memiliki rataan nilai kadar air sebesar 10,06-13,14%, rataan nilai daya

serap air berkisar 82,49%-169,78%, rataan nilai pengembangan tebal

sekitar 35,70-102,30%, dan rataan nilai kerapatannya berkisar 0,86-

0,87g/cm3.

4). Serbuk gergaji kayu

Serbuk gergaji kayu merupakan limbah industri

penggergajian kayu. Jumlah ketersediaan serbuk gergaji sangat besar,

namun tidak semua serbuk gergaji yang ada telah termanfaatkan

secara maksimal, sehingga bila tidak ditangani dengan baik maka

dapat menjadi masalah lingkungan yang serius.

c. Pemanfaatan Limbah Padat Pertanian Saat ini

Biomassa limbah padat pertanian sebagaian besar masih

dikategorikan sebagai energi non komersial. Pemanfaatan terbesar limbah

padat pertanian tersebut masih terbatas. Beberapa jenis limbah biomassa

tidak bisa atau tidak efisien apabila dibakar secara langsung. Sekam (kulit

padi) merupakan hasil samping dari produksi pertanian yang

keberadaannya cukup melimpah di indonesia. Sekam padi adalah bagian

terluar dari padi yang merupakan hasil samping pada saat proses

penggilingan. Sekam padi sebagian besar terdiri dari serat kasar yang

berguna untuk menutupi kariopsis. Sebagian besar sekam terdiri dari

solulosa sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar yang merata dan

stabil.Sekam padi bila telah dibakar salah satu bagiannya merupakan

mineral zeolit. Mineral ini mampu menyerap bau ataupun asap. Ditinjau

dari data komposisi kimiawi, sekam mengandung beberapa unsur kimia

penting. Komposisi kimia sekam padi mengandung kadar air sebesar

9,02%, protein kasar sebasar 3,03%, lemak sebesar 1,18%, serat kasar

sebesar 35,68%, kadar abu sebesar 17,17% dan karbohidrat dasar sebesar

33,71%. Sedangkan menurut DTC–IPB, komposisi kimia sekam padi

mengandung karbon (zat arang) sebesar 1,33%, hidrogen sebesar 1,54%,

oksigen sebesar 33,64% dan silika sebesar 16,98%.

Tongkol atau janggel jagung mempunyai kandungan selulosa yang

sangat tinggi yaitu sekitar 40%. Kandungan inilah yang saat ini digunakan

sebagai bahan baku utama pembuatan plastik biodegradeable atau plastik

yang dapat terurai secara alami oleh mikroorganisme dan terurai lebih

cepat dibandingkan plastik sintesis. Jepang, Jerman dan Amerika

biodegradable, tongkol jagung juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan

baku energi alternatif, salah satunya biobriket.

Sementara itu, kulit ubi kayu masih jarang dimanfaatkan secara

optimal. Menurut Grace (1977), kulit ubi kayu pada umumnya hanya

digunakan sebgai makanan ternak dan sebagai makanan ringan seperti

keripik (dengan cara digoreng). Kulit ubi kayu dengan mudah dapat

dipisahkan dari umbinya dengan ketebalan 2-3 mm. Kulit singkong

mempunyai komposisi yang terdiri dari karbohidrat dan serat. Menurut

Djaeni (1989), kulit ubi kayu mengandung ikatan glikosida sianogenik

yaitu suatu ikatan organik yang dapat menghasilkan racun dalam jumlah

0.1% yang dikenal sebagai racun biru (linamarin). Oleh karena itu,

pemanfaatan kulit ubi kayu belum terlalu luas. Namun sebenarnya racun

tersebut dapat dihilangkan dengan cara menguapkannya atau

mengeringkannya pada suhu tinggi.

d. Potensi Limbah Pertanian untuk Mendukung Daur Hara Pertanian

Pemanfaatan sebagai Kompos

Pemakaian pupuk anorganik pada sistem budidaya intensif dalam

jangka waktu tertentu dapat merusak kesuburan tanah dan akhirnya

berdampak pada menurunnya hasil produksi padi. Pemberian pupuk

buatan dalam usaha intensifikasi tanaman padi yang telah diperkenalkan

cenderung mengutamakan pemakaian pupuk nitrogen (N), fosfor (P), dan

kalium (K) dalam bentuk Urea, TSP/SP-36, dan KCl tanpa penambahan

unsur mikro, dan nyaris tidak menggunakan pupuk alam sebagai sumber

bahan organik seperti pupuk kandang, pupuk hijau, kompos, dan lain–

lain. Hal itu mengakibatkan tanah sawah di Indonesia telah kekurangan

bahan organik, sehingga terjadi ketidakseimbangan hara.

Jerami yang merupakan limbah padi, merupakan material yang

potensial dan mudah didapatkan sehingga dapat dimanfaatkan kembali

sebagai sumber pupuk bagi tanaman. Penggunaan jerami padi, juga sangat

berpotensi untuk digalakkan sebagai sumber bahan organik insitu di

lahan persawahan. Namun kadar hara jerami, terutama N sangat rendah,

dan agak sukar lapuk. Akan tetapi jerami mengandung silikat (Si) cukup

tinggi, yang jarang ditambahkan petani ke lahan persawahan serta kurang

didapat pada bahan organik lainnya. Penelitian Darmawan, dkk (2007),

kadar silikat (Si) tanah sawah utama sudah berkurang dari 1,646 ± 581 kg

SiO2 ha-1

menjadi 1,283 ± 533 kg SiO2 ha-1

(-22 %) dari tahun 1970

sampai 2006 di Jawa. Dalam jerami terdapat beberapa unsur hara yang

berguna untuk tanaman seperti Nitrogen dan Kalium sehingga dengan

membakar jerami berarti sama saja dengan membakar uang karena jerami

yang dibakar tersebut sebenarnya dapat membantu menggantikan pupuk

KCl sebanyak 1 zak (50 kg). Dengan mengembalikan jerami padi ke lahan

sawah, petani dapat menghemat biaya pupuk karena tidak perlu lagi

memberikan pupuk KCl.

Kebiasaan petani di lapangan yang biasanya membakar jerami dan

sangat jarang dimanfaatkan oleh petani sebagai sumber bahan organik

merupakan suatu kebiasaan yang salah, selain menyebabkan kerusakan

pada lingkungan ternyata juga menyebabkan kerusakan pada tanah areal

persawahan karena lama kelamaan unsur hara yang terdapat pada tanah

sawah akan selalu berkurang tanpa adanya pengembalian kembali. Dengan

membakar jerami justru akan menghancurkan sebagian bahan organiknya.

Pengolahan jerami membutuhkan tenaga, waktu, dan pekerjaan tambahan

yang banyak, sehingga perlu dicari cara lain agar jerami tersebut dapat

dimanfaatkan oleh para petani. Salah satu alternatif yaitu dengan

pembuatan kompos sebagai salah satu jenis pupuk yang ramah lingkungan.

Selain berguna untuk meningkatkan kesuburan tanah yang dapat

menigkatkan produksi pertanian, juga sangat aman bagi kelestarian

lingkungan.

Kompos memiliki banyak manfaat yang ditinjau dari beberapa

aspek:

1). Aspek Ekonomi :

- Menghemat biaya untuk transportasi dan penimbunan limbah.

- Mengurangi volume/ukuran limbah.

- Memiliki nilai jual yang lebih tinggi dari pada bahan asalnya.

2). Aspek Lingkungan :

- Mengurangi polusi udara karena pembakaran limbah.

- Mengurangi kebutuhan lahan untuk penimbunan.

Pemanfaatan sebagai Biogas

Salah satu upaya pemanfaatan limbah pertanian yang terintegrasi

dengan sistem peternakan adalah dengan memanfaatkannya untuk

menghasilkan bahan bakar dengan menggunakan teknologi biogas.

Teknologi biogas memberikan peluang bagi petani dan peternak, baik

individual maupun kelompok, untuk memenuhi kebutuhan energi sehari-

hari secara mandiri. Teknologi biogas bukanlah teknologi baru. Teknologi

ini telah banyak dimanfaatkan oleh petani peternak di berbagai negara,

diantaranya India, Cina, bahkan Denmark. Teknologi biogas sederhana

yang dikembangkan di Indonesia berfokus pada aplikasi skala

kecil/menengah yang dapat dimanfaatkan masyarakat pertanian yang

memiliki ternak sapi 2 – 20 ekor. Penerapan teknologi biogas pada daerah

yang memiliki peternakan dapat memberikan keuntungan ekonomis

apabila dilakukan perancangan yang tepat dari segi teknis dan

operasionalnya. Perancangan teknis meliputi: desain biodigester, desain

penyaluran gas dan desain tangki penampung.

Biogas merupakan gas campuran metana (CH4), karbondioksida

(CO2) dan gas lainnya yang didapat dari hasil penguraian material organik

kotoran hewan oleh bakteri pengurai metanogen pada sebuah biodigester.

Jadi, Untuk menghasilkan biogas, dibutuhkan pembangkit biogas yang

disebut biodigester. Proses penguraian material organik terjadi secara

anaerob (tanpa oksigen). Biogas terbentuk pada hari ke 4-5 sesudah

biodigester terisi penuh, dan mencapai puncak pada hari ke 20-25. Biogas

yang dihasilkan oleh biodigester sebagian besar terdiri dari 50 % – 70 %

metana (CH4), 30 % – 40 % karbondioksida (CO2), dan gas lainnya dalam

jumlah kecil. Ada tiga kelompok bakteri yang berperan dalam proses

pembentukan biogas, yaitu: 1). Kelompok bakteri fermentatif

: Steptococci, Bacteriodes, dan beberapa jenis Enterobactericeae; 2).

Kelompok bakteri asetogenik: Desulfovibrio dan 3). Kelompok bakteri

metana: Mathanobacterium, Mathanobacillus, Methanosacaria,dan Metha

nococcus. Bakteri methanogen secara alami dapat diperoleh dari urine

sapi.

Beberapa keuntungan yang dimiliki oleh biodigester bagi rumah

tangga dan komunitas : 1). Mengurangi penggunaan bahan bakar dan atau

sumber energi listrik PLN oleh rumah tangga atau komunitas; 2).

Menghasilkan pupuk organik berkualitas tinggi sebagai hasil sampingan;

3). Menjadi metode pengolahan limbah pertanian atau peternakan yang

baik dan mengurangi pembuangan sampah ke lingkungan (aliran

air/sungai); 4). Meningkatkan kualitas udara karena mengurangi asap dan

jumlah karbodioksida akibat pembakaran bahan bakar minyak/kayu bakar;

5). Secara ekonomi, murah dalam instalasi serta menjadi investasi yang

menguntungkan dalam jangka panjang.

e. Potensi Limbah Padat Pertanian sebagai Sumber Energi

Seiring kebutuhan energi yang terus meningkat maka limbah-

limbah biomassa pertanian berpotensial digunakan pembangkit energi.

Upaya meningkatkan kualitas bahan bakar dari biomassa adalah melalui

proses pirolisis. Pirolisis adalah penguraian bahan organik secara termis,

yaitu dengan memberikan panas pada bahan organik hingga

terdekomposisi. Perbedaan dengan pembakaran biasa adalah pada pirolisis

keberadaan oksigen dikontrol atau bahkan ditiadakan. Pirolisis merupakan

salah satu metode untuk mengubah biomassa menjadi bahan bakar stabil.

Keuntungannya adalah bahan bakar yang dihasilkan tidak menimbulkan

asap, bernilai kalor tinggi dan menurunkan biaya transportasi bila

dibandingkan dengan biomassa dalam keadaan awalnya.

Tabel 2. Kandungan Lignin, Selulosa And Hemiselulosa Biomassa

Terseleksi

Bahan Baku Lignin (%) Selulosa (%) Hemiselulosa (%)

(%) Kayu 25–30 35–50 20–30

Tongkol

Jagung

15 50.5 31

Jerami Padi 18 32.1 24 Sumber : Jahirul et al., 2012

Kenaikan nilai kalor didapat pada proses pirolisis ini, sebagai

contoh arang yang dihasilkan dari pirolisis mempunyai nilai kalor 2 kali

nilai kalor kayu bakar pada berat yang sama. Arang dengan komponen

penyusun utamanya berupa karbon dapat digunakan sebagai bahan bakar,

filter atau penjerap dengan diolah menjadi karbon aktif, pewarna dengan

diolah menjadi karbon black, arang briket untuk sumber energi, biochar

untuk aplikasi di pertanian dan berbagai kebutuhan industri kimia lainnya.

Penggunaan arang yang lain sebagai reduktor sebagaimana halnya coke

pada industri logam, karena mengandung karbon bebas yang tinggi

(>70%).

3. Pengembangan Biobriket Berbahan Limbah Biomassa

a. Biobriket

Biobriket adalah briket yang dibuat dari bahan biomassa atau limbah

biomassa. Biobriket banyak diterapkan di negara-negara asia bagian

selatan seperti Indonesia, India, dan Thailand (Bhattacharya et al., 1985).

Briket merupakan suatu hasil pemanfaatan biomassa dengan metode

densifikasi atau pengempaan (Lab. Energi dan Elektrifikasi Pertanian IPB,

2008). Briket merupakan bahan bakar padat dengan dimensi tertentu yang

seragam, diperoleh dari hasil pengempaan bahan berbentuk curah, serbuk,

berukuran relatif kecil atau tidak beraturan sehingga sulit digunakan

sebagai bahan bakar dalam bentuk aslinya (Agustina dan A. Syafrian,

2005).

Pengolahan limbah biomassa sebagai produk-produk bernilai

ekonomi tinggi salah satunya binderless biobriquette, akan memiliki

banyak keuntungan antara lain menghemat bahan bakar fossil, mengurangi

pencemaran lingkungan, dan memperkuat sektor ketahanan energi, serta

menjadi kegiatan produktif bernilai ekonomi dengan mengolah limbah

biomassa yang pada awalnya bernilai ekonomi rendah menjadi produk-

produk yang bermanfaat bagi kehidupan manusia dan kelestarian

lingkungan.

Biobriket didefinisikan sebagai bahan bakar yang berwujud padat

dan berasal dari sisa-sisa bahan organik yang telah mengalami proses

pemampatan dengan daya tekan tertentu. Biobriket dapat menggantikan

penggunaan kayu bakar yang mulai meningkat konsumsinya. Selain itu

harga biobriket relatif murah dan terjangkau oleh masyarakat. Biobriket

adalah gumpalan-gumpalan atau batangan-batangan arang yang terbuat

dari bioarang. Bioarang merupakan arang yang dibuat dari aneka macam

bahan hayati atau biomassa, misalnya kayu, ranting, daun-daunan, rumput

jerami, ataupun limbah pertanian lainnya (Saleh, 2013). Prinsip dasar dari

pembuatan briket tanpa perekat ini adalah limbah pertanian mampu

membentuk briket dengan penekanan yang dilakukan oleh mesin pres

bertype screw dan perekat diperoleh dari tar yang dihasilkan dari

pemanasan sampel (Budiana, dkk, 2014).

Terdapat dua golongan perekat dalam pembuatan briket, yaitu

perekat yang berasap (tar, pitch, clay, dan molases) dan perekat yang

kurang berasap (pati, dekstrin, dan tepung beras). Pemakaian tar, pitch,

clay, dan molases sebagai bahan perekat menghasilkan briket yang

berkekuatan tinggi tetapi mengeluarkan banyak asap jika dibakar (Saleh,

2013). Banyaknya asap pada saat pembakaran, disebabkan adanya

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

Bahan perekat pati, dekstrin, dan tepung beras akan menghasilkan briket

yang tidak berasap dan tahan lama tetapi nilai kalornya tidak setinggi

arang kayu. Bahan perekat dari tumbuh-tumbuhan seperti pati (tapioka)

memiliki keuntungan dimana jumlah perekat yang dibutuhkan untuk jenis

ini jauh lebih sedikit dibandingkan dengan bahan perekat hidrokarbon.

Namun kelemahannya adalah briket yang dihasilkan kurang tahan terhadap

kelembaban. Hal ini disebabkan tapioka memiliki sifat dapat menyerap air

dari udara.

Di negara-negara empat musim yang mengalami musim dingin

sehingga membutuhkan pemanas ruangan, maka arang dapat digunakan

dengan membakarnya pada tungku. Dengan sebelumnya dibriket sehingga

memiliki bentuk kompak dan ekonomis untuk transportasi. Kelebihan

arang untuk bahan bakar antara lain, tidak berasap, tidak berbau, api tidak

memercik, tidak mengandung belerang, nilai kalor yang tinggi dan sisa

pembakaran berupa abu yang dapat digunakan sebagai pupuk organik.

Penggunaan lain adalah untuk memasak, membakar daging/barbeque, atau

sisha, karena tidak merusak citarasa masakan. Untuk transportasi dan

distribusi supaya ekonomis maka arang dipadatkan atau ditingkatkan

densitasnya dengan cara dibriket.

Selain untuk pasar lokal, hal ini memungkinkan briket untuk

memenuhi kebutuhan eksport. Beberapa negara tujuan eksport briket arang

dari Indonesia antara lain Eropa, Korea Selatan, Jepang dan negara-negara

Timur Tengah. Dengan dibriket maka waktu nyala akan lebih lama dan

memiliki volume yang kecil. Pembriketan adalah cara meningkatkan

densitas suatu bahan dan sering digunakan perekat untuk membuatnya.

Alat berupa hidrolik press maupun ekstruder biasa digunakan untuk

membuat briket arang ini. Hal ini tergantung pada bahan baku dan bentuk

briket yang diinginkan. Untuk jenis briket yang menggunakan perekat

maka pemilihan perekat adalah hal penting karena akan mempengaruhi

mutu briketnya. Penggunaan perekat yang tepat membuat briket tidak

berbau dan merusak citarasa ketika digunakan, pati adalah bahan perekat

yang biasa digunakan sebagai perekat briket.

b. Keuntungan dan Kerugian Pembriketan

Beberapa keuntungan briket biomassa atau limbah pertanian antara lain

(Maninder et al. ,2012) :

a). Briket yang dihasilkan dari briket biomassa bisa digunakan sebagai

pengganti (konversi) batubara, lignit dan kayu bakar.

b). Menjadi salah satu metode alternatif untuk menghemat konsumsi dan

mengurangi ketergantungan terhadap kayu bakar.

c). Dengan densitas yang telah direkayasa memudahkan proses

transportasi dan penjualan.

d). Ukurannya relatif bisa seragam baik dalam ukuran maupun kualitas.

e). Proses ini membantu memecahkan problem pembuangan residual.

f). Proses pembriketan membantu pengurangan penggunaan kayu bakar

dan penggundulan hutan.

g). Memberikan penghasilan tambahan bagi petani dan menciptakan

lapangan kerja baru.

h). Biobriket relatif lebih murah daripada batu bara, minyak atau lignit.

i). Sangat minim atau bahkan tidak ada sulfur (S) dalam briket.

j). Tidak ada fly ash ketika membakar briket.

k). Briket memiliki kualitas yang konsisten, memiliki efisiensi

pembakaran yang tinggi, dan idealnya ukuran untuk pembakaran

sempurna.

Sementara itu, kekurangan dari biobriket biomassa antara lain :

a). Biaya investasi dan masukan konsumsi energi untuk proses yang

sangat tinggi

b). Karakteristik pembakaran yang tidak diinginkan sering terlihat

misalnya, sulit menyalakan, asap, dan sebagainya.

c). Kecenderungan briket untuk lembek atau melonggar densitasnya

apabila terkena air atau berada pada kelembaban tinggi.

4. Teknologi Pembriketan

a. Mesin Pencetak Biobriket

Berdasarkan proses pembuatannya, mesin pencetak biobriket

dikelompokkan menjadi dua yakni piston/ram type yang dibuat dengan

piston atau mechanical press dengan tekanan tinggi; sedangkan screw

type dibuat screw extruder dimana biomasa akan mengalami ekstrusi

secara kontinyu dengan ujung die-nya dipanasi. Pada ram/piston press

keausan mesin yang berkontak dengan biomasa lebih kecil dibandingkan

dengan screw extruder. Konsumsi energi untuk ram/piston type juga lebih

kecil dibandingkan dengan screw extruder type. Tetapi dalam hal kualitas

dan prosedur produksi screw extruder type superior dibandingkan

teknologi piston press. Adanya lubang ditengah-tengah briquette pada

screw type membuat pembakaran lebih seragam dan efisien dan juga

briquette tipe bisa dikarbonisasi menjadi charcoal briquette.

Tabel 3. Perbandingan Mesin Cetak Piston dan Screw Extruder

Uraian Mesin Cetak

Piston

Screw Extruder

Moisture content optimum pada bahan

baku

10-15 % 8-9 %

Keausan pada bagian yang saling kontak Rendah Tinggi

Output dari mesin langkah piston Kontinyu

Tenaga yang diperlukan 50 kWh/ton 60 kWh/ton

Densitas briket 1-1,2 gram/cm3 1-1,4 gram/cm

3

Karbonisasi Tidak mungkin Hasilnya bagus

Homogenitas Tidak homogen Homogen

Performa pembakaran briket Tidak bagus Bagus

Biaya perawatan Tinggi Rendah

Sumber : Grover dan Mishra, 1996

Tipe mesin heated die screw extruder merupakan salah satu jenis

mesin pembriket yang dibuat dengan metode cetak panas tanpa perekat

yaitu dengan meniadakan perekat berpelarut air selama proses

pembuatan briket. Tujuan pemanasan adalah untuk memanasi bahan

baku agar kandungan lignin (salah satu zat yang terdapat dalam bahan

baku adalah lignin, karena lignin bersifat termoplastik sehingga

mampu digunakan sebagai bahan perekat) yang terdapat pada serbuk

kayu pinus mencair, kandungan lignin pada mampu mencair pada

temperatur 80 oC–120

oC dan akan mengeras kembali pada temperatur

kamar. Sifat termoplastik yang terdapat dalam bahan baku

dimanfaatkan sebagai bahan perekat dalam pembuatan briket.

Tabel 4. Keunggulan dan Kelemahan Teknologi Pembriketan

No Proses Keunggulan Kelemahan

1. Pengepresan

piston tanpa

pemanasan

Kualitas lebih baik dari

pembriketan dengan

press biasa karena

densitasnya lebih tinggi

Perlu pengarangan dahulu

Harga mahal

Briket kurang kuat

dibandingkan dengan

sistem screw

Sulit pemeliharaan mesin

No Proses Keunggulan Kelemahan

2. Pembriketan

dengan screw

extruder

disertai panas

Tidak perlu pengarangan

dahulu

Tidak memerlukan bahan

pembantu

Tidak menimbulkan asap dan

bau

Harga jual baik (berpeluang

ekspor)

Mudah pengoperasiannya

Screw mudah aus

Harga mahal

Sumber : Angga Pratama, 2008

b. Kelebihan Binderless Biobriquette

Hasil analisis visual menunjukkan pengaruh temperatur cetakan

terhadap sifat fisis briket adalah sebagai berikut (Danang,dkk., 2012) :

1). Terbentuknya lapisan film yang kuat pada permukaan briket sehingga

briket lebih tahan terhadap gesekan dan getaran/goncangan.

2). Meniadakan penggunaan air sebagai bahan dasar perekat sehingga

briket dapat langsung digunakan tanpa melalui proses pengeringan

terlebih dahulu

3). Mampu mempertahankan nilai kalor bahan baku (tidak ada bahan

tambahan lain).

c. Pirolisis Limbah Padat Pertanian (Biomassa)

Karbonasi atau disebut juga sebagai Pirolisis ekstrim merupakan

proses penguraian biomassa karena panas (Hayati, dkk., 2008). Pirolisis

dapat berlangsung melalui panas yang dihasilkan yaitu pada suhu lebih

dari 150oC. Pirolisis mempunyai manfaat untuk meningkatkan nilai kalor,

mengurangi asap saat pembakaran, menurunkan kadar air dan

mempermudah pemyimpanan dan pendistribusian. Berdasarkan tingkatan

proses pirolisis yang dilakukan, proses pirolisis dapat digolongkan menjadi

pirolisa primer dan pirolisa sekunder. Pirolisa primer adalah proses yang

terjadi secara langsung terhadap bahan bakunya. Pirolisa sekunder adalah

proses yang terjadi pada bahan partikel yang merupakan kelanjutan dari

hasil gas atau uap sebagai hasil dari pirolisa primer. Pirolisis juga dapat

diartikan sebagai proses penguraian panas tanpa melibatkan gas oksigen

dari udara secara langsung. Hasil pirolisis dikenal sebagai arang. Beberapa

keuntungan proses pirolisis antara lain memiliki rasio konversi yang

tinggi, produk-produknya memiliki kandungan energi yang tinggi, produk-

produk yang dihasilkan dapat ditingkatkan menjadi bahan dasar keperluan

lain serta pengontrolan proses yang lebih mudah bila dibandingkan dengan

proses insenerasi (Himawanto, dkk.2011).

Pirolisis adalah dekomposisi termokimia untuk menghasilkan

produk yang berguna, dan proses yang terjadi adalah tanpa menggunakan

oksigen, proses tersebut disebut dengan pirolisis (Basu, 2010). Selama

pirolisis molekul hidrokarbon kompleks dari biomassa akan mengalami

penguraian menjadi molekul yang lebih kecil dan akan menghasilkan

molekul sederhana berupa gas, char, dan cairan (bio-oil).

Gambar 1. Pirolisis Partikel Biomassa (Basu, 2010)

Produk dari pirolisis berasal dari gas yang terkondensasi dan char

yang padat. Gas yang terkondensasi akan mengalami pemutusan ikatan

menjadi gas yang tidak bisa tekondensasi (CO, CO2, CH4, dan H2).

Proses dekomposisi ini melalui reaksi homogenisasi fase gas. Pada reaksi

fase gas, uap yang terkondensasi akan terurai menjadi molekul yang lebih

sederhana. Berdasarkan gambar 1, pada reaksi dekomposisi dari biomassa,

maka akan menghasilkan gas, char, dan cairan (bio-oil). Reaksi pirolisis

yang berasal dari biomassa adalah sebagai berikut :

CnHmOp Σliquid CxHyOz + Σ gas CaHbOc+H2O+C(char)

Proses pirolisis biomassa dan polimer akan mengalami pemutusan

ikatan membentuk molekul-molekul dengan ukuran dan stuktur yang lebih

ringkas. Pirolisis biomassa secara umum merupakan dekomposisi bahan

organik menghasilkan bahan padat berupa arang aktif, gas dan uap serta

aerosol. Gas yang dapat dikondensasikan sebagai bahan cair dan stabil

pada temperatur kamar merupakan senyawa hidrokarbon yang dikenal

sebagai biofuel atau biooil. Istilah tersebut digunakan karena senyawa

organik dalam asam cair secara kimia dapat menggantikan keberadaan

bahan bakar yang bersumber dari minyak bumi. Sedangkan fasa gas yang

dihasilkan dari proses pirolisis bisa berupa uap air atau gas sintetis seperti

hidrogen yang lebih lanjut dapat digunakan sebagai biogas. Secara umum,

komposisi biofuel hasil konversi biomassa adalah sekitar 70% biooil, 15%

karbon aktif, dan 15% gas tak terkondensasikan, tentu saja proses tesebut

sangat tergantung pada metode pirolisis, jenis reaktor, kapasitas, dan

beberapa kondisi operasi. Reaksi pirolisis tentu saja bersifat endotermis.

Panas yang dibutuhkan untuk termolisis adalah panas total yang

disediakan untuk semua proses yang berlangsung meliputi reaksi dan

radiasi. Secara tradisional, pirolisis kayu dapat disebut sebagai distillasi

kayu, dan digunakan untuk menghasilkan metanol, asam asetat, aseton,

terpentin, fenol dan ter kayu. Pemanasan pada kayu hingga temperatur

lebih dari 100o C akan menyebabkan beberapa peruraian termal. Pada

sekitar 270 oC pemuaian termal ini tidak membutuhkan sumber panas

eksternal lagi, karena proses degradasi merupakan proses eksotermis.

Secara bertahap, kayu akan mengalami devolatilisasi :

1. Hemiselulosa terdegradasi pada 200 oC sampai 260

oC.

2. Selulosa pada 240 oC sampai 350

oC.

3. Lignin pada 280 oC sampai 500

oC.

Hemiselulosa yaitu polisakarida yang mengisi ruang antara serat-

serat selulosa dalam dinding sel tumbuhan. Secara biokimiawi,

hemiselulosa adalah semua polisakarida yang dapat diekstraksi dalah

larutan basa (alkalis). Namanya berasal dari anggapan, yang ternyata

diketahui tidak benar, bahwa hemiselulosa merupakan senyawa prekursor

(pembentuk) selulosa. Hemiselulosa dapat dijumpai misal pada lendir

tumbuhan. Monomer penyusun hemiselulosa biasanya adalah rantai D-

glukosa, ditambah dengan berbagai bentuk monosakarida yang terikat

pada rantai, baik sebagai cabang atau mata rantai, seperti D-mannosa, D-

galaktosa, D-fukosa, dan pentosa-pentosa seperti D-xilosa dan L-

arabinosa. Komponen utama hemiselulosa pada Dicotyledoneae

didominasi oleh xiloglukan, sementara pada Monocotyledoneae komposisi

hemiselulosa lebih bervariasi. Pada gandum, ia didominasi oleh

arabinoksilan, sedangkan pada jelai dan haver didominasi oleh beta-

glukan.

Gambar 2 . Struktur Hemiselulosa, Selulosa dan Lignin

Selulosa merupakan polisakarida dengan rumus (C6H10O5)n. tidak

larut dalam air, air mendidih, asam dan alkali encer, serta KOH pekat.

Dengan H2SO4 pekat dihidrolisa menjadi glukosa. Oleh enzim selulase

diubah menjadi glukosa dan fruktosa. Selulosa (C6H10O5)n adalah polimer

berantai panjang polisakarida karbohidrat, dari beta-glukosa. Selulosa

merupakan komponen struktural utama dari tumbuhan

Lignin adalah zat kayu yang terdapat pada dinding sel yang telah

mengkayu. Lignin atau zat kayu adalah salah satu zat komponen penyusun

tumbuhan. Komposisi bahan penyusun ini berbeda-beda bergantung

jenisnya. Lignin terutama terakumulasi pada batang tumbuhan berbentuk

pohon dan semak. Pada batang, lignin berfungsi sebagai bahan pengikat

komponen penyusun lainnya, sehingga suatu pohon bisa berdiri tegak

(seperti semen pada sebuah batang beton).

5. Uji Karakteristik Biobriket

Pengujian sampel briket adalah tahapan penting dalam matarantai proses

pengembangan biobriket berbahan limbah pertanian dalam skala yang lebih

besar. Analisis karakteristik pengujian briket akan sangat penting artinya

sebagai bahan evaluasi dan preparasi proses pengembangan selanjutnya,

misalnya ketika akan dilakukan scale-up produksi.

a. Uji Proximate briket

Analisis proksimasi adalah analisis bahan bakar padat yaitu berasal dari

bahan biomassa yang menghasilkan fraksi massa dari kadar air (moisture

content), kadar abu (ash), zat yang mudah menguap (voltille matter) dan

kadar karbon tetap (fixed carbon).

1). Analisis kadar air (Moisture Content)

Air yang terkandung dalam bahan biomassa limbah pertanian

dinyatakan sebagai kadar air. Kadar air briket ialah perbandingan

berat air yang terkandung dalam briket dengan berat kering briket

tersebut. Kadar air briket dapat digunakan untuk menghitung

parameter sifat – sifat briket. Prosedur pengujiannya, sampel bahan

bakar dihaluskan dan diambil sebesar 2 gram, lalu dikeringkan dalam

oven dengan suhu antara 102 oC -103

oC selama 2 jam. Kemudian

didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Penimbangan dilakukan

sampai diperoleh massa konstan. Kadar air merupakan kehilangan

massa karena pemanasan dibagi dengan massa semula dikalikan 100%

sesuai dengan standar ASTM D-3173.

2). Analisis kadar abu

Abu terdiri dari bahan mineral seperti lempung, silika, kalsium,

serta magnesium oksida dan lain – lain, merupakan bahan yang tidak

dapat terbakar. Abu adalah bahan yang tersisa apabila kayu

dipanaskan hingga berat konstan. Salah satu unsur utama yang

terkandung dalam abu adalah silika dan pengaruhnya kurang baik

terhadap nilai kalor yang dihasilkan.

Prosedur pengujian kadar abu mengikuti standar ASTM D-3174

yaitu menguji sampel bahan bakar padat sebesar 2 gram untuk

diabukan pada cawan pengabuan yang dipanskan pada oven yang

bertemperatur 600 0C selama 4 jam. Setelah asap berhenti yang berarti

karbon hilang, tutup oven dibuka selama 1 menit untuk

menyempurnakan proses pengabuan. Kemudian sampel dimasukkan

dalam desikator dan ditimbang. Massa sampel yang tersisa merupakan

massa abu yang terbentuk.

3). Analisis zat yang mudah menguap (Volatile Matter)

Zat terbang terdiri dari gas-gas yang mudah terbakar seperti

hidrogen, karbon monoksida (CO), dan metana (CH4), tetapi kadang-

kadang terdapat juga gas-gas yang tidak terbakar seperti CO2 dan

H2O. Volatile matter atau yang sering disebut zat terbang,

berpengaruh terhadap pambakaran briket. Kandungan Volatile

matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas api.

Penilaian tersebut didasarkan pada rasio atau perbandingan antara

kandungan karbon (fixed carbon) dengan zat terbang, yang disebut

dengan rasio bahan baker (fuel ratio). Semakin tinggi nilai fuel

ratio maka jumlah karbon didalam briket yang tidak terbakar juga

semakin banyak.

Prosedur pengujian kadar zat yang mudah menguap dilakukan

sesuai dengan standar pengujian ASTM D-3175 yaitu memanaskan

sampel bahan bakar sebesar 2 gram pada oven hingga temperatur oven

sebesar 900 0C. Setelah temperatur tercapai, cawan dan isinya

dibiarkan terlebih dahulu dalam oven, kemudian didinginkan di

desikator untuk ditimbang. Kehilangan massa ini dikurangi oleh

massa kandungan air merupakan massa zat yang mudah menguap.

4). Analisis kadar karbon tetap (Fixed Carbon)

Komponen yang bila terbakar tidak membentuk gas adalah

FC (fixed carbon). Kandungan FC (fixed carbon) adalah kandungan

karbon tetap yang terdapat pada briket yang berupa arang (char).

Prosedur pengujian kadar karbon tetap dilakukan sesuai standar

pengujian ASTM D-3172 yaitu dengan cara mengurangkan massa

semula sampel bahan bakar dengan massa kadar air, zat yang mudah

menguap dan kandungan abu.

b. Uji Nilai Kalor

Nilai kalor adalah satuan panas yang dihasilkan persatuan bobot bahan

yang mudah terbakar pada proses pembakaran yang cukup oksigen. Nilai

kalor berhubungan langsung dengan kadar Cdan H yang dikandung oleh

bahan bakar padat. Semakin besar kadar keduanya semakin besar nilai

kalor yang dikandung. Menariknya, dengan proses charing (pembuatan

arang), nilai kalor arang yang dihasilkan akan semakin meningkat tajam

(Suyitno, 2011). Pengujian nilai kalor suatu bahan bakar dilakukan sesuai

standar ASTM 2015 yaitu dengan mengambil sampel bahan bakar sebesar

± 1 gram untuk diujikan di bom kalorimeter untuk dianalisa kandungan

kalornya.

c. Uji Thermogravimetri

Thermogravimetric Analysis (TGA) adalah salah satu metode analisis

termal yang dapat digunakan untuk berbagai jenis material. Metode TGA

dilakukan dengan mengukur besar dan laju perubahan massa benda uji

sebagai fungsi dari temperatur atau waktu pada kondisi lingkungan yang

dijaga konstan. Dimana pada pengujian ini akan didapatkan hubungan

antara waktu, temperature dan penurunan massa. Metode ini dapat

digunakan untuk menganalisis karakteristik pembakaran sampel biobriket

dengan massa sampel sekitar 20 gram. Analisa termogravimetry (TGA)

digunakan untuk menentukan stabilitas termal dan fraksi volatile dari suatu

bahan dengan mengamati perubahan massa selama bahan tersebut dipanasi.

Biasanya pengukuran dilakukan dalam atmosfer udara atau inert atmosfer

seperti helium atau argon, massa dicatat sebagai fungsi dari kenaikan

temperatur. Pada kebanyakan kasus TGA dilakukan dalam atmosfer

oksidatif (udara atau oksigen dan campuaran gas inert) dengan kenaikan

temperatur yang linear dan landai. Temperatur akhir ditentukan hingga

massa bahan stabil yang secara tidak langsung menunjukan bahwa reaksi

sudah selesai secara keseluruhan.

Prinsip dasar analisis TGA ialah pemanasan suatu cuplikan bahan

pada tempat khusus dengan temperatur dan waktu tertentu, hingga

mengalami penurunan pada massanya. Dari grafik penurunan massa

terhadap waktu inilah yang nantinya dapat menunjukkan karakteristik dari

bahan yang dipanaskan.

Persamaan umum yang akan digunakan adalah turunan dari persamaan

Arrhenius, yaitu :

Dimana :

dY : Penurunan fraksi massa

A : Faktor eksponensial

E : Energi Aktivasi bahan (J/mol)

T : Temperatur (K)

Dt : Perubahan waktu

e : Bilangan alami (2,71828)

R : Konstanta gas (8,31 J/mol K)

Y dapat diperoleh dari pembagian massa sesaat (mt) dengan massa awal

sampel (mo)

Persamaan tersebut kemudian diubah menjadi :

(

) =

Data hasil penelitian yang diperoleh pertama kali adalah mo , mt dan

temperatur untuk setiap waktu yang kemudian dapat dikonversi menjadi

dY/dt. Dengan membuat ln dari dY/dt maka didapat ln (dY/dt) yang

hasilnya kemudian dibuat grafik hubungan antara ln (dY/dt) dengan

1/Tsolid). Grafik yang terbentuk kemudian dicari persamaan garis lurusnya

melalui regresi linier. Grafik logaritma alami penurunan fraksi terhadap 1/T

menghasilkan persamaan linier.

y=ax + c

(

) =

Sehingga diperoleh :

Y = (

)

ax =

sehingga E = -aR

Secara detail, proses pembakaran bahan bakar padat secara proses fisis

meliputi tiga tahapan, yaitu tahap pengeringan, tahap devolatilisasi, tahap

pembakaran arang, dan akan tersisa abu.

Gambar 3. Tahapan Dalam Proses Pembakaran Bahan Bakar Padat

Pada reaksi pembakaran, kinetika degradasi lignoselulosa yang terjadi lebih

rapat, sehingga penguraian yang terjadi seakan-akan hanya satu komponen

saja. Karakteristik pembakaran yang ditentukan adalah :

a. Peak temperature (PT) yaitu temperatur dimana laju pengurangan

massa adalah maksimum. Untuk PT yang tinggi menunjukkan bahwa

bahan bakar biobriket mempunyai reaktivitas yang rendah.

b. Initial Temperature Volatile Matter (ITVM) yaitu temperatur awal

pertama dimana massa mulai turun. ITVM menandakan adanya

permulaaan lepasnya volatil dari dalam bahan bakar padat.

c. Initial Temperature Fixed Carbon (ITFC) yaitu temperatir kedua

dimana laju pengurangan massa dipercepat akibat permulaan

pembakaran.

PT, ITVM dan ITFC diperoleh dari grafik DTD (diferensial

thermogravimetri). ITVM diperoleh pada saat dY/dt pertama kali

mengalami nilai terendah. ITFC diperoleh pada bahu kurva dY/dt dimana

kemiringan dari kurva dY/dt terhadap T mulai membesar. T diperoleh pada

puncak dY/dt.

6. Kriteria dan Standard Biobriket

a. Kriteria Preferensi Biobriket

Syarat biobriket yang baik adalah biobriket yang permukaannya

halus dan tidak meninggalkan bekas hitam di tangan. Selain itu, sebagai

bahan bakar, briket juga harus memenuhi kriteria sebagai berikut (Saleh,

2013) :

a. Mudah dinyalakan

b. Tidak mengeluarkan asap

c. Emisi gas hasil pembakaran tidak mengandung racun

d. Kadar air dan hasil pembakaran tidak berjamur bila disimpan pada

waktu lama

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

suhu pembakaran) yang baik.

Secara umum beberapa spesifikasi briket yang dibutuhkan oleh konsumen

adalah sebagai berikut :

a. Daya tahan briket.

b. Ukuran dan bentuk yang sesuai untuk penggunaannya.

c. Bersih (tidak berasap), terutama untuk sektor rumah tangga.

d. Bebas gas-gas berbahaya.

e. Sifat pembakaran yang sesuai dengan kebutuhan (kemudahan dibakar,

efisiensi energi, pembakaran yang stabil).

Tabel 5. Sifat briket arang buatan Jepang, Amerika, Inggris dan Indonesia

No Sifat (Properties) Jepang

(Japan)

Amerika

(USA)

Inggris

(Great

Britain)

Indonesia

(Indonesia) 1. Kadar air (Moisture content), % 6 – 8 6,2 3,6 7,57

2. Kadar abu (Ash content), % 3 – 6 8,3 5,9 5,51

3. Kadar zat mudah menguap

(Volatile matter), %

15 – 30 19 - 28 16,4 16,14

4. Kadar karbon terikat

(Fixed carbon), %

60 – 80 60 75,3 78,35

5. Kerapatan (Density), g/cm3 1,0 - 1,2 1 0,48 0,44

6. Keteguhan tekan

(Compressive streght), kg/cm

60 – 65 62 12,7 -

7. Nilai kalor bakar (Calor value),

kal/g

6.000 -

7.000

6.230 7.289 6.814

Sumber : Hendra dan Winarni (2003)

Tabel 6. Sifat Fisik dan Kimia Arang Kayu dan Briket Arang Kayu

No Sifat (Properties) Arang Kayu Briket Arang

Kayu

1. Kadar air (Moisture content), % 0,39 4,19

2. Kadar abu (Ash content), % 2,77 2,66

3. Kadar zat mudah menguap

(Volatile matter), %

23,01 18,62

4. Kadar karbon terikat

(Fixed carbon), %

74,22 74,51

5. Nilai kalor (Calor value), kal/g 5945 6648

Sumber : Hendra (2003)

7. Asas Lingkungan Terkait

Asas 1. Semua energi yang memasuki sebuah organisma (hidup) populasi atau

ekosistem dapat dianggap sebagai energi yang tersimpan atau

terlepaskan. Energi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang

lain, tetapi tidak dapat hilang, dihancurkan, atau diciptakan.

Pada dasarnya, biomassa limbah pertanian merupakan sumber energi

yang dapat dimanfaatkan melalui teknologi konversi yang sesuai.

Asas 2. Tak Ada Sistem Pengubah Energi yang Betul-Betul Efisien. Energi

berubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain, dengan proses

pengubahan yang tidak efisien.

Biomassa limbah pertanian sebagai residu hasil pertanian masih

menyimpan potensi energi. Pengubahan energi selalu menimbulkan

residu lain yang perlu dilakukan pengendalian, agar dampaknya dapat

diminimalkan.

Asas 3. Materi, Energi, Ruang, Waktu, dan Keanakaragaman, Semuanya

Termasuk Kategori Alam.

Semakin banyak jenis biomassa yang dimanfaatkan sebagai sumber

pangan maupun energy, semakin banyak preferensi yang dapat dipilih.

Gambar 4. Bagan Asas-Asas Lingkungan

Sumber Alam adalah

segala sesuatu yang

memungkinkan

organisme hidup

untuk meningkatkan

pengubahan energi

ASAS 5 Dua jenis sumber

alam dasar yaitu

yang merangsang

dan tidak dapat

merangsang

penggunaan lebih

lanjut

ASAS 11 Sistem yang sudah

mantap (dewasa)

akan

mengeksploitasi

sistem yang belum

mantap (belum

dewasa)

ASAS 14 Derajat pola

keteraturan

fluktuasi populasi

bergantung pd

sejarah populasi itu

sendiri

ASAS 3

Materi, energi,

ruang waktu dan

keanekaragaman

adalah kategori

sumber alam

ASAS 1

Energi tak pernah

hilang, hanya

berubah bentuk

ASAS 2

Semua Proses

pengubahan tidak

cermat

ASAS 4 Mengenai

kejenuhan dan

ketidakjenuhan

ASAS 6 Genotip dengan daya

pembiakan tertinggi,

sering terjadi pada

generasi berikutnya

ASAS 9 Keanekaragaman

sebanding dengan

biomassa dibagi

produktivitasnya

ASAS 8 Sebuah habitat

dapat jenuh atau

tidak oleh

keanekaragaman

takson, bergantung

pada kemampuan

nicia memisahkan

takson tersebut

dalamlingkungan

hidup.

ASAS 7 Kemantapan

keanekaragaman

komunitas lebih

tinggi pada

lingkungan yang

mudah diramal

ASAS 10 Perbandingan

biomassa dibagi

produktivitas

meningkat dalam

lingkungan yang

stabil

ASAS 13 Lingkungan yang

secara fisik mantap

memungkinkan

peningkatan

keanekaragaman

biologi dan

stabilitas populasi

ASAS 12 Kesempurnaan

adaptasi suatu

sifat/tabiat

bergantung pada

kepentingan

relatifnya dalam

lingkungan hidup.

28

B. Penelitian yang Relevan

Penelitian tentang biobriket berbahan baku limbah biomassa telah banyak dilakukan oleh para peneliti terdahulu baik yang tertuang dalam

berbagai publikasi, jurnal nasional maupun jurnal internasional dengan ragam variasi bahan, tujuan, data maupun metode yang digunakan.

Tabel 7. Penelitian Terkait yang Telah Dilakukan oleh Peneliti Sebelumnya

No Judul Peneliti Tahun Metode Hasil

1. Rekayasa Heated Die Screw

Extruder Untuk Pembuatan

Binderless Biobriquette

Eko Prasetyo

Budiana, Dwi

Aries

Himawanto , D.

Danardono,

DPT, Purwadi

Joko Widodo

2014 Eksperimental Penelitian bertujuan melakukan rekayasa peralatan

heated die screw extruder guna menghasilkan briket

tanpa perekat (binderless biobriquette) berbahan baku

limbah pertanian potensial.

Hasil pengujian peralatan menunjukkan bahwa terdapat

keterkaitan antara kecepatan putar dari screw dengan

suhu die, semakin rendah kecepatan putar screw maka

suhu untuk memanaskan die guna mengeluarkan tar

sebagai perekat alami semakin rendah pula.

Ditemukan bahwa pemilihan komposisi kecepatan

putar screw dan suhu die yang tidak tepat dapat

menyebabkan heated die screw extruder mengalami

blocking.

2. A study of lignocellulosic

biomass pyrolisis via the

pyrolisis of cellulose,

hemicellulose and lignin

Stylianos, D.,

Kalogiannis,

Konstantinos,

G., Iliopoulou,

Eleni.F.,

2013 Eksperimental Penelitian tentang studi dari lignocellulosic pirolisis

biomassa dengan pirolisis dari selulosa, hemiselulosa

dan lignin berdasarkan kurva penurunan berat dan

turunan penurunan berat sampel biomasa terseleksi.

Selulosa terurai dengan kisaran suhu antara 280 oC dan

29

No Judul Peneliti Tahun Metode Hasil

Michailof,

Chrysoula.M.,

Pilavachi,

Petros.A.,

Lappas,

Angelos.A

360 oC dengan laju penguraian tertinggi yang sedang di

amati terjadi pada suhu 339 oC dan untuk total residu

padatan pada 500 oC dan 800

oC masing-masing antara

10,7 dan 7,4% berat.

Lignin terurai diatas kisaran suhu yang sangat lebar

yaitu dari 140 oC sampai 600

oC, dengan intensitas

rendah puncak sekitar suhu 380 oC. Residu lignin pada

suhu 500 oC tertinggi pada saat diamati, sekitar 53,4%

berat dan pada suhu 800 oC residu memiliki berat

41,2% berat. Hasil residu yang tinggi ini disebabkan

pada struktur lignin, yang mana terdiri dari jaringan

kompleks dari senyawa aromatik adalah sangat sulit

untuk terdekomposisi dan oleh karena itu memiliki

stabilitas termal yang tinggi.

3. Karakterisasi Briket Dari

Limbah Pengolahan Kayu

Sengon Dengan Metode

Cetak Panas

Danang Dwi

Saputro, Widi

Widayat,

Rusiyanto,

Harwin

Saptoadi, Fauzun

2012 Eksperimental Konversi biomassa menjadi briket mampu menaikkan

gross calorific value, mampu menaikkan sifat fisis

bahan baku (densitas, nilai kalor, kadar air), semakin

tinggi tekanan kompaksi mampu menaikkan densitas,

compression strength, durability dan stability.

Besarnya tekanan kompaksi tidak berpengaruh

terhadap kandungan energi per satuan massa, nilai

kalor bahan bakar dipengaruhi oleh seberapa besar

kandungan kadar karbon terikat yang terdapat dalam

bahan baku, meningkatnya kandungan kadar karbon

30

No Judul Peneliti Tahun Metode Hasil

terikat suatu bahan seiring dengan meningkatnya nilai

kalor.

Hubungan antara densitas dengan nilai kalor

menunjukkan kandungan energi per volume,

kandungan energi per volume naik seiring dengan

naiknya densitas briket.

Penelitian juga menyebutkan bahwa densitas naik

seiring dengan naiknya tekanan kompaksi tetapi tidak

berpengaruh terhadap nilai kalor briket.

Tekanan kompaksi berpengaruh terhadap energi

densitas yang terkandung dalam briket, semakin tinggi

tekanan kompaksi energi densitas naik.

Pemanasan cetakan mempunyai keuntungan dalam

pembuatan briket yaitu mampu mencairkan kandungan

lignin yang terdapat dalam bahan baku sehingga

mampu menjadi perekat dalam pembuatan briket.

Pembuatan briket dengan metode cetak panas mampu

untuk meniadakan bahan perekat berbahan dasar air

sehingga proses pembuatan briket lebih cepat, briket

langsung dapat digunakan tanpa proses pengeringan

dan mampu mempertahankan nilai kalor bahan baku.

4. Natural binders and solid

bridge type binding

mechanisms in briquettes and

pellets made from corn stover

Kaliyan N.,

Morey R. V

2010 Eksperimental Pembuatan briket dengan dapat dilakukan dengan

metode cetak panas dengan menggunakan bahan baku

biomassa yang belum dikarbonisasi. Tujuan pemanasan

untuk mengaktifkan perekat alami (lignin &

31

No Judul Peneliti Tahun Metode Hasil

and switchgrass Factors

affecting strength and

durability of densified

biomass products

hemiselullosa) yang terdapat pada bahan baku. Perekat

alami yang terdapat dalam biomassa dapat diaktifkan

dengan cara menaikan temperature.

Aktivasi perekat alami dengan tekanan kompaksi tinggi

dan menaikkan temperatur mampu untuk memproduksi

briket dan pellet yang mempunyai durabilitas tinggi.

5. Peningkatan Kualitas

Pembakaran Biomassa

Limbah Tongkol Jagung

sebagai Bahan Bakar

Alternatif dengan Proses

Karbonisasi dan

Pembriketan

Untoro Budi

Surono

2010 Eksperimental Proses karbonisasi yang dilakukan dapat meningkatkan

kandungan karbon dan nilai kalor briket dari tongkol

jagung.

Kondisi operasi karbonisasi terbaik diperoleh pada

suhu 380°C, sementara untuk pembriketan dilakukan

pada 97,6 MPa yang dapat menaikkan kadar karbon

sampai 67% dan nilai kalor sampai 65%.

6. Uji Kualitas Fisik dan Uji

Kinetika Pembakaran Briket

Jerami Padi Dengan dan

Tanpa Bahan Pengikat

Sugeng Riyanto 2009 Eksperimental Briket biomasa jerami padi memiliki kualitas optimum

pada tekanan pembriketan 1000 kg/cm2 untuk variasi

tanpa menggunakan pengikat maupun dengan

menggunakan pengikat.

Secara umum, penggunaan pengikat dalam briket

biomasa jerami padi menyebabkan penurunan sifat-

sifat fisik, hal ini terlihat pada sifat densitas, relaksasi,

dan ketahanan.

7. Karakteristik Kuat Tekan dan

Pembakaran Briket Kayu

Glugu dan Sekam Padi

Erpan Bintarpo 2005 Eksperimental Briket kayu glugu dan sekam padi lebih reaktif dari

batubara karena memiliki harga ITVM dan PT yang

lebih rendah. Laju pembakaran briket kayu glugu dan

32

No Judul Peneliti Tahun Metode Hasil

sekam padi lebih besar dari briket batubara tetapi

waktu tinggalnya (residence time) lebih singkat dari

briket batubara.

Tidak ada korelasi antara energi aktivasi dengan

reaktivitas briket. Kadar CO tertinggi terjadi pada

proses devolatilisasi. Briket kayu glugu memiliki kadar

emisi CO lebih besar dibandingkan briket batubara.

8. Kajian Teknis Dan Ekonomis

Pengolahan Briket Bungkil

Biji Jarak Pagar Sebagai

Bahan Bakar Tungku

Djajeng

Sumangat dan

Wisnu Broto/

Balai Besar

Penelitian dan

Pengembangan

Pascapanen

Pertanian

2009 Eksperimental

dan Observasi

Lapang

Meneliti jenis dan konsentrasi perekat yang sesuai

untuk briket bungkil dan menentukan keragaan briket

bungkil biji jarak pagar sebagai bahan bakar serta

mengkaji kelayakan ekonomisnya sebagai bahan bakar

pengganti minyak tanah.

Penggunaan tapioka dan gaplek sebagai perekat briket

bungkil biji jarak tidak memberikan pengaruh yang

nyata terhadap semua parameter uji kecuali pada kadar

air. Sedangkan konsentrasi perekat tidak memberikan

pengaruh yang nyata terhadap semua parameter uji.

9. Penelitian Nilai Kalor Briket

Tongkol Jagung Dengan

Berbagai Perbandingan Sekam

Padi

Andi Mangkau,

Abdul Rahman &

Glendi Bintaro

(Fakultas Teknik,

Unhas)

2011 Eksperimental Penelitian tentang pembuatan briket limbah tongkol

jagung dan sekam padi dengan berbagai perbandingan

dan melakukan pengujian nilai kalor atas (HHV) serta

menentukan sifat termal yaitu nilai kalor, kandungan

air, kadar abu, kandungan volatile matters dan fixed

carbon.

33

C. Kerangka Pemikiran

Biomassa limbah padat pertanian berupa sekam padi, jerami padi, tongkol jagung,

kulit singkong dan serbuk gergaji kayu sengon potensial untuk dikembangkan menjadi

energi alternatif khususnya di sekitar kawasan atau sentra-sentra produksi utama.

Pemanfaatan tersebut dalam rangka mendukung upaya mengurangi emisi gas rumah kaca,

keberlanjutan sistem budidaya pertanian serta mendukung eksplorasi dan pengembangan

sumber energi terbarukan. Seiring dengan makin menyusutnya cadangan bahan bakar

fosil, perlu terus dilakukan penelitian dan pengembangan sumber-sumber energi alternatif

yang terbarukan. Perlu dilakukan penelitian lapang untuk mengeksplorasi data ragam

pemanfaatan limbah padat pertanian di tingkat petani, untuk kemudian dapat dipetakan

potensi ketersediaan bahan baku yang memungkinkan untuk digunakan sebagai pupuk

dan bahan bakar (biogas dan biobriket). Sementara itu, penelitian skala laboratorium

bertujuan untuk membuat sampel biobriket yang dibuat melalui mesin screw extruder

sekaligus menguji karakteristik pembakaran dari berbagai jenis sampel terseleksi.

Analisis uji pembakaran sampel biobriket baik yang belum dikarbonisasi maupun yang

telah terkarbonisasi, penting artinya sebagai dasar evalusi dan/atau preparasi

pengembangan atau produksi dalam skala yang lebih besar. Perhitungan ekonomis

diperlukan sebagai melengkapi ilustrasi kelayakan pemanfaatan limbah padat pertanian

dalam skala komersial. Analisis lingkungan ditekankan pada bentuk-bentuk mitigasi

dan/atau adaptasi dari pemanfaatan limbah padat pertanian, baik sebagai pupuk organik,

biogas maupun binderless bio-briquette.

D. Hipotesis

1. Limbah padat pertanian berupa sekam padi, jerami padi, tongkol jagung, kulit

singkong dan serbuk gergaji sengon belum dimanfaatkan secara optimal di tingkat

kelompoktani.

2. Teknologi pembriketan dengan mesin tipe screw extruder dan pirolisis (karbonisasi)

akan meningkatkan kualitas termal dan karakteristik pembakaran biobriket limbah

padat pertanian.

Potensi Limbah Padat

Pertanian

Pemanfaatan kembali

(reuse)

Visi Pertanian

Berkelanjutan

(Pertanian Tanpa

Limbah)

34

Penelitian terdahulu

dilakukan terhadap bahan

baku tunggal dan teknologi

produksi yang berbeda.

Penelitian terkait belum

melibatkan aspek sosial

ekonomi dan lingkungan

secara komprehensif

Penelitian Eksperimen

(Laboratorium)

Produksi Sampel

Biobriket Limbah

Padat Pertanian (15

varians)

Penelitian Observasi

Lapang

Terdapat Potensi Sebagai

Pupuk Organik dan

Sumber Energi Alternatif

Perlu penelitian lapang untuk

mengetahui profil dan ragam

pemanfaatan existing termasuk

untuk pupuk organik&biogas

Perlu dilakukan penelitian

eksperimental pemanfaatan

limbah padat pertanian sebagai

energi alternatif biobriket

Uji Karakteristik

bahan dan

Pembakaran Sampel

Biobriket

Aspek Sosial-

Ekonomi dan

Lingkungan

terkait

Analisis Optimalisasi Pemanfaatan Limbah Padat Pertanian

Pemanfaatan

sebagai Pupuk

Organik&biogas

Gambar 5. Bagan Kerangka Umum Pemikiran Penelitian