Skripsirepository.ub.ac.id/3067/1/Pratama, Bayu Zikrillah.pdf · 2020. 6. 24. · Skripsi ini...

PENGARUH BENTONIT TERHADAP GASIFIKASI UPDRAFT

CANGKANG KELAPA SAWIT PADA TEMPERATUR 250oC, 350

oC

DAN 450oC

SKRIPSI

TEKNIK MESIN

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

BAYU ZIKRILLAH PRATAMA

NIM. 135060201111065

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

JUDUL SKRIPSI :

PENGARUH BENTONIT TERHADAP GASIFIKASI UPDRAFT CANGKANG

KELAPA SAWIT PADA TEMPERATUR 250oC, 350

oC DAN 450

oC.

Nama Mahasiswa : Bayu Zikrillah Pratama

NIM : 135060201111065

Program Studi : Teknik Mesin

Konsentrasi : Teknik Konversi Energi

KOMISI PEMBIMBING :

Dosen Pembimbing I : Dr. Eng. Nurkholis Hamidi, ST., M.Eng.

Dosen Pembimbing II : Prof. Dr. Ir. Rudy Soenoko, M.Eng.Sc

TIM DOSEN PENGUJI :

Dosen Penguji I : Dr. Eng. Anindito Purnowidodo, ST., M.Eng

Dosen Penguji II : Purnami, ST., MT

Dosen Penguji III : Francisca Gayuh Utami Dewi, ST., MT

Tanggal Ujian : 26 JULI 2017

SK Penguji : 917/UN10.6/SK/2017

Untuk Ayah, Ibu, dan Adik – adikku,

Terimakasih dari hati yang paling dalam,

telah menjadi inspirasi dan motivator terbesar dalam hidupku

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat,

nikmat, dan karunia-Nya yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi dengan judul, “Pengaruh Bentonit Terhadap Gasifikasi Updraft Cangkang

Kelapa Sawit Pada Temperatur 250oC, 350

oC Dan 450

oC” dengan baik. Sholawat serta

salam semoga tetap tercurahkan kepada junjungan kita Nabi Besar Muhammad SAW.

Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang untuk memperoleh gelar sarjana.

Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar-besarnya

kepada pihak-pihak yang telah membantu, membimbing, memberi petunjuk, dan dukungan

dalam penyelesaian skripsi ini :

1. Bapak Dr. Eng. Nurkholis Hamidi, ST., M. Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik Universitas Brawijaya dan dosen Pembimbing I yang telah

membimbing dan memberikan motivasi selama proses penyusunan skripsi ini hingga

selesai.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Rudy Soenoko, M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan motivasi, saran, sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi tepat waktu.

3. Bapak Purnami, ST., MT. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas

Brawijaya yang telah membantu kelancaran proses administrasi.

4. Ibu Dr. Eng. Widya Wijayanti, ST., MT. selaku Ketua Program Studi S1 Jurusan

Teknik Mesin Universitas Brawijaya yang telah membantu kelancaran administrasi.

5. Ibu Francisca Gayuh Utami Dewi, ST., MT. selaku Ketua Kelompok Dasar Keahlian

Konsentrasi Teknik Konversi Energi.

6. Bapak Dr. Ir. Wahyono Suprapto, MT.Met. yang telah membantu penulis dalam

merancang dan mempersiapkan Gasifier yang digunakan.

7. Bapak Ir. Ari Wahjudi, MT. Selaku dosen pembimbing akademik.

8. Seluruh Dosen Pengajar, Staf Administrasi, dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin

Universitas Brawijaya yang telah memberikan banyak ilmu dan bantuannya untuk

mendukung penyusunan skripsi ini.

9. Kedua orang tua tercinta, Bapak Syafrizal dan Ibu Maryatina, serta adik Arief Dwi

Ananda dan Annisa Septiani Wulandary. Terimakasih tak terhingga atas seluruh doa,

nasihat, inspirasi, dan dukungan yang telah diberikan.

ii

10. Keluarga Besar Asisten Motor Bakar, Bapak Dr. Eng. Mega Nur Sasongko, ST., MT

selaku kepala laboratorium, Bapak Eko selamet mujiono selaku laboran motor bakar.

Dan seluruh Asisten Laboratorium Motor bakar, Fitri, Fariz, Adimas, Welly, Sudar,

Mas Andre, Mas Alfan, Ichsan dan Eka.

11. Yang terkasih, Risa Widodary yang selalu mendoakan, memberi semangat dan

motivasi hingga skripsi ini selesai.

12. Keluarga Besar APATTE 62 Brawijaya, yang selalu memberikan pengalaman,

semangat dan doanya kepada saya.

13. Temen-teman seperjuangan skripsi, Puji rohmat, Adimas rangga, Andrety. Yang sudah

membantu menyelesaikan skripsi ini.

14. Sahabat-sahabat ku, Fariz, Fitriyani, Welly, Fayakun. Yang mendoakan dan selalu

memberikan semagat.

15. Teman-teman seperjuangan Mesin 2013 ‘Susah Seneng Tanggung Bareng’,

terimakasih atas solidaritas, kebersamaan, dan semua memori yang tak akan pernah

terlupakan.

16. Mbak Uz yang telah membantu dalam menyelesaikan format skripsi.

17. Keluarga Besar Mahasiswa Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya.

18. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dan

mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu,

saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan demi penyusunan skripsi

dengan baik.

Akhir kata, penulis berharap agar skripsi ini dapat berguna bagi kita semua sehingga

dapat menjadi acuan untuk penelitian lebih lanjut untuk kemajuan kita bersama.

Malang, juli 2017

Penulis

iii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ......................................................................................................... i

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ................................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... vi

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................... viii

RINGKASAN ....................................................................................................................... x

SUMMARY ......................................................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang .............................................................................................. 1

1.2. Rumusan Masalah ......................................................................................... 3

1.3. Batasan Masalah ............................................................................................ 3

1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................................... 3

1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 5

2.1 Penelitian Sebelumnya .................................................................................. 5

2.2 Gasifikasi ....................................................................................................... 8

2.2.1 Proses Proses Pada Reaktor Gasifikasi ................................................ 9

2.2.2 Jenis - jenis Gasifer .............................................................................. 9

2.3 Biomassa ....................................................................................................... 13

2.3.1 Selulosa ................................................................................................ 13

2.3.2 Hemiselilosa ......................................................................................... 14

2.3.3 Lignin ................................................................................................... 15

2.4 Cangkang Kelapa Sawit ................................................................................ 16

2.5 Bentonit ......................................................................................................... 18

2.6 Reaksi Dekomposisi ...................................................................................... 19

2.7 Syngas ............................................................................................................ 20

2.8 Hipotesa ......................................................................................................... 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................................ 23

3.1 Metode Penelitian .......................................................................................... 23

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................... 23

3.3 Variabel Penelitian ........................................................................................ 23

3.4 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................................. 24

iv

3.4.1 Alat Penelitian ...................................................................................... 24

3.4.2 Bahan Penelitian .................................................................................. 28

3.5 Prosedur Penelitian ........................................................................................ 29

3.6 Diagram Alir Penelitan ................................................................................. 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 33

4. 1 Data Hasil Penelitian ..................................................................................... 33

4. 2 Pembahasan dan Analisis Grafik ................................................................... 33

4.2.1 Hubungan Waktu terhadap Temperatur gasifikasi updraft cangkang

kelapa sawit pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C ................. 33

4.2.2 Hubungan Temperatur terhadap volume total gas yang dihasilkan dari

gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit pada temperatur 250 °C, 350

°C dan 450 °C ..................................................................................... 37

4.2.3 Hubungan Temperatur terhadap volume total gas yang dihasilkan dari

gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit pada temperatur 250 °C, 350

°C dan 450 °C. .................................................................................... 40

4.2.4 Perbandingan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi Updraft Cangkang

Kelapa Sawit Pada Temperatur 450 °C ............................................... 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 45

5. 1 Kesimpulan .................................................................................................... 45

5. 2 Saran ............................................................................................................... 45

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

v

DAFTAR TABEL

No Judul Halaman

Tabel 2.1 Analisa proksimat dan ultimate cangkang kelapa sawit ............................... .17

Tabel 2.2 Komposisi kimia bentonit ............................................................................. 18

Tabel 2.3 Kualitas Gas Produser dari Gasifier Biomassa ............................................. 20

Tabel 2.4 Nilai Kalori pada Syngas ............................................................................... 20

vi

DAFTAR GAMBAR

No Judul Halaman

Gambar 2.1 Grafik Hubungan antara Temperatur dan AFR terhadap composisi gas H2 .... 5

Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara Temperatur dan AFR terhadap composisi gas CH4 . 6

Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Temperatur dan AFR terhadap composisi gas CO .. 6

Gambar 2.4 Hasil thermogravimetric A. Cangkang, B. Serat dan C. Tandan Kosong ....... 7

Gambar 2.5 Data hasil analisis thermogravimetri limbah padat kelapa sawit .................... 8

Gambar 2.6 Mekanisme konversi biomassa ...................................................................... 10

Gambar 2.7 Gasifier Updraft ............................................................................................. 11

Gambar 2.8 Gasifier Downdraft ........................................................................................ 11

Gambar 2.9 Metode crossdraft gasifier ............................................................................. 12

Gambar 2.10 Metode fluidized gasifier .............................................................................. 12

Gambar 2.11 Sumber-sumber biomassa .............................................................................. 13

Gambar 2.12 Selulosa ......................................................................................................... 14

Gambar 2.13 Struktur molekul selulosa .............................................................................. 14

Gambar 2.14 Hemiselulosa ................................................................................................. 15

Gambar 2.15 Struktur molekul hemiselulosa ...................................................................... 15

Gambar 2.16 Struktur lignin ............................................................................................... 16

Gambar 2.17 Pohon kelapa sawit ........................................................................................ 17

Gambar 2.18 Cangkang Kelapa Sawit ................................................................................ 17

Gambar 2.19 Dekomposisi Biomassa ................................................................................. 19

Gambar 2.20 Produk dari syngas ........................................................................................ 20

Gambar 3.1 Instalasi Gasifikasi ......................................................................................... 24

Gambar 3.2 Advantech USB-4718 Data Logger ............................................................... 25

Gambar 3.3 Moisture Analyzer .......................................................................................... 27

Gambar 3.4 Gas Chromatogrphy ....................................................................................... 27

Gambar 3.5 Timbangan elektrik ........................................................................................ 28

Gambar 4.1 Hubungan Waktu terhadap Temperatur gasifikasi updraft cangkang kelapa

sawit pada temperatur 250 °C ....................................................................... 34



vii



Gambar 4.4 Laju Pemanasan Gasifikasi Updraft cangkang kelapa sawit Pada Temperatur

Transien 250 °C, 350 °C dan 450 °C ........................................................... 36

Gambar 4.5 Hubungan temperatur terhadap volume total gas yang dihasilkan dari

gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit pada temperatur 250 °C, 350 °C dan

450 °C ............................................................................................................ 38

Gambar 4.6 prosentase produk yang dihasilkan dari gasifikasi updraft cangkang kelapa






Gambar 4.9 Perbandingan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi Updraft Cangkang Kelapa

Sawit Pada Temperatur 450 °C ..................................................................... 42

viii

DAFTAR LAMPIRAN

No. Judul

Lampiran 1. Data Laju Pemanasan

Lampiran 2. Data GC ( Gas Chromatography)

Lampiran 3. Grafik GC ( Gas Chromatography)

Lampiran 4. Pengambilan data

ix

RINGKASAN

Bayu Zikrillah Pratama, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya,

Juli 2017, Pengaruh Bentonit Terhadap Gasifikasi Updraft Cangkang Kelapa Sawit Pada

Temperatur 250oC, 350

oC Dan 450

oC, Dosen Pembimbing : Nurkholis Hamidi dan Rudy

Soenoko

Ketersediaan energi fosil dialam sangat terbatas namun kebutuhan akan energi fosil

pada sektor industri, transportasi dan rumah tangga terus meningkat setiap tahunnya seiring

meningkatnya jumlah penduduk sehingga energi terbarukan sangatlah dibutuhkan guna

menggantikan energi fosil. Indonesia masuk dalam negara penghasil biomassa terbesar di

ASEAN. Biomassa merupakan Renewable Energy Sources (RES) yang tersedia secara

kontinu dialam seperti limbah hasil pertanian, perkotaan dan perternakan. Biomassa dapat

langsung dikonversikan menjadi energi terbarukan dengan teknologi konversi atau dapat

dibakar langsung. Gasifikasi merupakan konversi bahan bakar padat (biomassa) menjadi

gas dengan oksigen terbatas yang menghasilkan gas yang mampu bakar, seperti CH4, H2,

CO dan juga produk lainya berupa TAR dan CHAR. proses gasifikasi mengubah biomassa

menjadi syngas dengan kandungan utama hidrogen, karbon monoksida, karbon dioksida

dan metana. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan katalis

bentonit terhadap hasil gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit dengan mengamati

perubahan volume, laju pemanasan biomassa, dan komposisi gas.bentonit merupakan

katalis yamg sering ditemukan di alam dengan kandungan utama Al2O3 dan SiO2.

Sebanyak 200 gram cangkang kelapa sawit dipanaskan menggunakan temperatur

pemanasan 250°C, 350°C, 450°C dengan udara terbatas selama 2 jam dalam proses

gasifikasi. Seiring bertambahnya temperatur pemanasan, volume gas yang dihasilkan

semakin bertambah dengan menggunakan bentonit maupun tanpa menggunakan bentonit.

Dengan penambahan bentonit, volume gas yang dihasilkan semakin banyak dibandingkan

tanpa menggunakan bentonit. Hal ini di sebabkan oleh thermal cracking dan catalytic

cracking. Thermal cracking adalah proses pemecahan rantai hidrokarbon panjang menjadi

rantai hidrokarbon pendek dengan bantuan panas. Cataclytic cracking adalah proses

perengkahan yang di bantu oleh katalis.

Kata Kunci: Gasifikasi, cangkang kelapa sawit, temperatur, Katalis, Bentonit,

Dekomposisi, Syngas, catalytic cracking, thermal cracking.

x

SUMMARY

Bayu Zikrillah Pratama, Departement of Mechanical Engineering, Faculty of

Engineering, University of Brawijaya, May 2017, Effect of Bentonite on Updraft

Gasification of Palm Karnel Shell At Temperatures of 250°C, 350°C and 450°C. Academic Supervisior : Nurkholis Hamidi and Rudy Soenoko.

Availability of fossil energy in nature is very limited but the need for fossil energy in

the industrial sector, transport and households continued to increase each every year as

population increases, so renewable energy is needed to replace fossil energy. Indonesia is

the largest biomass producer in ASEAN. Biomass is Renewable Energy Sources (RES) are

available continuously in nature such as agricultural, urban and animal waste. Biomass can

be directly converted into renewable energy by conversion technology or can be burned

directly. Gasification is the conversion of solid fuels (biomass) to gas with oxygen is

limited which produces gas that is of flameable, such as CH4, H2, CO and other products

also in the form of TAR and CHAR. The gasification process converts biomass into syngas

with the main content of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and methane.. The

purpose of this research is to know the effect of the addition of bentonite catalysts updraft

gasification againstoil palm shells by observing changes in the volume, the rate of heating

biomass, and gas composition of bentonite is the catalyst. Treatise is often found in

nature withthe main content of Al2O3 and SiO2. A total of 200 grams of palm karnel shell

were heated using a heating temperatures of 250 ° C, 350 ° C, 450 ° C with limited air for

2 hours in the gasification process. As the temperature of heating increases, the volume of

gas produced increases with the use of bentonite and without using bentonite. With the

addition of bentonite, the volume of gas produced more than without using bentonite. This

is caused by thermal cracking and catalytic cracking. Thermal cracking is the process

of solving the long hydrocarbon chains into short hydrocarbon chains with the aid of heat

and cataclytic cracking is the solving process which aid of the catalyst.

Keywords: Gasification, palm karnel shells, temperature, catalyst, Bentonite,

decomposition, Syngas, catalytic cracking, thermal cracking.

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ketersediaan energi fosil dialam sangat terbatas namun kebutuhan akan energi fosil

pada sektor industri, transportasi dan rumah tangga terus meningkat setiap tahunnya seiring

meningkatnya jumlah penduduk sehingga energi terbarukan sangatlah dibutuhkan guna

menggantikan energi fosil. Indonesia masuk dalam negara penghasil biomassa terbesar di

ASEAN. Namun, indonesia masih dikatakan kurang maksimal dalam pengolahan dan

pemanfaatan biomassa. Pada tahun 2015 bauran energi terbarukan hanya sebesar 7,5%

terhadap total penyedia energi yang didominasi oleh biomassa. (BPPT, 2016)

Biomassa merupakan Renewable Energy Sources (RES) yang tersedia secara kontinu

dialam seperti limbah hasil pertanian. Biomassa dapat langsung dikonversikan menjadi

enargi terbarukan dengan teknologi konversi atau dapat dibakar langsung. Teknologi

konversi dapat mengkonversi biomassa menjadi energi terbarukan dengan maksimal

menggunakan proses gasifikasi. Pembakaran biomassa secara langsung memiliki banyak

kelemahan yaitu nilai kalor biomassa yang dibakar secara langung lebih rendah dan

memiliki banyak polusi karena partikulat yang tidak ikut terbakar.

Melalui proses teknologi gasifikasi biomassa akan dikonversikan secara termokimia

menggunakan teknologi potensial yang bertujuan untuk mengkonversi biomassa berbentuk

padatan atau cair sehingga menjadi flammable gas ( CO, CH4, H2) yang dapat di bakar

dengan suplai udara terbatas yaitu antara 20% hingga 40% udara tempat stoikiometri.

Gasifier merupakan reaktor dimana akan terjadinya gasifikasi. Selama proses gasifikasi,

rentang suhu antara 25oC hingga 150

oC, 150

oC hingga 600

oC, 600

oC hingga 900

oC, dan

800oC hingga 1400

oC akan terbentuk zona-zona yaitu, pengeringan, Pirolisa, Reduksi dan

Pembakaran. Gas hasil dari proses gasifikasi disebut biogas, producer gas atau syngas.

Pada penelitian kali ini akan menggunakan biomassa cangkang kelapa sawit (palm karnel

shell) dengan metode gasifikasi updraft.

Di Indonesia terdapat berbagai tanaman yang dibudidayakan secara luas, salah satu

tanaman yang dibudidayakan adalah kelapa sawit. Berdasarkan data dari Direktorat

Jenderal Perkebunan tentang statistik perkebunan kelapa sawit di indonesia tahun 2014-

2016, Pada era tahun 1970-an sampai dengan pertengahan tahun 2015-an, industri kelapa

2

sawit berkembang sangat pesat. Sejalan dengan perluasan areal hingga 11.672.861 Ha pada

tahun 2016 yang tersebar di pulau Sumatera, Kalimantan, Sulawesi dan Papua, dengan

perluasan area ini produksi kelapa sawit di indonesia terus meningkat yang artinya

berbanding lurus dengan produksi limbah kelapa sawit yang dihasilkan. Selama proses

pengolahan kelapa sawit, menghasil produk utama berupa Crude Palm Oil (CPO) dan

limbah. Untuk pemrosesan 1 ton kelapa sawit dapat menghasilkan limbah berupa tandan

kosong kelapa sawit (TKKS) sebanyak 230 kg atau 23%, limbah cangkang (Shell)

Sebanyak 65 kg atau 6,5%, wet decanter solid (lumpur sawit) 40 kg atau 4%,

Serabut(Fiber) 130kg atau 13% dan limbah cair sebanyak 50%.(Mandiri, 2012)

Cangkang kelapa sawit merupakan bagian keras yang terdapat pada buah kelapa sawit

yang berfungsi melindungi isi atau kernel. Cangkang kelapa sawit mengandung kalori

sebesar 5.656,7127 kkal/kg (Netty, 2012). Dengan peroses gasifikasi cangkang kelapa

sawit ini diharapkan dapat memaksimalkan energi yang ada pada cangkang kelapa sawit.

Pemanfaatan cangkang kelapa sawit menjadi energi terbarukan dapat mengganti energi

fosil saat ini dan dapat mengurangi limbah yang dihasilkan dari produksi kelapa sawit.

Melalui proses termokimia cangkang kelapa sawit dapat diubah menjadi energi dengan tiga

cara yaitu: pembakaran langsung (direct combustion), gasifikasi dan pirolisa.

Menurut Mochamad syamsiro (2015), keberadaan katalis mempunyai peranan penting

di dalam proses konversi biomassa karena dapat menurunkan kebutuhan energy yang

digunakan dibandingkan dengan proses yang tanpa katalis serta menghasilkan formasi

hidrokarbon cabang yang lebih banyak dan katalis juga dapat menurunkan waktu reaksi

inisiasi serta memperbaiki kuantitas dan kualitas produk keluarannya. Hal serupa juga

diungkapkan oleh widjajanti, 2015. Katalisator merupakan substansi yang mengubah laju

suatu reaksi kimia tanpa mempengaruhi produk akhir reaksi, katalisator akan mengalami

penggabungan dengan senyawa kimia dan akan terbentuk suatu kompleks antara substansi

tersebut dengan katalisator. Kompleks yang terbentuk hanya merupakan bentuk hasil

antara yang akan terurai menjadi produk reaksi dan molekul katalisator. Katalisator tidak

mengalami perubahan pada akhir reaksi, karena itu tidak memberikan energi ke dalam

sistem, tetapi akan memberikan mekanisme reaksi alternatif dengan energi pengaktifan

yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis, sehingga adanya katalis akan

meningkatkan laju reaksi.

Katalis adalah zat yang di gunakan untuk mempercepat reaksi kimia. Dialam banyak

menyediakan katalis yang dapat digunakan. Katalis berupa mineral yang berasal dari alam,

seperti bentonit. Kemampuan bentonit sebagai katalisator telah di uji oleh Dou (2016)

3

dimana penambahan bentonit dapat meningkatkan komposisi dan volume gas pada suhu

rendah.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Bagaimana pengaruh penambahan bentonit sebagai katalis dalam proses gasifikasi

terhadap produk gas hasil gasifikasi dari hasil limbah cangkang kelapa sawit (palm

karnel shell)?

2. Bagaimana pengaruh variasi temperatur terhadap produktifitas gas hasil gasifikasi, laju

reaksi dan efisiensi gasifikasi cangkang kelapa sawit (palm karnel shell) ?

1.3 Batasan Masalah

Agar penelitian ini lebih terarah, peneliti memfokuskan masalah – masalah pada

penelitian ini :

1. Suhu ruangan pada saat proses gasifikasi adalah 27oC.

2. Pada sistem gasifikasi terjadi proses secara adiabatis.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk:

1. Mengetahui pengaruh penambahan bentonit sebagai katalis terhadap gas hasil reaksi

limbah cangkang kelapa sawit (palm karnel shell) melalui proses gasifikasi.

2. Mengetahui laju produksi dan efisiensi gas yang dihasilkan proses gasifikasi cangkang

kelapa sawit (palm kernel shell).

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat penelitian ini adalah

1. Memberikan pengetahuan terhadap masalah energi terbarukan yang akan

menggantikan bahan bakar fosil (bahan bakar tak-terbarukan) yang semakin menipis.

2. Memberikan solusi tentang penggunaan energi fosil yang jumlah semakin menipis.

3. Mendaur ulang limbah cangkang kelapa sawit sebagai salah satu biomassa yang dapat

dikonversikan menjadi gas melalui metode gasifikasi.

4. Memberikan pengetahuan dan wawasan tambahan bagi penulis maupun pembaca

tentang pembuatan biogas dari cangkang kelapa sawit dengan katalis bentonit.

4

5. Memberikan pengetahuan atau masukan mengenai energi terbarukan kepada industri-

industri di indonesia sehingga beralih menggunakan biogas hasil dari gasifikasi

biomassa.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Sebelumnya

Dengan bertambahnya konsumsi energi fosil dimasyarakat mengakibatkan cadangan

energi fosil semakin menipis, hal ini membuat masyarakat mulai melirik energi terbarukan

yang berasal dari biomassa dengan teknologi gasifikasi sehingga menghasilkan flammeble

gas, tar dan char. Dengan perkembangan ini, effisiensi dalam memproduksi hasil gasifikasi

terutama flammable gas terus ditingkatkan. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal

penelitian - penelitian terus dilakukan.

Dillibabu, melakukan penelitian pada tahun 2014 tentang pengaruh temperatur dan

equivalence ratio pada biomassa. Pada penelitian tersebut Dillibabu menggunakan serabut

kelapa sebagai biomassa dengan tujuan mengetahui temperatur pemanasan dan

equivalence ratio terhadap nilai mol gas H2, CH4, CO dan N2. Dillibabu menggunakan

temperatur pemanasan 200 – 1200oC dan equivalence ratio 0.3 sampai 0.6 pada

penelitiannya dengan hasil sebagai berikut:

Gambar 2.1 Grafik Hubungan antara Temperatur dan AFR terhadap composisi gas H2

Sumber: Dillibabu (2014)

6

Pada gambar 2.1 Dilibabu menjelaskan hubungan antara temperatur dan AFR

terhadap komposisi gas H2 yang terbentuk. Dengan kenaikan temperatur pemanasan, gas

H2 yang terbentuk semakin meningkat hingga titik puncak 600oC – 700

oC kemudian

menurun secara perlahan. Dillibabu juga menjelaskan pada AFR 0.3 komposisi gas H2

yang terbentuk paling banyak.

Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara Temperatur dan AFR terhadap composisi gas CH4

Sumber: Dilibabu (2014)

Pada gambar 2.2 Dilibabu menjelaskan hubungan antara temperatur dan AFR

terhadap komposisi gas CH4 yang terbentuk. Dengan temperatur pemanasan 400oC, gas

CH4 yang terbentuk berada pada jumlah terbanyak. Pada AFR 0.3 komposisi gas CH4 yang

terbentuk paling banyak.

Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Temperatur dan AFR terhadap composisi gas CO Sumber: Dillibabu (2014)

Pada gambar 2.3 Dillibabu menjelaskan Semakin tinggi temperatur maka gas CO yang

terbentuk juga semakin tinggi, hal ini dikarenakan nilai mol gas yang semakin tinggi.

Dalam penelitian Dillibabu (2014) menggunakan softwere thermo-chemical

FACTSAGE 6.3. Analisis ini dibuat mengenai pengaruh temperatur dan equivalence ratio

7

terhadap komposisi gas dan nilai kalor, dengan kisaran suhu 200-1200C dan equivalence

ratio 0,3 sampai 0,6. Kondisi optimum untuk nilai kalor gas yang lebih tinggi ditemukan

pada equivalence ratio 0,3 dan 700C.

Selanjutnya raharjo (2009), melakukan penelitian dengan membandingkan kandungan

fix carbon dan fuel ratio antara cangkang kelapa sawit, serat sawit dan tandan kosong

kelapa sawit.

A B

C

Gambar 2.4 Hasil thermogravimetric A. Cangkang, B. Serat dan C. Tandan Kosong

Sumber: Raharjo (2009)

Berdasarkan Gambar 2.4 terjadi proses pembakaran pada char dengan terlepasnya

panas (kurva biru).Moisture akan hilang pada suhu 107oC, setelah itu proses selanjutnya

terjadi devolatilisasi materi organic hingga mencapai suhu 900oC.

8

Gambar 2.5 Data hasil analisis thermogravimetri limbah padat kelapa sawit

Sumber: Raharjo (2009)

Dari gambar 2.5 dapat dilihat bahwa kandungan fix carbon dan fuel ratio cangkang

lebih besar dibandingkan serat dan tandan kosong sawit. Pada proses gasifikasi ,

kandungan fix carbon yang tinggi akan menghasilkan gas CO yang tinggi sedangkan

volatile matter (VM) yang di hasilkan akan menghasilkan gas hidrogen. Fuel ratio yang

paling tinggi dari ketiga limbah sawit di miliki oleh cangkang maka cangkang memiliki

nilai energi paling tinggi dari ketiga limbah.

Dou, 2016 , melakukan penelitian pirolisis menggunakan biji nanas dan biji mangga

dengan menggunakan bentonit sebagai katalisator. Dimana hasilnya adalah penambahan

bentonit meningkatkan kadar hydrogen ( H2 ) dan metana ( CH4 ) pada produksi gas hasil

pirolisis meskipun pada temperature rendah. Penambahan bentonit dapat meningkatkan

volume gas yang dihasilkan. Pada suhu 300 °C merupakan suhu dengan volume gas

tertinggi. Jadi penambahan katalis bentonit pada proses pirolisis berfungsi untuk

mengoptimalkan produksi dan komposisi gas meskipun pada temperature pirolisis rendah.

2.2 Gasifikasi

Gasifikasi merupakan salah satu teknologi pembentuk energi terbarukan dengan

memanfaatkan biomassa yang terdapat dialam dengan cara mengkonversi bahan padat

maupun cair menjadi gas yang dapat digunakan sebagai energi terbarukan. Gas yang

dihasilkan dari proses gasifikasi ini merupakan gas yang dapat terbakar seperti, CH4, H2,

CO dan senyawa yang sifatnya tidak murni seperti, H2S, CO2, dan TAR. Gasifikasi ini

mengunakan proses degradasi termal material organic pada temperature tinggi didalam

pembakaran yang tidak sempurna. Proses gasifikasi pada biomassa terjadi pada alat yang

dinamakan gasifier. Pada gasifier biomassa di panaskan dengan minim oksigen sehingga

pembakaran didalam gasifier tidak sempurna. Hasil pembakaran yang berupa uap air dan

9

karbon dioksida direduksi sehingga berubah menjadi gas yang mudah terbakar seperti

karbon monoksida ( CO ), hydrogen (H2) dan methan ( CH4 ). Gas-gas yang terbentuk dari

proses gasifikasi inilah yang akan menggantikan peran bahan bakar fosil yang semakin

menipis keberadaannya. Gas ini dapat dimanfaatkan untuk bahan bakar transportasi,

industri, dan rumah tangga yang selama ini menggunakan bahan bakar fosil.

Proses gasifikasi merupakan suatu proses kimia untuk mengubah material berkarbon

mejadi gas mampu bakar. Oleh karena itu, gasifikasi memerlukan bahan baku material

yang mengandung hidrokarbon seperti batubara dan biomassa. Pada gasifier inilah terjadi

proses pemanasan sampai temperature reaksi tertentu dan selanjutnya menghasilkan gas

mampu bakar dan sisa hasil pembakaran lainya.

2.2.1 Proses Proses Pada Reaktor Gasifikasi

Gasifikasi merupakan suatu proses kimia untuk mengubah material berkarbon mejadi

gas mampu bakar. Selama proses gasifikasi molekul molekul hidrokarbon yang memiliki

rantai panjang dipecah menjadi molekul yang lebih kecil dan sederhana dalam bentuk gas.

Sisa dari proses gasifikasi berupa char dan tar. char merupakan sisa dari bahan baku

gasifikasi yang tidak berubah menjadi gas, sementara tar merupakan hasil kondesasi dari

gas yang keluar dari gasifier. Gas yang keluar dari reaktor gasifikasi masih mengandung

air oleh karena itu perlu adanya kondesasi agar gas yang dihasilkan menjadi lebih optimal.

Gas gas yang tidak dapat dikondesasi terdiri dari CO2, CO, CH4 dan H2.

Perpindahan panas yang terjadi didalam gasifier selama proses gasifikasi terjadi

melalui partikel biomassa yang paling luar dari heater secara radiasi, konduksi dan

konveksi. Berikut ini adalah perpindahan panas yang terjadi dalam proses gasifikasi :

- Perpindahan panas secara konduksi terjadi di dalam partikel biomassa

- Perpindahan panas secara konveksi terjadi pada pori-pori biomassa

- Konveksi dan radiasi dari permukaan partikel biomassa

10

Gambar 2.6 Mekanisme konversi biomassa

Sumber: Basu,(2010, P.9)

Biomassa pada temperature 200 °C – 300 °C mulai terdekomposisi termal dan

menghasilkan CO, CO2, H2 dan H2O menguap sebagai gas. Dekomposisi termal adalah

reaksi pembangkitan panas yang merupakan karakteristik dari biomasa ( Cn Hm Op ).

Setelah proses dekomposisi termal ketika temperature tetap dinaikan hidrokarbon ringan (

CxHy) dirubah menjadi hidrokarbon berat ( CxHy) yang titik didih tinggi.

2.2.2 Jenis Jenis Gasifier

Berdasarkan arah aliran fluida gas didalam reaktor gasifikasi pada umumnya dibagi

menjadi dua yaitu :

a. Gasifier Updraft

Pada gasifier tipe updraft ciri dari sistem ini adalah alrah aliran udara dari blower

masuk melalui bagian bawah gasifier. Pada gasifikasi tipe ini udara masuk melalui bagian

bawah gasifier sehingga terjadi proses pembakaran tidak sempurna. Sementara produksi

gas mampu bakar dikeluarkan melalui bagian atas dari gasifier. Produksi gas mampu

dikeluarkan melalui bagian atas dari reactor sedangkan abu dari proses reaksi jatuh ke

bagian bawah gasifier karena pengaruh gaya gravitasi dan berat jenis abu sehingga

kandungan menjadi lebih bersih. Gas mampu bakar kemudian bergerak menuju bagian atas

gasifier yang memiliki temperature lebih rendah. Selain itu kelebihan dari tipe ini adalah

dapat digunakan dalam skala kecil dan char yang dihasilkan hampir tidak ada karbon

11

karena terbawa oleh gas keatas. Kekurangan dari tipe ini adalah memiliki hasil tar yang

tinggi.

Gambar 2.7 Gasifier Updraft

Sumber: Nguyen (2012)

b. Gasifier Downdraft

Pada gasifier tipe downdraft ciri dari sistem ini adalah arah aliran udara dari blower

masuk melalui bagian atas gasifier. Pada gasifikasi tipe ini udara masuk melalui bagian

atas gasifier sehingga terjadi proses pembakaran tidak sempurna. Sementara produksi gas

mampu bakar dikeluarkan melalui bagian bawah gasifier. Produksi gas mampu dikeluarkan

melalui bagian bawah dari reactor. Pada tipe ini gas yang dihasilkan cenderung lebih kotor

dari pada tipe updraft karena kandungan char ikut terbawa keluar oleh gas karena pengaruh

gaya gravitasi. Oleh karena itu, kelemahan dari tipe ini adalah sulit untuk mengendalikan

abu yang keluar bersamaan dengan gas hasil gasifikasi.

Gambar 2.8 Gasifier Downdraft


12

c. Reaktor Gasifikasi Tipe Crossdraft

Pada reaktor ini, aliran udara mengalir tegak lurus dengan arah gerak zona

pembakaran. Reaktor tipe ini memungkinkan operasi yang berkesinambung apabila

memiiki sistem pengeluaran abu yang baik

Gambar 2.9 Metode crossdraft gasifier


d. Reaktor Gasifikasi Tipe Fluidized Bed

Berbeda dengan tipe – tipe reaktor gasifikasi sebelumnya, pada reaktor gasifikasi tipe

ini bahan bakar bergerak di dalam reaktor. Sebuah fan bertekanan tinggi diperlukan untuk

menggerakkan bahan bakar yang sedang digasifikasi. Reaktor gasifikasi tipe ini sangat

cocok untuk keperluan industri karena mahalnya ongkos yang dikeluarkan

Gambar 2.10 Metode fluidized gasifier

Sumber: Basu (2010, p.111)

13

2.3 Biomassa

Biomassa adalah sebuah sebutan yang diberikan untuk material yang tersisa dari

hewan maupun tumbuhan seperti limbah pertanian, limbah perhutanan, kotoran hewan

serta limbah organic lainya. Biomassa merupakan salah satu sumber energi alternatif yang

ramah lingkungan. Energi yang terkandung dalam biomassa berasal dari matahari. Melalui

fotosintesis, karbondioksida diudara ditransformasi menjadi molekul karbon lain (misalnya

gula dan selulosa) dalam tumbuhan. Sedangkan hewan memperoleh energi dari tumbuhan

yang dimakannya atau dari memakan hewan lain. Energi kimia yang tersimpan dalam

dalam tanaman dan hewan (akibat memakan tumbuhan atau hewan lain) atau dalam

kotorannya dikenal dengan nama bio-energi (Yulistiani, 2009).

Gambar 2.11 Sumber-sumber biomassa

Sumber: Buku Panduan Energi yang Terbarukan (2010)

Biomassa merupakan salah satu bentuk energi baru terbarukan (EBT) yang tersedia

dalam jumlah besar dan sangat cocok untuk dikembangkan di Indonesia. Indonesia

tergolong sebagai negara agraris, dimana sangat melimpahnya lahan pertanian yang ada di

Indonesia menyebabkan banyaknya limbah pertanian di Indoneisa yang belum

termanfaatkan dengan baik. Biomassa tersusun atas selulosa, hemiselulosa dan lignin.

Struktur tersebut yang akan terurai atau terdekomposisi pada saat dilakukanya proses

gasifikasi.

2.3.1 Selulosa

Selulosa merupakan senyawa organik dengan rumus (C6H10O5)n, derajat polimerisasi

ditunjukan oleh huruf n dengan kisaran beberapa ratus hingga lebih dari sepuluh ribu

14

monomer glukosa ( JIE, 2002 ). Setiap monomer glukosa memiliki tiga gugus hidroksil (-

OH). Sebanyak 36 molekul selulosa terikat bersama sama oleh ikatann hydrogen

membentuk seberkas fibril elementer. Fibril elementer bergabung membentuk mikrofibril,

kemudian mikrofibril bergabung membentu fibril dan akhirnya membentuk serat serat

selulosa. (Sjostrom, 1993 )

Selulosa merupakan unsur struktural dan komponen utama penyusun dinding sel dari

tumbuh tumbuhan. Sekitar 33% dari semua materi tanaman adalah selulosa. Selulosa

menjadi komponen kimian utama dalam membentuk serat dinding kayu dan berat totalnya

sekitar 40-45% dari berat kering kayu (Sjostrom, 1993). Dekomposisi selulosa mulai

terjadi pada temperatur 260-350°C.

Gambar 2.12 Selulosa

Sumber: Fengel (1995)

Gambar 2.13 Struktur molekul selulosa

Sumber: Basu (2010)

2.3.2 Hemiselulosa

Hemiselulosa merupakan polisakarida dimana unit-unitnya tersusun atas

monosakarida. Hemiselulosa adalah heteropolimer denagan berbagai monomer gula

dimana rantai molekulnya lebih pendek dari selulosa. Derajat polimerisasi berkisar antara

50 sampai 200, oleh karena itu derajat polimerisasi lebih kecil dari pada selulossa sehngga

15

lebih mudah terurai jika dibandingkan dengan selulosa, serta hemiselulosa mudah terlarut

dalam larutan alkali.

Hemiselulosa tersusun dari pentosan (C5H8O4) dan heksosan (C6H10O5). Berat

kandungan hemiselulosa sekitar 20-30% dari berat kering kayu. Dekomposisi

hemiselulosa mulai terjadi pada temperatur 200-240°C.

Gambar 2.14 Hemiselulosa

Sumber: Fengel (1995)

Gambar 2.15 Struktur molekul hemiselulosa

Sumber: Basu (2010)

2.3.3 Lignin

Lignin atau zat kayu adalah salah satu zat komponen penyusun tumbuhan. Komposisi

bahan penyusun ini berbeda-beda bergantung jenisnya. Berbeda dengan selulosa yang

terbentuk dari gugus karbohidrat, struktur kimia lignin sangat kompleks dan tidak berpola

16

sama. Lignin tidak dapat diuraikan menjadi satuan monomer, karena bila dihidrolisis

monomer sangat cepat teroksidasi sehingga cepat terjadi reaksi kondesasi.

Lignin terutama terakumulasi pada batang tumbuhan berbentuk pohon dan semak.

Lignin umumnya terdapat didaerah lamella tengah. Pada batang, lignin berfungsi sebagai

bahan pengikat komponen penyusun lainnya sehingga memberi kekuatan mekanis dan

perlindungan pada batang. Oleh sebab itu, lignin merupaka komponen biomassa yang sulit

dipecah. Dekomposisi lignin mulai terjadi pada temperatur 280 °C – 500 °C.

Gambar 2.16 Struktur lignin

Sumber: Basu (2010)

2.4 Cangkang Kelapa Sawit

Cangkang kelapa sawit merupakan sisa dari hasil pengolahan kelapa sawit yang dapat

di jadikan salah satu biomassa yang berpotensi menghasilkan energi. Dengan jumlah 79%

produksi tandan buah segar (TBS) kelapa sawit di hasilkan di asia. Suplai produksi kelapa

sawit untuk Asia 95% berasal dari Indonesia dan Malaysia. 94 juta ton produksi tandan

buah segar menghasilkan 43%-45% limbah berupa limbah padat serabut,tempurung dan

tandan kosong. Di Indonesia sendiri limbah kelapa sawit yang di hasilkan 8,2 juta ton

pertahun limbah padat berupa serabut,batok dan tandan buat kosong atau setara dengan

energi sebesar 67 GJ/tahun ( The Bronzoek Group, 1999 dalam Vidian,2011).

Potensi yang dihasilkan cangkang kelapa sawit cukup besar bila dimanfaatkan sebagai

bahan bakar karena nilai kalor yang dimilikinya cukup tinggi setara dengan batubara jenis

lignit, pada tabel 2.1 Dapat dilihat hasil analisa proximat dan ultimate dari cangkang

kelapa sawit.

17

Tabel 2.1

Analisa proksimat dan ultimate cangkang kelapa sawit

Analisa/Parameter Cangkang Sawit

Proksimat(%berat)

Kadar air

Zat terbang

Abu

Karbon tetap

Low Heating Value

Ultimate (%berat)

C

H

O

N

S

6,12

56,64

10,62

26,62

4594

48,8

6,32

43,59

0,21

0,01

Sumber: Vidian F. (2009) dan Bahrin D. (2009).

Gambar 2.17 Pohon kelapa sawit

Sumber: Eni (2015)

Gambar 2.18 Cangkang Kelapa Sawit

Sumber: Ratnasari (2011)

18

2.5 Bentonit

Bentonit merupakan sejenis tanah lempung yang secara alami mempunyai kemampuan

mengembang sampai 15 kali volume keringnya jika menyerap air. Mineral bentonit

memiliki diameter kurang dari 2 μm, yang mengandung silika, aluminium oksida dan

hidroksida yang dapat mengikat air ( Alvin, 2012 ). Bentonit merupakan istilah dalam

dunia perdagangan untuk clay yang mengandung monmorillonit. Kandungan utama

bentonit adalah mineral monmorilonit (80%) dengan rumus kimia [Al l.67 Mg0.33 ( Na0.33

)]Si4O10 (OH)2. Bentonit banyak terdapat secara luas di semua benua. Bentonit dikenal dan

dipasarkan dengan berbagai sinonim seperti sabun tanah liat, sabun mineral, wilkinite,

staylite, vol-clay, aquagel, ardmorite, dan refinite (Johnston, 1961).

Secara umum bentonit dibagi menjadi dua. Berdasarkan komponen penyusunmya

yaitu Na-bentonit da Ca-bentonit. Natrium bentonit ( Na-bentonit ) mengandung relatif

lebih banyak ion Na+

dibandingkan dengan ion Ca2+ dan Mg2

+. Bentonit ini dapat

mengembang hingga 8 − 15 kali apabila dicelupkan ke dalam air dan tetap terdispersi

beberapa waktu di dalam air. Pada bentonit jenis ini, posisi pertukaran ion terutama

ditempati oleh ion natrium. Sementara itu, kalsium bentonit ( Ca-bentonit ) mengandung

lebih banyak ion Ca2+ dan Mg2

+, kurang menyerap air, tetapi secara alamiah atau setelah

diaktifkan dengan asam, menjadi adsorben yang baik dan tetap terdispersi dalam air. Pada

bentonit jenis ini posisi pertukatran ion di dominasi oleh ion ion kalsium dan magnesium (

Alvin, 2012 ).

Bentonit termasuk mineral yang memiliki gugus alumino-silikat. Unsur-unsur kimia

yang terkandung dalam bentonit diperlihatkan pada :

Tabel 2.2

Komposisi kimia bentonit

Sumber: Puslitbang Tekmira (2005)

19

Biomassa dengan katalis bentonit saat proses pirolis menghasilan lebih banyak gas dan

meningatkan kandungan hydrogen dan metana meskipun pada temperature yang rendah (

Dou, 2016 ). Pada prosesnya terdapat perpindahan atom ( - ) atau atom ( + ) dari bentonit

ke biomasssa. Pada biomasa terdapatikatan –OH dimana unsur O merekat dengan unsur H

dan bergerak bebas serta mudah melepas sehingga kekosongan antara unsur O dan H dapat

digantikan oleh bentonit. Proses perpindahan atom bentonit terjadi di permukaan dimana

atom yang bermuatan tersebut akan menyerap energi panas saat proses gasifikasi

berlangsung.

Dengan adanya bentonit proses dekomposisi pemutusan ikatan rantai hidrokarbon

panjang pada selulosa, hemiselulosa dan lignin menjadi rantai hidrokarbon pendek menjadi

lebih cepat. Hal itu dikarenakan kandungan alumina ( Al2O3 ) pada bentonit membuat

bentonit berfungsi sebagai perambat panas yang baik sehiggga proses penyerapan energi

panas berlangsung secara optimal menyebabkan mempercepat proses dekomposisi pada

biomassa.

Bentonit juga dapat membantu menghilangka kandungan racun pada proses gasifikasi.

Amonia ( NH3 ) merupakan molekul yang sangat beracun dan merupakan gas yang tidak

mudah terbakar. Ammonia dapat menurunkan pH dan dapat memperlambat proses co-

digestion Oleh karena itu kandungna ammonia pada gas hasil gasifikasi sangat merugikan.

Penambahan bentonit dengan kandungan Ca+ dan Na

+ dapat membantu mengurangi

konsentrasi dari kandungan ammonia.

2.6 Reaksi Dekomposisi

Reaksi dekomposisi adalah reaksi kimia yang menghasilkan produk dari pemecahan

reaktan. Reaktan di pecah menjadi bentuk produk yang lebih sederhana. Bentuk paling

umum dari reaksi dekomposisi adalah AB = A+B.

Contoh reaksi dekomposisi secara spontan hydrogen peroxide (2H2O2)

2H2O2 = 2H2O + O2

Gambar 2.19 Dekomposisi Biomassa

Sumber: Hrabovsky (2011)

20

2.7 Syngas

Syngas adalah gabungan yang terdiri dari carbon monoxide, carbon dioxide dan

hydrogen. Syngas merupakan hasil dari proses gasifikasi biomassa atau jenis material lain

yang mengandung karbon. Syngas dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar pada

manufaktur dan pembangkit listrik. Komposisi yang terkandung dalam satuan unit massa

bahan bakar dan satuan unit volume dapat menentukan nilai LHV bahan bakar dan LHV

syngas. Pada tabel 2.3 dapat dilihat komposisi antara bahan bakar dan syngas.

Tabel 2.3

Kualitas Gas Produser dari Gasifier Biomassa

Sumber: Khoirusman, 2008

Tabel 2.4

Nilai Kalori pada Syngas

Sumber: Kurniawan, 2012

Gambar 2.20 Produk dari syngas

Sumber: http://www.plasmatechno.com/plasma-gasifikasi

http://www.plasmatechno.com/plasma-gasifikasi

21

2.8 Hipotesa

Seiring bertambahnya temperatur, syngas yang dihasilkan akan semakin banyak.

Dengan penambahan katalis bentonit menjadikan proses dekomposisi cangkang kelapa

sawit lebih cepat sehingga pada temperatur rendah syngas yang dihasilkan akan lebih

banyak dibandingkan tanpa bentonit. Dengan penurunan temperatur dekomposisi cangkang

kelapa sawit menjadikan energi aktivasi yang digunakan untuk proses gasifikasi lebih

rendah . Dan dengan kandungan Ca+ dan Na

+ yang terkandung pada bentonit menyebabkan

gas ammonia yang terbentuk oleh gasifikasi akan semakin sedikit.

23

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental ( eksperimental research ). Dalam

penelitian ini peneliti menggunakan biomassa cangkang kelapa sawit (palm karnel shell)

untuk dijadikan sebagai bahan bakar alternatif dengan bantuan katalis menggunakan

bentonit dengan variasi temperature pemanasan. Proses gasifikasi menggunakan proses

gasifikasi updraft.

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari – juli 2017 yang bertempat di

Laboratorium Motor Bakar Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Brawijaya, Malang.

3.3 Variabel Penelitian

Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Variabel bebas

variabel bebas yang digunakan dalam penelitian ini adalah temperature pemanasan

250 °C, 350 °C dan 450 °C dan prosentase campuran cangkang kelapa sawit dengan kadar

katalis bentonit sebesar 0 gram dan 200 gram

b. Variabel terikat

variable terikat pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Volume gas yang dihasilkan.

2. kandungan gas yang dihasilkan.

3. Laju pemanasan pada proses gasifikasi.

c. Variabel terkontrol

Variabel terkontrol pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Cangkang kelapa sawit sebanyak 200 Gram.

2. Lama waktu gasifikasi 2 jam.

24

3.4 Alat dan Bahan Penelitian

3.4.1 Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Instalasi Gasifier

Gasifier digunakan dalam proses gasifikasi biomasa dimana bahan baku utamanya

adalah cangkang kelapa sawit. Cangkang kelapa sawit dan bentonit dimasukkan ke dalam

gasifier yang sebelumnya telah diaktivasikan dan diatur suhu pemanasannya melalui

thermocontroller seperti ditunjukkan pada Gambar dibawah.

Gambar 3.1 Instalasi Gasifikasi

Penjelasan gambar :

1. Laptop

Laptop digunakan untuk melihat data yang dihasilkan oleh data logger yang

tersambung dengan thermocouple.

2. Thermocontroller

Thermocontroller digunakan untuk mengatur arus yang masuk ke dalam heater

sehingga dapat mengatur temperatur di dalam gasifier, thermocontrol ini juga

berfungsi sebagai saklar dari gasifier.

3. Thermocouple

Thermocouple digunakan untuk mengukur besarnya temperatur pada gasifier.

Menggunakan tipe K agar dapat diubah ke dalam data digital. Thermocouple tipe K

Keterangan Gambar :

1. Laptop

2. Thermocontroler

3. Thermocouple

4. Data logger

5. Heater

6. Tungku/ Furnace

7. Tabung elemeyer

8. Tabung Ukur

9. Sampling bag

25

ini mampu membaca temperatur sampai 1000°C, dengan geometri panjang sensor 10

cm dan diameter sensor 4 mm.

4. Data logger

Data logger digunakan untuk mengetahui laju pemanasan pada saat

melaksanakan proses gasifikasi.

Spesifikasi data logger:

Channels 8 differential

Input Type mV,V dan mA

Input Range J,K,T,E,R,S dan B

Uni-polar: 0-15mV,0-50 mV

0-100 mV,0-500mV

0-1V,0-2.5V,0-20mA,4-20mA

Sampling Rate 10 samples/s (total)

Accuracy 0.%or better (voltage dan current input)

Zero Drift 0.3uV/oC

Span Drift 25 ppm/ oC

CMR@ 50/60HZ 92 dB

Input Impendance 1.8M

Gambar 3.2 Advantech USB-4718 Data Logger

5. Heater

Heater adalah kumparan pemanas yang digunakan untuk pemanas biomassa pada

proses gasifikasi.

26

6. Tungku biomassa / furnace

Tungku biomassa / furnace berupa besi berbentuk silinder dengan ukuran

diameter 20 cm.

7. Tabung Elemeyer

Tabung elemeyer digunakan untuk menampung kandungan tar pada proses

gasifikasi. Tar dapat hilang akibat proses kondesasi, oleh karena itu dibutuhkan suhu

yang lebih rendah saat proses kondensasi sehingga kandungan tar pada gas dapat

terurai pada tabung elemeyer.

8. Tabung Ukur

Tabung Ukur digunakan untuk mengukur Volume total gas yang keluar dari

gasifier dan setelah dikondesasi.

9. Sampling Bag

Sampling Bag digunakan untuk menampung gas hasil gasifikasi yang telah

dikondesasi.

2. Moisture Analyzer

Pada penelitian ini Moisture Analyzer digunakan untuk menguji kadar air yang

terkandung pada cangkang kelapa sawit dan bentonit.

Spesifikasi :

Type : MOC-120H

Measurement Format : Evaporation weight loss method

Sample weight : 0,5-120 g

Minimum display : Moisture content 0,01%; weight : 0.001 g

Measurable quantities : Moisture content (wet and dry base), weight, solid.

Heater temperature : 30-200°C

Display : Backlit LCD (137 x 43mm)

Heat source : 625 Watt

Power Supply : AC 100-120 / 220-240 V (50/60 Hz)

Power comsumption : Max 640 Watt

27

Gambar 3.3 Moisture Analyzer

3. Oven

Digunakan sebagai tempat untuk mengeringkan cangkang kelapa sawit dan bentonit

dengan temperatur 100°C.

4. Stopwatch

Pada penelitian ini Stopwatch berfungsi untuk mengukur waktu gasifikasi dan waktu

pengovenan.

5. Gas Chromatography (GC)

GC merupakan alat yang digunakan untuk meanganalisa kandungan komposisi kimia.

Pada gas hasil gasifikasi pada penenlitian ini.

Spesifikasi :

Merk : SIMADZU 2010

Gambar 3.4 Gas Chromatogrphy

28

6. Mesh

Untuk penyeragaman ukuran biomassa dan katalis yang akan digunakan dalam proses

gasifikasi.

7. Timbangan Elektrik

Timbangan elektrik digunakan untuk menimbang massa dari cangkang kelapa sawit

dan bentonit sebelum proses gasfikasi berlangsung.

Spesifikasi :

Merk : ACIS BC 500

Kapasitas maksimal : 500 gram

Gambar 3.5 Timbangan elektrik

3.4.2 Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah :

1. Cangkang kelapa sawit

Cangkang kelapa sawit merupakan specimen yang digunakan pada

penelitian dan diukur hasil volume dan komposisi kimia gas setelah dilakukan

proses gasifikasi.

2. Serbuk bentonit

Serbuk bentonit digunakan sebagai katalisator yang digunakan untuk

mempercepat proses dekomposisi cangkang kelapa sawit agar volume gas yang

dihasilkan semakin banyak.

3.5 Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian pada penelitian ini meliputi :

29

1. Proses Pembersihan cangkang kelapa sawit

Tujuan pembersihan cangkang kelapasawit agar cangkang bersih dari

kotoran-kotoran yang ikut terbawa dan untuk menyeragamkan ukuran.

2. Proses penyaringan serbuk bentonit

Tujuan penyaringan bentonit agar bersih dari kotoran-kotoran yang ikut

terbawa dan untuk menyeragamkan ukuran.

3. Proses pengeringan cangkang kelapa sawit

a. Menyiapkan oven untuk proses pengeringan

b. Mengatur termperatur pada oven dengan temperatur 100 oC

c. Menimbang cangkang kelapa sawit yang sudah disiapkan

d. Memasukan cangkang kelapa sawit ke dalam oven ketika temperatur pada oven

mencapai 100 oC

e. Melakukan proses pengeringan selama 3 jam

f. Setelah proses pengeringan selesai maka diambil sampel untuk diuji kadar air <

2%.

4. Proses aktivasi serbuk bentonit

Bentonit diaktivasi terlebih dahulu dengan cara dipanaskan pada suhu 400

oC selama 1 jam.

5. Pengujian kadar air cangkang kelapa sawit dan serbuk bentonit

Setelah proses pengeringan selesai, ambil beberapa gram sampel cangkang

kelapa sawit dan serbuk bentonit untuk diuji kadar airnya dan untuk memastikan

kadar airnya < 2%.

6. Penimbangan

Setelah melakukan pengujian kadar air maka dilakukan penimbangan massa

dari cangkang kepala sawit dan serbuk bentonit seberat masing-masing 200 gram.

7. Menyiapkan instalasi penelitian

Sebelum dilakukan proses penelitian, intsalasi penelitian harus disiapkan

terlebih dahulu sesuai skema instalasi penelitian.

8. Proses Gasifikasi

a. Setelah semua prosedur persiapan telah dilaksanakan maka campurkan

cangkang kelapa sawit dengan bentonit sebelum dimasukkan ke dalam gasifier

b. Aduk cangkang kelapa sawit dan serbuk bentonit hingga merata

c. Masukan cangkang kelapa sawit dan serbuk bentonit yang telah tercampur

merata kedalam tungku biomassa / furnace.

30

d. Nyalakan thermocontroller dengan menekan tombol ON-OFF pada

thermocontrpller. Sehingga Heater pada gasifier menyala.

e. Atur suhu pada thermocontroller variasi pertama yaitu 250oC.

f. Ketika temepratur 250 oC, catat angka yang ditunjukan flowmeter dan tutup

urine bag sehingga sample gas yang dihasilkan dapat disimpan.

g. Ulangi proses gasifikasi dengan variasi temperature pemanasan selanjutnya

yaitu 350 oC dan 450

oC.

9. Penggunaan alat GC

a. Hidupkan alat GC dan buka softwarenya

b. Injeksikan sampel gas pada suhu tertentu

c. Zat terlarut akan teradsorpsi kemudian akan merambat dengan laju rambatan

masing-masing komponen.

d. Detector mencatat sederetan sinyal yang timbul akibat perubahan konsentrasi

dan perbedaan laju elusi.

e. Melihat hasil pada detector

31

3.6 Diagram Alir Penelitian

MULAI

Studi

Literatur

Persiapan Alat dan

Bahan

Lakukan

Pembersihan

Cangkang Kelapa

Sawit

Lakukan

Pembersihan

Bentonit

Pemanasan

cangkang kelapa

sawit menggunakan

oven dengan suhu

100 C

Pemanasan Bentonit

dengan suhu 300 C

Melakukan

pengecekan

kandungan Air,

Dengan kandungan

< 2%

Melakukan

pengecekan

kandungan air,

dengan kandungan <

2%

Campurkan cangkang kelapa

sawit dan bentonit dengan

prosentase yang sudah

ditentukan

Masukkan campuran

cangkang dan bentonit

kedalam tungku gasifikasi

A B

A

Nyalakan Gasifikasi

Dan Atur

Temperatur

Pengujian

Lakukan Proses

Gasifikasi selama 2

Jam

Hitung dan Ukur

Vlume Gas yang

dihasilkan pada

proses gasifikasi

Apakah data

sudah didapatkan

B

Analisa dan bahas

data yang telah

diperoleh

Buat kesimpulan dan

Saran

Selesai

33

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Data hasil penelitian dari gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit tanpa dan dengan

menggunakan bentonit pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C ini akan ditampilkan

dalam bentuk gambar analisis grafik. Data yang diperoleh dari pengujian ini adalah gambar

4.1, 4.2, 4.3 yaitu hubungan antara waktu terhadap temperatur gasifikasi updraft cangkang

kelapa sawit tanpa dan dengan menggunakan bentonit pada temperatur 250 °C, 350 °C

dan 450 °C, kemudian hubungan antara temperatur terhadap volume gas total gasifikasi

updraft cangkang kelapa sawit tanpa dan dengan menggunakan bentonit pada temperatur

250 °C, 350 °C dan 450 °C, kemudian prosentase berat (wt %) hasil gasifikasi yang

berupa char, tar dan gas pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C, serta komposisi gas

hasil gasifikasi pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C.

4.2 Pembahasan dan Analisis Grafik

4.2.1 Hubungan Waktu dengan Temperatur gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit

pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C.

Data yang ditampilkan berupa grafik hubungan waktu terhadap temperatur gasifikasi

updraft cangkang kelapa sawit pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C. Dimana pada

sumbu X akan menunjukkan waktu yang digunakan dalam proses gasifikasi cangkang

kelapa sawit berlangsung dimana waktu proses gasifikasi selama 2 jam, sedangkan pada

sumbu Y akan menunjukkan temperatur biomassa selama proses gasifikasi cangkang

kelapa sawit berlangsung dimana pada saat mencapai temperatur pengujian, temperatur

dijaga kostan hingga waktu proses gasifikasi berakhir. Didapat grafik seperti gambar

berikut ini.

34

Gambar 4.1 Hubungan Waktu dengan Temperatur gasifikasi updraft cangkang kelapa

sawit pada temperatur 250 °C.



35



Pada grafik Hubungan Waktu dengan Temperatur gasifikasi updraft cangkang kelapa

sawit tanpa bentonit dan dengan bentonit pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C

dilihat bahwa semakin meningkatnya waktu gasifikasi maka temperatur cangkang kelapa

sawit juga semakin meningkat. Ketika temperatur cangkang kelapa sawit menunjukkan

temperatur pengujian maka temperatur tersebut dijaga konstan hingga proses gasifikasi

berakhir. Pada temperatur pengujian 250°C pada proses gasifikasi tanpa bentonit untuk

mencapai suhu pengijian memerlukan waktu selama 27 menit, sedangkan dengan

menggunakan bentonit memerlukan waktu selama 23 menit. Dengan temperatur 350 °C

tanpa menggunakan bentonit memerlukan waktu selama 32 menit untuk mencapai

temperatur pengujian, sementara dengan menggunakan katalis bentonit hanya memerlukan

waktu selama 29 menit. Kemudian pada temperatur 450 °C memerlukan waktu selama 40

menit, sedangkan dengan menggunakan bentonit hanya membutuhkan waktu selama 35

menit.

Pada grafik Hubungan Waktu dengan Temperatur gasifikasi updraft cangkang kelapa

sawit tanpa bentonit dan dengan bentonit pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C

bahwa untuk mencapai temperatur pengujian, campuran cangkang kelapa sawit dengan

bentonit cendrung lebih cepat dibandingkan dengan cangkang kelapa sawit tanpa bentonit.

Dengan hal ini dapat dihitung laju pemanasan pada masing-masing grafik dengan

penambahan bentonit maupun tanpa penambahan bentonit, yaitu :

36

Laju pemanasan pada temperatur transien hingga temperatur 250 °C

Tanpa bentonit :

Dengan bentonit :


Tanpa bentonit :

Dengan bentonit :


Tanpa bentonit :

Dengan bentonit :

Perbandingan grafik laju pemanasan dengan menggunakan bentonit dan tanpa menggunakan

bentonit pada masing-masing temperatur dapat dilihat pada gambar 4.4 grafik laju pemanasan

pada cangkang kelapa sawit.

Gambar 4.4 Laju Pemanasan Gasifikasi Updraft cangkang kelapa sawit Pada Temperatur

Transien 250 °C, 350 °C dan 450 °C.

37

Dari grafik laju pemanasan diatas dapat dilihat bahwa dengan penambahan bentonit

laju pemanasan dari gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit yang di hasilkan lebih tinggi

dibandingkan dengan tanpa menggunakan bentonit, dengan penambahan bentonit pada

cangkang kelapa sawit dalam proses gasifikasi membuat temperatur cangkang kelapa sawit

lebih cepat mencapai temperatur yang diininkan yaitu 250 °C, 350 °C dan 450 °C.

Kondisi ini disebabkan dengan adanya kandungan ( Al2O3 ) pada bentonit yang memiliki

konduktivitas thermal yang baik sehingga menyebabkan panas yang dihasilkan oleh heater

dapat didistribusikan secara merata oleh bentonit pada cangkang kelapa sawit, penyebaran

panas yang merata mengakibatkan laju pemanasan yang terbentuk dengan penambahan

bentonit menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa menggunakan bentonit sehingga

untuk mencapai suhu pengujian dibutuhkan waktu yang lebih singkat.

Dengan perhitungan dan grafik dapat dilihat bahwa temperatur 250 °C dengan

penambahan bentonit diperlukan waktu 23 menit dengan laju pemanasan sebesar ( 9,70 °C/

Menit) sedangkan tanpa menggunakan bentonit membutuhkan waktu 27 menit dengan laju

pemanasan sebesar ( 8,26 °C/ Menit) . Kemudian untuk mencapai temperatur 350 °C

dengan penambahan bentonit diperlukan waktu 29 menit dengan laju pemanasan sebesar (

11,14 °C/ Menit) sedangkan tanpa menggunakan bentonit membutuhkan waktu 32 menit

dengan laju pemanasan sebesar (10,09 °C/ Menit). selanjutnya untuk mencapai temperatur

450 °C dengan penambahan bentonit diperlukan waktu 35 menit dengan laju pemanasan

sebesar ( 12,09 °C/ Menit) sedangkan tanpa menggunakan bentonit membutuhkan waktu 40

menit dengan laju pemanasan sebesar ( 10,58 °C/ Menit).

4.2.2 Hubungan Temperatur dengan volume total gas yang dihasilkan dari gasifikasi

updraft cangkang kelapa sawit pada temperatur 250 °C, 350 °C dan 450 °C.

Dari proses gasifikasi updraft cangkag kelapa sawit pada temperatur biomassa 250

°C, 350 °C dan 450 °C tanpa dan dengan menggunkan bentonit menghasilkan gas.

Sehingga didapat data berupa hubungan antara temperatur dengan volume total gas. Data

temperatur didapat dari temperatur cangkang kelapa sawit didalam gasifier dengan

temperatur 27-30°C yang akan dipanaskan hingga temperatur pengujian 250 °C, 350 °C

dan 450 °C. Volume total gas didapat dari proses gasifikasi yang dilakukan selama 2 jam.

Dari hasil penelitian ini didapat grafik seperti berikut ini.

38

Gambar 4.5 Hubungan temperatur dengan volume total gas yang dihasilkan dari gasifikasi


Dari grafik diatas menunjukkan terjadinya perbedaan volume gas total hasil gasifikasi

menggunakan bentonit dengan tanpa menggunakan bentonit. Dimana penambahan

bentonit menghasilkan volume gas total lebih banyak pada setiap kenaikan temperatur. Hal

ini disebabkan dengan penambahan bentonit yang mengandung alumina (Al2O3 )

mengakibatkan laju pemanasan yang didapatkan dalam proses gasifikasi semakin cepat dan

merata, dimana hal ini mengakibatkan proses dekomposisi unsur yang dikandung

cangkang kelapa sawit menjadi lebih awal sehingga gas yang dihasilkan semakin banyak

meskipun pada temperatur pengujian 250oC.

Dari grafik juga didapatkan semakin tinggi temperatur gasifikasi maka gas total yang

dihasilkan semakin banyak. Semakin tinggi temperatur pemanasan cangkang kelapa sawit

mengakibatkan semakin banyak unsur cangkang kelapa sawit yang terdekomposisi. Dari

hasil volume yang didapat pada temperatur 250oC, diketahui bahwa unsur yang terkandung

pada cangkang kelapa sawit belum terdekomposisi keseluruhannya sehingga volume gas

yang didapat pada temperatur ini lebih sedikit dibandingkan temperatur 350°C dan 450°C.

Kemudian pada temperatur 350°C volume gas yang dihasilkan meningkat, dengan

temperatur pengujian 350 oC mengakibatkan unsur hemiselulosa yang terkandung pada

cangkang kelapa sawit terdekomposisi secara termal yang mana temperatur dekomposisi

hemiselulosa terdapat pada temperatur 341oC. Kemudian pada temperatur 450

oC volume

39

gas yang dihasilkan semakin meningkat, dengan ditingkatkannya temperatur pengujian

menjadi 450oC membuat unsur selulosa dan lignin yang terkandung pada cangkang kelapa

sawit terdekomposisi, pada dasarnya temperatur dekomposisi selulosa dan lignin terjadi

pada temperatur 351oC dan 376

oC, Sehingga pada temperatur 450°C kandungan

hemiselulosa, selulosa dan lignin sudah terdekomposisi menyebabkan volume gas total

yang dihasilkan semakin banyak. Pada proses dekomposisi cangkang kelapa sawit

(biomassa) terjadi proses thermal cracking yang menyebabkan terputusnya rantai

hidrokarbon panjang menjadi rantai hidrokarbon pendek. Proses thermal cracking

memutus ikatan karbon yang menyebabkan terbentuknya radikal bebas. Radikal bebas

adalah molekul tidak mempunyai pasangan electron dan sangat rekatif sehingga

menyebabkan menarik pasangan elekton lainya.

Terbentuknya radikal bebas dapat menyebabkan terjadi proses alpha-scission dan

beta-scission. Proses beta-scission menghasilkan olefin ( ethylene ) dan radikal bebas yang

lainya.

R – CH2 – CH2 – *C –H2 – R R – *C – H2 + H2C = CH2

Sementara proses alpha-scission menghasilkan metil radikal, yang mana dapat

mengekstrak atom hydrogen dari kandungan molekul hidrokarbon netral pada biomassa.

Ekstrasi hydrogen tersebut menghasilkan paraffin yaitu gas methan ( CH4 ) dan radikal

bebas sekunder.

H3C* + R – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH4 + R – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – *CH – CH2 – CH3

Dengan meningkatnya temperatur maka volume gas yang dihasilkan dari proses

gasifikasi semakin banyak dikarnakan proses thermal cracking sehingga semakin banyak

unsur yang terdekomposisi seiring dengan meningkatnya temperatur. Dengan penambahan

bentonit pada proses gasifikasi mengakibatkan volume gas total dari proses gasifikasi

cangkang kelapa sawit semakin banyak, hal ini dikarenakan terjadinya proses thermal

Olefin

Paraffin

40

cracking pada saat proses gasifikasi. Oleh karena itu katalis bentonit dapat meningkatkan

efisiensi gasifikasi cangkang kelapa sawit dibandingkan tanpa menggunakan bentonit.

4.2.3 Hubungan Temperatur dengan volume total gas yang dihasilkan dari gasifikasi


Gambar 4.6 Prosentase produk yang dihasilkan dari gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit pada

temperatur 250 °C

Gambar 4.7 Prosentase produk yang dihasilkan dari gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit pada

temperatur 350 °C

41

Gambar 4.8 Prosentase produk yang dihasilkan dari gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit

pada temperatur 450 °C

Dari gambar 4.6, 4.7, 4.8 dapat dilihat bahwa dengan seiring bertambahannya

temperatur pemanasan pada proses gasifikasi, prosentase gas yang dihasilkan semakin

besar, hal ini dikarenakan semakin banyak unsur dari biomassa yang terdekomposisi akibat

terjadinya thermal cracking. Dengan adanya kalor yang dihasilkan dari heater gasifikasi

mengakibatkan pemecahan dan pemutusan struktur kimia yang terkandung pada biomassa.

kenaikan temperatur menyebabkan kalor yang dihasilkan juga semakin besar sehingga

proses pemutusan ikatan rantai hirdrokarbon panjang pada biomassa semakin mudah lepas

sehingga menjadi rantai hidrokarbon pendek yang mampu bakar. Semakin pendek rantai

hidrokarbon maka gas yang dihasilkan akan mudah terbakar.

Pada gambar tersebut juga dapat dilihat dengan penambahan bentonit pada gasifikasi

updraft cangkang kelapa sawit menghasilkan prosentase gas semakin besar. Hal ini

dikarenkan sifat konduktivitas thermal yang baik pada alumina ( Al2O3 ) sehingga bentonit

dapat menghantar panas secara merata dan baik kepada cangkang kelapa sawit yang

menyebabkan peroses gasifikasi cangkang kelapa sawit semakin cepat. Hal ini dapat dilihat

pada grafik laju pemanasan dari cangkang kelapa sawit yang terus meningkat sehingga

menyebabkan proses dekomposisi secara thermal cracking semakin optimal. Dengan

42

adanya kandungan Al2.O3 dan SiO4 pada bentonit menyebabkan bentonit bersifat asam (

H+ ) sehingga bersifat mendonorkan ion H

+ pada sekam padi sehingga terbentuknya ion

karbenium. Ion karbenium inilah yang nantinya memicu terbentuknya olefin sehingga

terbentuknya gas mampu bakar. Proses ini dinamakan catalityc cracking.

4.2.4 Perbandingan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi Updraft Cangkang Kelapa

Sawit Pada Temperatur 450 °C

Gambar 4.9 Perbandingan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi Updraft Cangkang Kelapa Sawit Pada

Temperatur 450 °C

Gambar 4.9 menjelaskan tentang hasil pengujian kandungan gas hasil gasifikasi

updraft cangkang kelapa sawit pada temperatur 450 °C dengan penambahan bentonit dan

tanpa bentonit.

Pengujian dengan menggunakan Gas Cromotography (GC) didapatkan persentase

kandungan dari syngas ( H2 dan CH4 ) dan kandungan dari karbon dioksid a ( CO2 ).

Hasil pengujian kandungan syngas dari gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit pada

temperatur 450 °C tanpa menggunakan bentonit didapatkan persentase kandungan H2 dan

CH4 sebesar 42,91% dan 40,35%. Sementara dengan menggunakan bentonit persentase

kandungan H2 dan CH4 lebih besar yaitu 48,03% dan 46,54%. Hal ini dikarenakan Adanya

43

kation H+

pada bentonit menyebabkan terjadinya reaksi asam-basa brosnted site saat

pertukaran kation H+

dari bentonit ke biomassa yang sifatnya netral sehingga terjadinya

proses catalytic cracking. Reaksi asam-basa brosnted site terjadi ketika bentonit

mendonorkan proton ( H+

) pada biomassa yang mengandung rantai hidrokarbon ( C – H )

sehingga dapat menarik atom H sehingga terbentuk molekul hidrogen ( H2 ). Kemudian

pembentukan CH4 diakibatkan oleh reaksi methanation. Methanation adalah proses reaksi

senyawa H2 dengan CO2 yang membentuk CH4.

45

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan mengenai pengaruh penambahan bentonit

terhadap gas hasil gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit pada variasi temperatur 250oC,

350oC dan 450

oC diperoleh kesimpulan sebagai berikut,

1. Dari hasil pengujian dan analisis data, dapat diketahui bahwa dengan menambahkan

bentonit dapat meningkatkan laju pemanasan pada proses gasifikasi cangkang kelapa

sawit.

2. Dengan kenaikan temperatur pemanasan pada proses gasifikasi menyebabkan volume

gas total yang dihasilkan semakin meningkat.

3. Dengan penambahan bentonit mengakibatkan volume gas total semakin banyak pada

setiap temperatur pengujian dibandingkan dengan tanpa menggunakan bentonit.

4. Dengan penambahan bentonit dapat meningkatkan kandungan H2 dan CH4 pada gas

hasil gasifikasi.

5.2 Saran

1. Diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh prosentase bentonit terhadap

gas yang dihasilkan pada proses gasifikasi updraft cangkang kelapa sawit.

2. Diperluka penelitian lebih lanjut mengenai perbandingan udara yang masuk saat

proses gasifikasi cangkang kelapa sawit.

DAFTAR PUSTAKA

Alvin. 2012. Adsorptivitas berbagai perlakuan bentonit terhadap heksaklorobenzena.

Bogor Agricultural University

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT). 2016. Indonesia Energy Outlook.

Basu, Prabir. 2010. Biomass Gasification and Pyrolisis Practical Design and Theory.

Elsevier.

Dillibabu, V., Natarajan, E. 2014. Effect of temperature and equivalence ratio on

gasification of biomass. India: Anna Universitas.

Diputra, Irvandi P. A. 2010. Studi Karakteristik Pembakaran Cangkang Kelapa Sawit

Menggunakan Fluidized Bed Combuster Universitas Indonesia. Depok: Universitas

Indonesia.

Dou. 2016. In situ upgrading of pyrolysis biofuels by bentonite clay with simultaneous

production of heterogeneous adsorbents for water treatment. Department of

Mechanical Engineering, Boston University, 110 Cummington Mall, Boston, MA

02215, United States

East Asia. IEA Bioenergy Task 40 Workshop, Japan. Singapore (SG): Pory

East Asia. IEA Bioenergy Task 40 Workshop, Japan. Singapore (SG): Pory

Eni. 2015. Potensi berbagai bahan organik rawa sebagai sumber biochar. Balai Besar

Sumber Daya Lahan Pertanian (BBSDLP), Kampus Penelitian Pertanian Cimanggu,

Jawa Barat

Fengel, D. & G. Wegener. 1995. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Gajah Mada

University Press Fessend

Hrabovský M. (2011), Thermal Plasma Gasification of Biomass, Biomass and Bioenergy,

39-62, ISBN 978-953-307-491-7.

Kamal, Netty. 2012. Karakterisasi Dan Potensi Pemanfaatan Limbah Sawit. Bandung:

Institut Teknologi Bandung.

Mandiri. 2012. Manual Pelatihan Teknologi Energi Terbarukan. Jakarta

Nguyen et al. 2012. Gasification of rice husk

.

Purwantana, Bambang & Prastowo, Bambang. Gasifikasi tandan kosong kelapa sawit.

Yogyakarta : Gadjah Mada University Press.

Raharjo. 2013. Karakteristik Proses Pirolisis Tiga Jenis Limbah Pertanian. Jurusan

Teknik Mesin, Fakutas Teknik, Universitas Sebelas Maret

Ratnasari, Fera. 2011. Pengolahan Cangkang Kelapa Sawit Dengan Teknik Pirolisis Untuk

Produk Bio-Oil. Semarang: Universitas Diponegoro.

Sadeghbeigi. 2012. Fluid Cataytic Cracking Handbook. Elsevier.

Sjostroom E., 1993, Wood Chemistry, Fundamentals and Applications, 2nd , 15-26,

Academic Press Inc., Orlando, USA

Syamsiro, Mochamad. 2015. Kajian Pengaruh Penggunaan Katalis Terhadap Kualitas

Produk Minyak Hasil Pirolisis Sampah Plastik. Yogyakarta: Universitas Janabadra.

The Jepang Institute of Energi, Biomass Handbook (2002).

Vidian, Fajri. 2010. Gasifikasi tempurung kelapa menggunakan updraft gasifier pada

berapa variasi laju aliran udara pembakaran. Palembang: Universitas Sriwijaya.

Widjajanti, Endang. 2005. Pengaruh katalisator terhadap laju reaksi. Yogyakarta:

Universitas Negeri Yogyakarta.

Yulistiani, Fitria. 2009. Kajian tekno ekonomi pabrik konversi biomassa menjadi bahan

bakar fischer-tropsch melalui proses gasifikasi. Bandung. Institut Teknologi Bandung

Skripsirepository.ub.ac.id/3067/1/Pratama, Bayu Zikrillah.pdf · 2020. 6. 24. · Skripsi ini...

Documents

Transcript of Skripsirepository.ub.ac.id/3067/1/Pratama, Bayu Zikrillah.pdf · 2020. 6. 24. · Skripsi ini...