Perkebunan ProsdENIP11 MP BambangP

196 PROSIDING SEMINAR NASIONAL INOVASI PERKEBUNAN 2011

PROSIDING SEMINAR NASIONAL INOVASI PERKEBUNAN 2011 197

GASIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT :Konversi Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Sumber Energi

TerbarukanBambang Purwantana1 dan Bambang Prastowo2

1 Fakultas Teknologi Pertanian UGM Jogja, 2 Puslitbang Perkebunan [email protected] dan [email protected]

ABSTRAKDalam pengolahan tandan buah segar (TBS) menjadi minyak kelapa sawit (crude palm oil, CPO),dihasilkan limbah berupa tempurung, serabut, dan tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Setiappengolahan 1 ton TBS akan dihasilkan TKKS sebanyak 22 23% TKKS atau sebanyak 220 230 kgTKKS. Jumlah limbah TKKS seluruh Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan mencapai 18.2 juta ton.Jumlah yang luar biasa besar. Namun demikian potensi ini belum dimanfatkan secara optimal. Gasifiermerupakan alat atau instrumen yang dapat mengkonversi berbagai bahan padat maupun cair sepertimisalnya biomassa dari tandan kosong kelapa sawit menjadi bahan bakar gas. penelitian ini adalahuntuk mengetahui kararteristik gasifikasi tandan kosong kelapa sawit sebagai upaya konversinyasebagai sumber energy terbarukan. Penelitian difokuskan pada rancangbangun gasifier tandan kosongsawit untuk menghasilkan prototipe gasifier yang dapat berfungsi atau menghasilkan gas. Denganmempertimbangkan tingkat teknologi dan kemudahan pengoperasiannya dirancang gasifier dengansystem aliran kebawah (downdraft gasifier). Konstruksi dan pengujian dilakukan di unit teknologimekanik Laboratorium Energi dan Mesin Pertanian Jurusan Teknik Pertanian UGM. Pada variasiukuran tenggorokan dan panjang ruang reduksi gasifier antara 120 150 mm dan tekanan pemadatansekitar 0,03-0,05 kg/cm2 maka suhu optimal antara 345 440 oC dapat tercapai, dengan laju gas hasilgasifikasi sekitar 140 155 lpm. Rancangan downdraft gasifier yang dicoba belum menghasilkankarakteristik yang stabil dan masih beragam pada parameter ukuran cacahan bahan, ukuran tenggoroandan ruang reduksi serta laju pemasukan bahan dan pemadatan bahan yang masuk. Namun padaprisnsipnya, gasifikasi tandan kosong kelapa sawit dapat dilakukan menggunakan downdraft gasifierdengan variasi ukuran tenggorokan dan tinggi ruang reduksinya.Kata kunci : tandan kosong kelapa sawit, gasifikasi, energy terbarukan

PENDAHULUANIndonesia merupakan salah satu negara penghasil utama kelapa sawit dunia.

Disamping volume produk berupa minyak yang sangat besar maka terdapat potensi limbahyang juga sangat besar. Seperti diketahui, dalam proses pengolahan tandan buah segarmenjadi minyak sawit sekitar 45% bahan akan menjadi limbah padat berupa seresah, serbuk,serabut, tempurung, dan tandan kosong. Sekitar 50% dari limbah padat tersebut adalah tandankosong. Pemanfaatan limbah berupa tandan kosong sebagai bahan bakar sampai saat inimasih sangat terbatas. Hal ini terutama disebabkan tingginya nilai kadar air bahan sertadampak berupa polusi yang dihasilkan (Kittikun, et al., 2000). Pemanfaatan limbah secarasepadan akan mengurangi masalah bahkan dapat mendatangkan keuntungan bila dapatmengotimalkan nilai tambah limbah tersebut.


Dalam pengolahan tandan buah segar (TBS) menjadi minyak kelapa sawit(crude palm oil, CPO), dihasilkan limbah berupa tempurung, serabut, dan tandankosong kelapa sawit (TKKS). Setiap pengolahan 1 ton TBS akan dihasilkan TKKSsebanyak 22 23% TKKS atau sebanyak 220 230 kg TKKS. Jumlah limbah TKKSseluruh Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan mencapai 18.2 juta ton. Jumlah yangluar biasa besar. Namun demikian potensi ini belum dimanfatkan secara optimal.

Gasifier merupakan alat atau instrumen yang dapat mengkonversi berbagai bahanpadat maupun cair seperti misalnya biomassa menjadi bahan bakar gas. Gasifier merupakanreaktor kimia dimana berbagai proses kimia dan fisika yang kompelks dapat terjadi, seperti:pengeringan, pemanasan, pirolisis, oksidasi parsial, dan reduksi. Melalui gasifikasi, bahanpadat karbonat (CH1,4O0,6) dipecah menjadi bahan-bahan dasar seperti CO, H2, CO2, H2O danCH4. Gas-gas yang dihasilkan selanjutnya dapat digunakan secara langsung untuk prosespembakaran maupun disimpan dalam tabung gas.

Bahan bakar gas yang dihasilkan dalam proses gasifikasi terutama merupakan hasildari proses pirolisa dan pembakaran. Dengan demikian efektifitas gasifier akan sangatditentukan oleh rancangbangun bagian atau zone pirolisa dan pembakaran tersebut.Rancangbangun suatu gasifier sangat dipengaruhi oleh jenis bahan baku yang digunakan.Gasifier dengan bahan bakar kulit gabah (Hoki et. al, 2002) misalnya mempunyairancangbangun yang berbeda dengan gasifier berbahan bakar seresah tebu (Rajeev danRajvanshi, 1997).

Bridgewater, 2003, menyatakan bahwa bahan bakar gas dapat diperoleh melaluisuatu proses panas menggunakan oksidasi parsial, uap air (steam), atau gasifikasi pirolisis(pyrolystic gasification). Konversi thermo-khemis biomassa padat menjadi bahan bakar gasini secara umum disebut gasifikasi biomassa. Stassen (1995) menyatakan bahwa di negara-negara berkembang, prospek pengembangan gasifier biomassa masih terkendala oleh lebihmurah dan mudahnya sumber bahan bakar biomassa dan bahkan minyak, serta biaya awalyang relatif besar, serta belum dijadikannya faktor kelestarian lingkungan dalam seluruhaspek kehidupan. Meskipun demikian dalam jangka panjang, khususnya dengan semakinmahal dan langkanya minyak, dan dengan semakin meningkatnya taraf hidup masyarakat,gasifikasi merupakan salah satu alternatif yang perlu terus dikembangkan. Dengan demikianmaka terbuka peluang melakukan konversi termal tandan kosong kelapa sawit menjadi bahanbakar nabati bentuk gas, sekaligus memanfaatkan limbah olah kelapa sawit sebagai sumberenergi alternatif di sektor pertanian.

McKendry, 2002a, menyimpulkan bahwa gasifikasi biomassa merupakan prosespengkonversian biomassa menjadi bahan bakar berbentuk gas karena adanya proses oksidasiparsial (sedikit oksigen) dari biomassa tersebut pada suhu tinggi antara 800-900C. Gas yangdihasilkan antara lain terdiri dari unsur-unsur hidrogen, karbon monoksida, methan, karbondioksida, uap air, senyawa hidrokarbon lain dalam jumlah yang kecil, serta bahan-bahan non-organik (Lim dan Sims, 2003). Gas yang dihasilkan ini mempunyai nilai kalori yang rendah(1000-1200 kCal/Nm3) tetapi dapat dibakar engan efisiensi yang tinggi dengan kontrol yangmudah dan tidak menghasilkan emisi asap (Anonymous, 2006). Setiap kilogram biomassakering-udara (kadar air 10%) mengandung sekitar 2,5 Nm3 bahan bakar gas. Dalamterminologi energi, efisiensi konversi pada proses gasifikasi biomassa berkisar antara 60 70% (McKendry, 2002b). Konversi biomassa padat menjadi bahan bakar gas mempunyaibeberapa keuntungan seperti murah, pembakaran yang bersih, peralatan pembakaran yang


kompak, efisiensi panas yang tinggi, dan kemudahan pengaturan. Teknologi gasifikasibiomassa juga ramah lingkungan, karena dapat mereduksi emisi CO2.

Berdasarkan pertimbangan tersebut maka penelitian untuk memanfaatkan limbahtandan kosong kelapa sawit secara sepadan dengan mekanisme gasifikasi perlu dilakukan.Gas yang dihasilkan dapat digunakan secara langsung untuk tujuan pemanasan dalampengeringan produk pertanian atau digunakan sebagai campuran bahan bakar motor untukmesin pertanian. Teknologi ini perlu diteliti dan dicoba pengembangannya. Oleh karena itu,tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kararteristik gasifikasi tandan kosong kelapasawit sebagai upaya konversinya sebagai sumber energy terbarukan.

BAHAN DAN METODEBerdasarkan pertimbangan proses yang terjadi pada gasifikasi, maka downdraft

gasifier yang dirancang secara garis besar digambarkan melalui skema seperti ditunjukkanpada Gambar 1 berikut.

Gambar 1. Skema rancangan dasar gasifier biomassa untuk tandan kosong sawitCara penelitian1. Bahan

1) Tandan kosong buah kelapa sawit, dicacah sampai ukuran 6-10 cm2) Plat eser (1x1200x2400), (3x1200x2400), (3x1200x2400), plat strip (5x60x6000),

plat siku (5x50x50x6000), kanal (50X70x600)

Udara Gas

Kotoran

Gasifier

Auger

Outlet abu

Siklon


3) Pipa stainless (d=1), Pipa air (d=1, d=2), Pipa poros (d=1)4) Bahan las (las rod), Oksigen, Asetilen5) Mur, baut, kran, kaca, t-drat, sock-drat, isolator, bor, gerinda, lem6) Termokopel, manometer, termometer, bak, tabung gas, pipet7) Blower, kompor, standard gas metan

2. Alat1) Perangkat perancangan (komputer, printer, meja gambar)2) Mesin las (karbit dan listrik)3) Mesin rol4) Perkakas perbengkelan5) Strain amplifier6) Data logger / data recorder7) Analog-Digital Converter8) Komputer9) Gas analyzer (Gas Chromatography)10) Ayakan

3. Prosedur pelaksanaanPenelitian difokuskan pada rancangbangun gasifier tandan kosong sawit untuk

menghasilkan prototipe gasifier yang dapat berfungsi atau mrenghasilkan gas. Pelaksanaanpenelitian terdiri atas perancangan, pembuatan gasifier, uji fungsional, pengukuran(pengambilan data dan sample gas) dan pengujian sampel gas yang dihasilkan.1) Pengujian sifat fisik dilakukan di Laboratorium Energi dan Mesin Pertanian FTP-UGM.

Pengujian sifat kimia berupa uji proximat bahan juga dilakukan di FTP-UGM.2) Perancangan.

Dengan mempertimbangkan tingkat teknologi dan kemudahan pengoperasiannyadirancang gasifier dengan system aliran kebawah (downdraft gasifier). Detail rancangandigambar melalui gambar teknik menggunakan AutoCad.

3) PembuatanBerdasarkan gambar rancangan, dibuat konstruksi gasifier. Konstruksi dilakukan di unitteknologi mekanik Laboratorium Energi dan Mesin Pertanian Jurusan Teknik PertanianUGM. Pekerjaan konstruksi terdiri atas pemotongan bahan, rolling untuk pembuatantabung, dan pengelasan.

4) Uji FungsionalSebelum dilakukan pengujian, pengambilan data dan pengujian sampel gas, dilakukan ujifungsional terhadap alat untuk melihat apakah alat dapat berjalan atau bekerja sesuairancangan.

5) PengujianPengamatan yang dilakukan meliputi:a. Pengamatan suhu.

Pengamatan dilakukan dengan merekam perkembangan suhu menggunakantermokopel selama proses gasifikasi dengan menggunakan data logger atau datarecorder dan secara manual. Disamping pengukuran suhu di dalam ruang gasifier,diukur juga suhu di luar atau di sekeliling alat.


b. Pengamatan abu pembakaranUntuk mengamati efektifitas pembakaran dilakukan pengukuran dimensi abu yangdihasilkan serta prosen sisa bahan bakar yang tidak terbakar habis. Pengamatandilakukan dengan menggunakan ayakan (sieve).

c. Pengamatan gas hasil pembakaranGas hasil pembakaran atau gasifikasi diambil dan ditampung dalam kantong atautabung sampel gas menggunakan gas injektor. Komposisi gas dianalisis denganmenggunakan gas kromatograf.

d. Pengukuran kinerja gasifikasiPengukuran dilakukan untuk menghitung kinerja gasifikasi yang meliputi laju alirangas, nilai pemanasan gas, energi yang dihasilkan dan energi yang dimasukkan,kemudahan operasi, dan periode operasi per siklus.Pada penelitian ini pengembangan baru dilakukan sampai pada tahap menghasilkangas bakar.

HASIL DAN PEMBAHASANDimensi dasar gasifier rancangan dapat dilihat pada Gambar 2. Gasifier yang

dirancang selanjutnya juga dilengkapi dengan sistem pembersihan udara dan pendinginan gasyang terdiri dari dua bua siklon dan satu scrubber. Perlakuan pengaruh penggunaan siklondan scrubber belum dilakukan pada penelitian ini.

Gambar 2. Skema dan dimensi dasar gasifier rancanganBerdasarkan gambar rancangan yang telah dibuat kemudian dilakukan pekerjaan

konstruksi. Beberapa visualisasi pekerjaan konstruksi dapat dilihat pada Gambar 3 berikut.


















Cyclone-1, cyclone-2, water scrubber Rangkaian cyclone dan water scrubber

Gas blower Valve regulator

Gambar 3. Konstruksi gasifier

Berdasarkan mekanisme operasional gasifier tersebut telah dilakukan uji kinerjagasifikasi dengan beberapa perlakuan terbatas. Beberapa parameter kinerja yang diamatiantara lain suhu, abu pembakaran, gas produksi, dan kapasitas produksi gas. Contoh gasproduksi sebelum dan setelah dinyalakan adalah seperti pada Gambar 4. Beberapa perlakuanuntuk memperoleh kinerja optimal gasifikasi akan dilakukan pada tahap penelitianberikutnya.


Gambar 4. Contoh gas sebelum dan setelah dinyalakan

Hasil pengamatan laju bahan, suhu dan gas pada beberapa diameter tenggorokan danpanjang ruang reduksi yang berbeda adalah seperti Tabel 1, 2 dan 3 berikut.Tabel 1. Kinerja suhu, gas produksi dan laju bahan pada beberapa diameter tenggorokan

gasifierNo Diameter

tenggorokan(mm)

Sugu gas produksi(C)

Gas CH4(%)

Laju bahan bakar(kg/jam)

1 90 320-370 0,2-2,4 4,232 120 345-425 0,2-2,6 5,283 150 370-440 0,2-2,1 5,54

Tabel 2. Kinerja suhu, gas produksi dan laju bahan pada beberapa panjang ruang reduksigasifier

No Panjang ruangreduksi(mm)


Gas CH4(%)


1 100 295-380 0,2-2,6 6,242 200 365-440 0,2-2,2 5,643 300 370-425 0,4-2,6 5,62

Tabel 3. Kinerja suhu, gas produksi dan laju bahan pada beberapa ukuran bahanNo Ukuran panjang

bahan(mm)


Gas CH4(%)


1 60 340-430 0,2-1,8 5,642 100 325-390 0,3-2,1 4,68

Proses konversi biomassa tandan kosong kelapa sawit menjadi gas produksi belumstabil, yang ditunjukkan belum kontinyunya nyala gas yang dibakar di bagian outlet. Daripengamatan suhu proses gasifikasi di beberapa titik pengamatan seungguhnya sudah


memenuhi kriteria dalam hal tingginya suhu yang dicapai namun fluktuasinya masih cukupbesar. Suhu optimal sekitar 340 430 oC pada ukuran bahan kurang dari 6 cm dengan lajubahan sekitar 5,64 kg/jam dan menghasilkan gas methan sekitar 0,2 1,8 %. Pada variasiperlakuan ruang reduksi lainnya bahkan dapat sampai 2,6 %. Ukuran tenggorokan yangoptimal terlihat antara 120-150 mm yang menghasilkan suhu optimum yaitu sekitar 345 425 oC dengan hasil gas methan antara 2,1 2,6 % pada laju bahan sekitar 5,26 kg/jam. Lajugas dapat tercatat sekitar 140 155 lpm. Berdasarkan hal ini maka gasifikasi memang belumstabil. Diperhitungkan bahwa faktor kepadatan bahan memegang peran penting terhadapfenomena ini. Oleh karena itu perbaikan kedepan akan dilakukan pada faktor pengaturankepadatan bahan ini. Pemadatan akan menghasilkan proses gasifikasi yaitu pada tekananterhadap bahan (cacahan tandan kosong sawit dalam ruang pemasukan) sebesar 0,03 0,05kg/cm2. Untuk menghasilkan proses gasifikasi yang stabil maka ukuran bahan, tingkatpemadatan bahan yang masuk serta laju pemasukan bahan masih perlu dikaji lebih lanjut.

KESIMPULAN1. Pada variasi ukuran tenggorokan dan panjang ruang reduksi gasifier antara 120 150

mm dan tekanan pemadatan sekitar 0,03-0,05 kg/cm2 maka suhu optimal antara 345 440 oC dapat tercapai, dengan laju gas hasil gasifikasi sekitar 140 155 lpm.

2. Rancangan downdraft gasifier yang dicoba belum menghasilkan karakteristik yang stabildan masih beragam pada parameter ukuran cacahan bahan, ukuran tenggoroan dan ruangreduksi serta laju pemasukan bahan dan pemadatan bahan yang masuk. Namun padaprisnsipnya, gasifikasi tandan kosong kelapa sawit dapat dilakukan menggunakandowndraft gasifier dengan variasi ukuran tenggorokan dan tinggi ruang reduksinya

SARANPerlu diperoleh ukuran optimal dari cacahana bahan, tenggorokan dan ruang reduksi

serta besarnya tekanan yang harus duiberikan kepada bahan cacahan tandan kosong kelapasawit yang masuk ke gasifier.

DAFTAR PUSTAKAAnonymous, 2006. http://static.teriin.org/division/eetdiv/beta/biomass.htmBridgewater, A. 2003. Renewable fuels and chemicals by thermal processing of biomass.

Chemical Engineering Journal, Vol. 91:87-102Hoki, M., Sato, K., Miao, Y., Nishidate, J., 2002. The study of biomass gasification system

temperature control of rice husk gasifier. Proceeding of the International AgriculturalEngineering Conference, Wuxi, China, November 28-30, 2002:578-582

Kittikun, A.H. Prasertsan, P. Srisuwan, G. Krause. 2000. Environmental Management forPalm Oil mil. Conference on Material Flow Analysis of Integrated Bio-System.

Lim, K., Sims, R. 2003. Liquid and gaseous biomass fuels, in R Sims (ed.), Bioenergy optionfor a cleaner environment, Elsevier, the United Kingdom


McKendry, P. 2002a. Energy production from biomass (part 2): conversion technologies.Bioresource technology. Vol. 83:47-54

McKendry, P. 2002b. Energy production from biomass (part 3): gasification technologies.Bioresource technology. Vol. 83:55-63

Rajeev J. And Rajvanshi, A.K. 1997. Sugarcane leaf-bagasse gasifier for industrial heatingapplication. Biomass and Bioenergy Vol.13, No.3:141-146

Stassen, H.E. 1995. Small-scale biomass gasifier for heat and power; a global review. TheWorld Bank: 49-50.

Perkebunan ProsdENIP11 MP BambangP

Documents

Transcript of Perkebunan ProsdENIP11 MP BambangP