Jurnal Penelitian Sains Volume 14 Nomer 4(B) 14406

Tinjauan Proses Pembentukan dan Penggunaan Arang TempurungKelapa Sebagai Bahan Bakar

Esmar BudiJurusan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Jakarta, Indonesia

Intisari: Serbuk arang tempurung kelapa dalam bentuk briket telah dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti yangalami khususnya untuk keperluan rumah tangga dan usaha kecil. Sebagai bahan bakar, sifat termal arang termpurungkelapa adalah penting dan bergantung pada struktur dan komposisinya yang juga dipengaruhi oleh parameter prosespembentukannya yang meliputi proses pirolisis, pengilingan, pencampuran, pencetakan hingga pengeringan. Tulisan inimerupakan kajian awal mengenai proses pembentukan briket arang tempurung kelapa serta pemanfaatnya sebagai bahanbakar pengganti yang alami.Kata kunci: arang tempurung kelapa, briket, pirolisisE-mail: esmarbudi@unj.ac.id

Oktober 2011

1 PENDAHULUAN

Indonesia sebagai negara tropis memiliki sumberdaya alam yang sangat berlimpah seperti buah ke-

lapa (cocos nucifera) yang pemanfaatannya masih sa-ngat terbuka untuk dikaji dan dikembangkan lebih lan-jut untuk dapat dimanfaatkan secara optimal. Hal inijuga mengingat bahwa meskipun hampir semua bagiandari buah kelapa telah diambil manfaatnya namunbanyak pula yang terbuang menjadi sampah sepertibagian serabut dan tempurungnya. Salah satu pe-manfaatan tempurung kelapa adalah dijadikan seba-gai bahan bakar arang. Arang tempurung kelapa bi-asanya diolah lebih lanjut menjadi briket dan hinggasaat ini digunakan oleh masyarakat untuk keperluanrumah tangga, usaha maupun industri. Dibandingkandengan bahan arang, briket lebih praktis, menarikdan bersih. Pembentukan dan pemanfaatan briketarang tempurung kelapa memiliki dua keuntungan,yaitu yang pertama mendorong kajian teknologi energipengganti yang terbarukan [1]. Keuntungan yang ke-dua adalah bisa menjadi salah satu penyelesaianmasalah sampah lingkungan karena sumber utama ba-han bakunya merupakan sampah tempurung kelapa.Kemampuan terapan briket sebagai bahan bakar sa-

ngat dipengaruhi oleh sifat-sifatnya seperti komposisidan struktur yang keduanya ditentukan selama prosespembentukan briket berlangsung. Perubahan parame-ter proses seperti suhu dan tekanan akan berdampakpada perubahan sifat dan karakteristik bahan yang di-hasilkan. Untuk itu diperlukan optimasi proses yangbertujuan untuk memperoleh sifat dan kemampuanterapan briket yang optimum. Selain itu pemanfaatan

arang tempurung kelapa dalam bidang lain sepertisebagai sumber karbon aktif, elektroda dan batereimemberikan peluang untuk dilakukan kajian-kajianlanjutan. Tujuan dari tulisan ini adalah meninjauproses pembuatan dan pemanfaatan briket arang tem-purung kelapa sebagai bahan bakar pengganti alamitermasuk tinjauan mengenai sifat-sifatnya.

2 ARANG TEMPURUNG KELAPA DANPROSES PEMBENTUKAN BRIKET

Penggunaan arang tempurung kelapa telah lama di-lakukan dan telah menjadi bahan kajian lanjut un-tuk penelitian [2,3]. Dari komposisi kimia tempurungkelapa itu sendiri yang terdiri dari 74,3% C, 21.9%O, 0.2% Si, 1.4% K, 0.5% S, 1.7%P [4] menjadikannyaberpeluang sebagai bahan bakar dan sumber karbonaktif. Arang tempurung kelapa dapat dibentuk men-jadi briket atau pelet melalui proses pemadatan [5].Untuk memahami sifat dan karakteristik tempurungkelapa yang sesuai sebagai bahan bakar maka perludifahami mengenai sifat �sik dan kimianya seperti ba-han campuran (moisture), kerapatan, struktur, mor-fologi dan termal. Perubahan tempurung kelapa men-jadi arang dilakukan melalui proses prirolisis (pema-nasan) [6]. Pada proses pirolisis unsur-unsur bukankarbon seperti hidrogen (H) dan oksigen (O) akan hi-lang hingga menyisakan sebanyak mungkin karbon (C)dalan bahan. Karena itu proses ini juga disebut kar-bonisasi. Perubahan komposisi dan sifat termal tem-purung kelapa menjadi arang ditunjukan pada Tabel1.Perubahan atau konversi tempurung kelapa men-

c 2011 FMIPA Universitas Sriwijaya 14406-25

Esmar/Tinjauan Proses Pembentukan . . . Jurnal Penelitian Sains 14 4(B) 14406Tabel 1: Perbandingan sifat antara tempurung kelapa danarangnya [7]

Bahan Komponen Kandungan Sifat termal(%) (kJ/kg)

Tempurung Moisture 10,46 18.388Kelapa Volatile 67,67

Karbon 18,29Abu 3,58

Arang Volatile 10,60 30.750Tempurung Karbon 76,32Kelapa Abu 13,08

jadi arang menghasilkan karbon sisa yang banyak danpeningkatan kandungan abu namun tetap tidak se-banyak peningkatan kandungan karbonnya. Peruba-han lain yang mencolok adalah penghilangan kan-dungan bahan campuran (moisture) dan bahan mu-dah uap ((volatile). Dibandingkan dengan kompo-sisi akhir pada bahan alami lain seperti batang (cob)biji jagung kulit padi dan cangkang kako ((cocoa)yang berkisar antara (12-20% C) [8,9], arang tempu-rung kelapa memiliki kandungan karbon yang lebihbanyak sehingga berpotensi baik untuk dijadikan ba-han bakar. Perubahan tempurung kelapa menjadiarang meningkatkan sifat termal bahan itu sendiri aki-bat peningkatan kandungan karbon seperti yang di-tunjukan pada Tabel 1.Fabrikasi pembentukan briket arang tempurung ke-

lapa dilakukan melalui beberapa tahap proses. Se-belum proses dilakukan, bahan baku tempurung ke-lapa dibersihkan dari kotoran termasuk dari sisa se-rabut kelapa yang masih menempel kemudian dije-mur dibawah sinar matahari hingga kering. Selanjut-nya 100 kg tempurung kelapa yang telah kering di-masukan kedalam tungku untuk dipanaskan melaluiproses pirolisis pada suhu uap berkisar antara 70 -150�C bergantung pada besar api pembakaran se-lama kurang lebih 6 jam hingga tidak ada asap cairyang keluar. Setelah proses pirolisis selesai, diper-oleh arang dengan berat sekitar 35 kg. Selanjut-nya arang digiling menggunakan mesin penggiling se-banyak dua kali hingga menjadi serbuk halus. Sete-lah itu dilakukan proses pencampuran dengan meng-gunakan tepung kanji dengan perbandingan 1:20 ter-hadap serbuk arang. Sebelumnya tepung kaji dimasakdengan dicampurkan air hingga membentuk lem se-bagai bahan perekat serbuk arang. Langkah selan-jutnya adalah proses pencetakan melalui proses pe-madatan menggunakan mesin press mekanik hinggamembentuk briket berbentuk silinder berongga (di-ameter rongga sekitar 1 cm) dengan panjang sekitar8.5 cm dan diameter luar sekitar 3.8 cm. Selanjut-nya briket di keringkan dengan cara dijemur dibawah

sinar matahari hingga kering dan siap digunakan seba-gai bahan bakar. Proses dan peralatan fabrikasi briketditunjukan pada Gambar 1.

3 PEMBAHASANTempurung kelapa memiliki sifat difusi termal yangbaik dibandingkan dengan bahan lain seperti kayu se-hingga menjadikannya memiliki peluang besar seba-gai bahan bakar pengganti [10]. Kualitas tempurungkelapa yang baik adalah yang tua dan kering (se-lain tentunya bersih dari pengotor). Karena itu di-lakukan proses pengeringan (penjemuran). Indikasitempurung kelapa tua ditunjukan oleh warna tempu-rung (penampang) itu sendiri seperti yang ditunjukanpada Gambar 2.Tempurung kelapa yang tua ditunjukan oleh warna

penampang tempurung yang gelap kecoklatan (Gam-bar 2.a) dan berubah menjadi berwarna kehitamansetelah dikeringkan (Gambar 2.b). Warna gelapmengindikasikan sedikitnya kandungan bahan pen-campur (moisture) didalam bahan tempurung.Sifat termal briket arang tempurung kelapa

berhubungan erat dengan jumlah pori dan ukuran par-tikelnya. Dengan demikian parameter proses pem-bentukan seperti suhu pada proses pirolisis, tekanan(pada proses pemadatan) dan pembentukan serbukpada proses penggilingan sangat menentukan dis-tribusi pori-pori dan kerapatannya. Proses piroli-sis yang efektif memerlukan penggunaan suhu yangrendah dengan waktu proses yang singkat sebab se-makin tinggi suhu dan jangka waktu pirolisis akanmenghasilkan lebih sedikit arang [11]. Pecahan tempu-rung kelapa yang berukuran cukup besar akan membu-tuhkan waktu proses yang lebih pendek dibandingkanpecahan yang berukuran kecil.Proses pemadatan secara mekanik dilakukan un-

tuk meningkatkan kerapatan (densitas) dan kekuatanikatan antar partikel serbuk arang. Kekuatan ikatanini diberikan oleh gaya ikatan Van der Waals danelektrostatik. Namun demikian kekuatan ikatan inibergantung pada besar tekanan yang dapat diberikanpada proses pemadatan karena itu umumnya bahanserbuk arang dicampur dengan bahan perekat gunameningkatan kekuatan ikatan. Penggunaan bahanpengikat itu sendiri bergantung pada ukuran partikelserbuk, tekanan dan suhu pemadatan. Butiran ser-buk yang sangat halus serta suhu dan tekanan yangtinggi dapat membentuk briket tanpa memerlukanbahan pengikat [12]. Umumnya proses pemadatanbergantung pada sifat-sifat partikel seperti kekentalan(viskositas), adesi, kohesi ukuran partikel serbuk dandistribusinya, tegangan permukaan dan kekerasan.Bahan yang memiliki kekentalan tinggi seperti tar

atau tepung kanji dalam fase cair baik jika digunakansebagai bahan perekat. Saat bahan perekat dicampur

14406-26

Esmar/Tinjauan Proses Pembentukan . . . Jurnal Penelitian Sains 14 4(B) 14406dengan serbuk, maka parti kel-partikel serbuk akantarik menarik satu sama lain akibat adanya gaya adesidan kohesi. Gaya adesi terjadi pada daerah antarmukapartikel-partikel sedangkan gaya kohesi hadir diantarapartikel-partikel. Molekul air (H2O) digunakan seba-gai pelarut bahan perekat dan akan membentuk su-atu lapisan tipis pada permukaan partikel yang akanmeningkatkan kontak permukaan diantara partikel-partikel. Namun demikian penambahan pelarut akanmeningkatkan bahan pencampur (moisture) didalamserbuk. Kandungan bahan pencampur diatas 10%akan menyebabkan sifat rapuh dan mudah retak padaproduk akhir (briket). Secara umum, kandungan ba-han pencampur dalam serbuk sebesar 8 - 10% akanmenyisakan bahan pencampur tersebut tetap ada padaproduk akhir sebesar 6-8%. Karena itu penentuannisbah (rasio) antara bahan perekat, air dan ser-buk adalah penting yang akan memberikan pengaruhmenonjol terutama pada jangka hayat dan jumlahkalor (sifat termal) dari briket [13].Untuk mengurangi atau menghilangkan kandungan

bahan pencampur dan bahan mudah uap, maka brikethasil fabrikasi harus dikeringkan. Proses pengeringandengan menggunakan sinar matahari dapat menghi-langkan kandungan bahan pencampur sisa didalampori-pori. Kehadiran pori-pori didalam briket satusisi berpengaruh terhadap penurunan kerapatan na-mun disisi lain mampu meningkatkan meningkatkansifat difusi termal [10].

4 RANGKUMANProses pembentukan briket arang tempurung kelapamelibatkan proses pirolisis, pengerusan/penggilingan,pencampuran, pemadatan dan pengeringan. Kemam-puan terapan briket dipengaruhi oleh sifat-sifatnyaseperti komposisi, pori, kerapatan dan ukuran partikelyang seluruhnya dipengaruhi oleh parameter prosespembentukannya seperti suhu, tekanan, bahan perekatdan komposisinya.UCAPAN TERIMA KASIH

Kepada seluruh staf pengurus FMIPA UNJ dan tim pen-golahan briket dan asap cair tempurung kelapa.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Panwara, N.L., S.C. Kaushik, Kothari, Surendra, 2011,Role of renewable energy sources in environmentalprotection: A review, A Renewable and Sustainable

Energy Reviews, Vol. 15, pp. 1513-1524

[2] Gnanaharan, R., T. K.Dhamodaran, E.K. Thulasidas,1988, Yield and Quality of Charcoal from Coconut StemWood, Biomass, Vol. 16, pp. 251-256

[3] Prabhakar, K., R. C. Maheshwari, O. P. Vimal, 1986,Pyrolysis of Coconut Shell and its Potential as Fuel,Agricultural Wastes, Vol. 17, pp. 313-317

[4] Bledzki, A.K., A.A. Mamun, J. Volk, 2010, Barley huskand coconut shell reinforced polypropylene composites:The e�ect of �bre physical, chemical and surfaceproperties, Composites Science and Technology, Vol. 70,pp. 840-846

[5] Grover, P.D., S.K. Mishra, 1996, Biomass briquetting:

Technology and practices, Food and AgricultureOrganization of the United Nations, Bangkok

[6] Li, W., K. Yang, J. Peng, L. Zhang, S. Guo, H. Xia, 2008,E�ects of carbonization temperatures on characteristics ofporosity in coconut shell chars and activated carbonsderived from carbonized coconut shell chars, IndustrialCrops and Products, Vol. 28, pp. 190-198

[7] Mozammel, H.M., O. Masahiro, SC. Bhattacharya, 2002,Activated charcoal from coconut shell using ZnCl2activation, Biomass and Bioenergy, Vol. 22, pp. 397 - 400

[8] Oladeji, J.T., 2010, Fuel Characterization of BriquettesProduced from Corncob and Rice Husk Resides, ThePaci�c Journal of Science and Technology, Vol. 11. No. 1,pp. 101-106

[9] Syamsiro, M. dan H. Saptoadi, 2007, Pembakaran BriketBiomassa Cangkang Kakao; Pengaruh Temperatur UdaraPreheat, Seminar Nasional Teknologi (ISSN: 1978-9777)

[10] Nibu, A. G. and R. Vinayakrishnan, 2002, Photo acousticevaluation of the thermal di�usivity of coconut shell, J.Phys.: Condens. Matter, Vol. 14, pp. 4509-4513

[11] Warnijati, S., I.B. Agra, and Sudjono, 1996, Pyrolysis ofCoconut Shells in a Concentric Three Tubes Reactor,World Renewable Energy Congress IV, Denver-Colorado,pp. 934- 937

[12] Grover, P.D., S.K. Mishra, 1996, Biomass briquetting:

Technology and practices, Food and AgricultureOrganization of the United Nations, Bangkok

[13] Sotannde, O.A., A.O. Oluyege, G.B. Abah, 2010 Physicaland combustion properties of charcoal briquettes fromneem wood residues, International Agrophysics, Vol. 24,pp. 189-194

14406-27

Esmar/Tinjauan Proses Pembentukan . . . Jurnal Penelitian Sains 14 4(B) 14406

Gambar 1: Proses fabrikasi briket arang tempurung kelapa (a) tempurung kelapa dipanaskan (proses pirolisis) didalam tungku, (b),(c) selama proses pirolisis asap yang dihasilkan dialirkan ke drum pendingin melalui pipa sehinggaterjadi kondensasi (pengembunan), (d),(e),(f) Setelah arang terbentuk kemudian digiling hingga membentuk serbukhalus; (g),(h),(i) bahan serbuk arang dicampur dengan tepung kanji yang dimasak menjadi lem untuk kemudian dicetak;(j),(k),(l) Proses pencetakan dengaan cara pemadatan hingga membentuk briket dan dijemur hingga kering

14406-28

Esmar/Tinjauan Proses Pembentukan . . . Jurnal Penelitian Sains 14 4(B) 14406

Gambar 2: (a) Tempurung kelapa tua ditunjukan oleh warna gelap kecoklatan; (b) Tempurung kelapa yang telahdikeringkan (dijemur) berwarna gelap kehitaman

14406-29