PENGARUH TEMPERATUR KARBONISASI TERHADAP KARAKTERISTIK BIOPELLET LIMBAH INDUSTRI KAYU DI

PT. WIJAYA TRI UTAMA PLYWOOD INDUSTRY

PROPOSAL METODE PENELITIAN

(HMKK 538)

Oleh:

NAMA : ARIF PRASETIYO

NIM : H1F114066

PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATBANJARBARU

2016

TERIMAKASIH KEPADA

ii

Rektor Universitas Lambung Mangkurat

Prof. Dr. H. Sutarto Hadi, M.Si., M.Sc

Wakil Rektor Bidang Perencanaan, Kerjasama dan Humas

Prof. Dr. Ir. H. Yudi Firmanul

Kepala Prodi Teknik Mesin

Achmad Kusairi S, ST,. MT., MM.

Mahasiswa

Arif Prasetiyo

Wakil Rektor Bidang Akademik

Dr. Ahmad Alim Bachri, SE., M.Si

Wakil Rektor Bidang Kemahasiswaan dan Alumni

Dr. Ir. Abrani Sulaiman, M,Sc

Wakil Rektor Bidang Umum dan Keuangan

Dr. Hj Aslamiah, M.Pd., Ph.d

Dosen Pengampuh

Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah Amd. Hyp, ST, M.Kes.

Dekan Fakultas Teknik

Dr. Ing. Yulian Firmana Arifin, ST., MT

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, yang telah memberikan

rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Proposal

Metode Penelitian ini dengan judul PENGARUH TEMPERATUR KARBONISASI

TERHADAP KARAKTERISTIK BIOPELLET LIMBAH INDUSTRI KAYU DI PT.

WIJAYA TRI UTAMA PLYWOOD INDUSTRY. Keberhasilan dalam penyusunan

Proposal Metode Penelitian ini tidak lepas dari bantuan dan kerja sama, serta

dukungan dari berbagai pihak. Ucapan terima kasih Penulis haturkan kepada :

1. Bapak Ach. Kusairi S, MM., MT. selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat

2. Ibu Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah, Amd.hyp., ST., M.Kes. selaku

Dosen Pengampu 1

Proposal ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan mata kuliah

Metode Penelitian (HMKK 538) dan bisa menjadi pengetahuan serta pengenalan

bagi mahasiswa tentang dunia Konversi Energi.

Penulis menyadari bahwa dalam menyusun proposal ini masih terdapat

banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan masukan-masukan dan

saran yang sifatnya membangun. Akhirnya penulis hanya bisa berharap nantinya

proposal ini bisa bermanfaat bagi semua pihak, terutama para mahasiswa dan

saya sendiri.

Banjarbaru, 26 Oktober

2016

Penulis

iii

DAFTAR ISI

Judul Halaman

UCAPAN TERIMAKASIH..................................................................... ii

KATA PENGANTAR ............................................................................ iii

DAFTAR ISI ......................................................................................... iv

BAB I PENDAHULUAN

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 DASAR TEORI

2.1 Penelitian Terdahulu......................................................... 5

2.2 Biomassa.......................................................................... 5

2.3 Biopellet............................................................................ 7

2.4 Ketersediaan Biomassa di Indonesia................................ 10

2.5 Potensi Limbah Kayu........................................................ 11

2.6 Kandungan Biomassa....................................................... 13

2.7 Perekat / Binder................................................................ 16

2.8 Pembakaran Bahan Bakar Padat..................................... 17

2.9 Karakteristik Pembakaran Biopellet.................................. 18

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian .............................................................. 22

iv

3.2 Alat dan Bahan ............................................................... 22

3.3 Teknik Pengumpulan Data................................................ 23

3.4 Diagram Alir Penelitian..................................................... 24

3.5 Jadwal Pelaksanaan Penelitian........................................ 25

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................... 26

v

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangMasalah ekonomi dan lingkungan untuk mengurangi emisi gas CO2

dari rumah kaca dan meningkatkan fleksibilitas bahan bakar telah

memotivasi penggunaan bahan bakar biomassa sebagai pengganti bahan

bakar fosil untuk panas dan pembangkit listrik (Jianfeng dkk, 2010). Sumber

energi alternatif yang banyak diteliti dan dikembangkan saat ini adalah

energi biomassa yang ketersediaannya melimpah, mudah diperoleh, dan

dapat diperbaharui secara cepat. Indonesia memiliki potensi energi

biomassa sebesar 50.000 Mega Watt yang bersumber dari berbagai

biomassa limbah pertanian, seperti: produk samping kelapa sawit,

penggilingan padi, plywood, pabrik gula, kakao dan limbah pertanian lainnya

(Prihandana dan Hendroko, 2007).

Menurut Saptoadi (2006) penggunaan biomassa sebagai bahan

bakar secara langsung terdapat kelemahan pada sifat fisiknya seperti

kerapatan energi yang rendah dan permasalahan penanganan,

penyimpanan ataupun transportasi. Untuk mengatasi permasalahan tersebut

dapat dengan cara menjadikan biomassa dalam bentuk lebih praktis yaitu

bentuk padat yang disebut pellet (biopellet). Biopellet merupakan salah satu

bentuk energi biomassa dan pertama kali diproduksi di Swedia tahun 1980

berbahan baku serbuk kayu yang merupakan limbah industri kayu

(Kusumaningrun dan Munawar, 2014). Pada beberapa negara seperti

Jerman, Kanada dan Austria sudah menggunakan biopellet limbah kayu

sebagai bahan bakar boiler pada industri dan pemanas ruang skala kecil dan

menengah saat musim dingin. Biomassa dalam bentuk pellet dapat

1

digunakan secara langsung sebagai bahan bakar padat. Kelebihan biopellet

sebagai bahan bakar antara lain densitas tinggi, mudah dalam penyimpanan

dan penanganan (Wahyuni dkk, 2010).

PT. Wijaya Tri Utama Plywood Industry merupakan perusahaan yang

bergerak dalam bidang industri kayu lapis di Kalimantan Selatan.

Perusahaan berdiri sejak tahun 1980. Produksi komersial pertama dimulai

pada bulan Agustus 1982. Perusahaan menghasilkan thin panel dan general

panel sebagai produk yang utama dengan thin panel sebagai produk

unggulan disamping itu juga dihasilkan laminated board dan block board

sebagi produk sampingan. Kapasitas produksi pertahun 180.000 m3, limbah

produksi dihancurkan dengan wood chrusher (wood chipper and hammer

mill) menghasilkan serpihan-serpihan kayu. Upaya pemanfaatan limbah

menjadi barang yang berguna harus terus dilakukan, demikian pula dengan

limbah kayu baik yang dihasilkan dari kegiatan pemanenan maupun dari

limbah pengolahan kayu. Salah satu bentuk pemanfaatan limbah kayu

adalah mengolah limbah menjadi pellet kayu sebagai salah satu jenis energi

alternatif.

Berdasarkan permasalahan diatas maka penyusun mengambil judul

“Pengaruh Temperatur Karbonisasi Terhadap Karakteristik Biopellet Limbah

Industri Kayu di PT. Wijaya Tri Utama Plywood Industry”. Untuk itu, pada

Tugas Akhir ini akan dibuat pellet berbahan baku serbuk kayu dalam

upaya menggali potensi biomassa limbah industri kayu sebagai bahan bakar

alternatif ramah lingkungan dengan pempelletan ini diharapkan mampu

menjadi bahan bakar dengan efisiensi konversi cukup baik, densitas energi

(kandungan energi persatuan volume) cukup tinggi, serta kemudahan

dalam hal penyimpanan dan pendistribusian.

2

1.2. Rumusan MasalahBerdasarkan uraian di atas maka permasalahan yang diambil dalam

penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi temperatur karbonisasi

terhadap karakteristik pellet berbahan baku serpihan kayu plywood (mahoni,

meranti dan sengon).

1.3. Tujuan PenelitianAdapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah untuk

mengetahui pengaruh variasi temperatur karbonisasi terhadap karakteristik

pellet berbahan baku serbuk kayu plywood (mahoni, meranti dan sengon).

1.4. Batasan MasalahAgar pembahasan masalah dapat terarah maka penulis memberikan

batasan masalah sebagai berikut :

a. Bahan pellet biomassa yang di uji adalah serbuk kayu plywood (mahoni,

meranti dan sengon).

b. Ukuran partikel serbuk kayu adalah 22 mesh yang tertahan di ayakan 40

mesh.

c. Perekat yang digunakan adalah tepung tapioka 5% dari berat serbuk.

d. Pempelletan dilakukan dengan tekanan pempelletan adalah 100 kg/cm2.

e. Proses karbonisasi serpihan kayu menggunakan cara rotary drying

dengan variasi suhu pengarangan 150 oC, 225 oC dan 300 oC selama 1,5

jam.

1.5. Manfaat PenelitianAdapun manfaat yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut :

a. Bagi Peneliti

3

1. Sebagai suatu penerapan teori dan praktek yang diperoleh saat

di bangku perkuliahan khususnya di bidang konversi energi.

2. Menambah pengetahuan tentang manfaat limbah industri kayu

plywood.

3. Dapat menghasilkan olahan dari serpihan kayu yang bahannya mudah

untuk didapatkan.

4. Dapat menjadikan limbah industri kayu plywood menjadi bahan baku

pellet.

b. Bagi Universitas Lambung Mangkurat

1. Hasil penelitian ini khususnya bagi Fakultas Teknik Program Studi

Teknik Mesin , dengan adanya penelitian ini akan meningkatkan

akreditasi program studi Teknik Mesin serta program studi Teknik

Mesin dapat lebih dikenal dimasyarakat luas

c. Bagi Dunia Industri

1. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi informasi dan alternatif

baru dengan memanfaatkan limbah industri kayu sebagai bahan dasar

pembuatan biopellet.

2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi referensi bagi

perusahaan untuk menggunakan biomassa pellet sebagai bahan bakar

alternatif pembangkit listrik pengganti batu bara.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian TerdahuluPelet kayu menjadi bahan bakar BB primadona saat ini terutama di negara

yang memiliki 4 musim sebagai bahan pengganti batubara .Energi Baru Dan

Terbarukan Pelet Kayu Wood Pellet. Pelet kayu menjadi bahan bakar BB

primadona saat ini terutama di negara yang memiliki 4 musim .EMI mendirikan

pabrik pelet kayu atau ‘wood pellet ‘ di Purworejo, Jawa efisiensi sumber daya

energi dan energi baru terbarukan,” kata Aris, .Untuk itu diperlukan upaya untuk

mengkombinasikan sumber-sumber energi baru dan terbarukan, termasuk pelet

kayu. Pelet kayu adalah .

Pelet kayu menjadi bahan bakar BB primadona saat ini terutama di negara

yang memiliki 4 musim sebagai bahan pengganti batubara . EMI mendirikan

pabrik pelet kayu atau ‘wood pellet ‘ di Purworejo, Jawa efisiensi sumber daya

energi dan energi baru terbarukan, kata Aris, .Rencananya pabrik wood pellet ini

akan bisa mencetak pellet kayu sebanyak 2 ton per Manajemen pabrik dan

bahan baku akan ditangani langsung oleh IDEAS dengan Wood pellet adalah

energi terbarukan masa depan yang miracle. Panen kaliandra baru bisa dimulai

pada bulan Mei 2014 atau tepatnya setelah . Ia menunggu panen kedua

meskipun baru mulai menanam setahun lalu. Kayu kaliandra merah menjadi

bahan baku untuk pelet kayu wood pellet yang Ahli pelet kayu dan energi

terbarukan dari Institut Pertanian Bogor .

5

2.2 BiomassaBiomassa merupakan sumber energi yang bersih dan dapat

diperbarui yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk

maupun limbah. Selain digunakan untuk tujuan primer serat, pakan ternak,

minyak nabati dan bahan bangunan, biomassa juga digunakan sebagai

sumber energi bahan bakar. Kandungan energi yang ada dalam biomassa

cukup tinggi, yaitu antara 4.000 – 5.000 kkal/kg. Oleh karena itu saat ini

sumber energi alternatif dari biomassa sedang banyak diteliti dan

dikembangkan karena sifatnya yang melimpah, mudah diperoleh, dapat

diperbaharui secara cepat, dan kandungan energinya yang cukup tinggi.

Teknologi pemanfaatan biomassa untuk keperluan energi yang lebih

modern sudah dilakukan untuk keperluan energi pembangkit listrik, antara

lain di negara-negara seperti Denmark, Finlandia dan Swedia. Menurut

Yamada et al. 2005, penggunaan bahan bakar biomassa secara langsung

dan tanpa pengolahan akan menyebabkan timbulnya gangguan pernafasan

yang disebabkan oleh karbon monoksida, sulfur dioksida (SO2) dan endapan

partikulat. Oleh karena itu dibutuhkan suatu teknologi baru yang dapat

memanfaatkan sumber bahan bakar biomassa menjadi bentuk bahan bakar

yang lebih ramah lingkungan.

Agar biomassa bisa digunakan sebagai bahan bakar maka

diperlukan teknologi untuk mengkonversinya. Terdapat beberapa teknologi

untuk konversi biomassa, dijelaskan pada gambar 2.2. Teknologi konversi

biomassa tentu saja membutuhkan perbedaan pada alat yang digunakan

untuk mengkonversi biomassa dan menghasilkan perbedaan bahan bakar

yang dihasilkan.

6

Gambar 2.1 Teknologi Konversi Biomassa

Sumber : web.ipb.ac.id

Secara umum teknologi konversi biomassa menjadi bahan bakar

dapat dibedakan menjadi tiga yaitu pembakaran langsung, konversi

termokimiawi dan konversi biokimiawi. Pembakaran langsung merupakan

teknologi yang paling sederhana karena pada umumnya biomassa telah

dapat langsung dibakar. Beberapa biomassa perlu dikeringkan terlebih

dahulu dan didensifikasi untuk kepraktisan dalam penggunaan. Konversi

termokimiawi merupakan teknologi yang memerlukan perlakuan termal

untuk memicu terjadinya reaksi kimia dalam menghasilkan bahan bakar.

Sedangkan konversi biokimiawi merupakan teknologi konversi yang

menggunakan bantuan mikroba dalam menghasilkan bahan bakar.

2.3 BiopelletBiopellet adalah salah satu bentuk bahan bakar padat berbasis

limbah biomassa dengan ukuran yang kecil dari briket. Biopellet mempunyai

7

densitas dan keseragaman ukuran yang lebih baik dibandingkan biobricket

(Windarwati, 2011). Menurut Puspijak (2013) Pelet kayu berbentuk silindris

dengan diameter 6-10 mm dan panjang 1-3 cm dan memiliki kepadatan rata-

rata 650 kg/m3 atau 1,5 m3/ton. Pellet kayu dihasilkan dari berbagai bahan

biomassa, terutama limbah serbuk gergaji dari pabrik penggergajian kayu

dan serbuk limbah veneer dari pabrik kayu lapis atau palet daur ulang. Pelet

kayu menghasilkan rasio panas yang relatif tinggi antara output dan input-

nya (19:1 hingga 20:1) dan energi sekitar 4,7kWh/kg.

Proses pembuatan pellet kayu terbagi 2, yaitu proses kering dimana

bahan baku dikeringkan sampai kadar air maksimal 10% selanjutnya di

press dengan tekanan tinggi dan dipanaskan pada suhu sekitar 120-1800

oC. Sedangkan untuk proses basah bisa menggunakan bahan baku dengan

kadar air tinggi, ditambah tepung kanji dan air kemudian di press dengan

tekanan tinggi tanpa pemanasan. Kedua sistem ini dilakukan secara kontinu.

Biasanya pellet berwarna cerah dari kayu lunak / softwood dan yang

gelap dari kayu keras / hardwood, umumnya pellet dari kayu keras lebih

disukai terutama untuk kompor dan perapian atau tungku boiler karena

secara alami memiliki kadar air lebih rendah, lebih padat, terbakar lebih lama

dan panasnya seperti batubara.

Keunggulan dari biopellet ini adalah dapat meningkatkan nilai kalor

yang dihasilkan dari proses pembakaran. Selain itu ukuran dan

keseragaman biopellet juga dapat memudahkan proses pemindahan

(transportasi) dari satu tempat ke tempat lainnya (Battacharya, 1998).

8

Penampilan fisik biomassa pellet dapat dilihat pada Gambar 2.2

dibawah ini.

Gambar 2.2 Pellet Biomassa

Sumber : PelHeat, 2012

Peletisasi biomassa merupakan salah satu upaya untuk

mengembangkan penanganan, transportasi, pengubahan yang lebih mudah,

dan penyimpanan sewaktu-waktu (Erlich, 2005). Untuk menghasilkan pelet

biomassa yang memiliki perancangan dan kualitas yang baik, tahapan

prosesnya dideskripsikan dalam skema pada Gambar 2.3 sebagai berikut :

Gambar 2. 3 Skema Proses Produksi Pelet Biomassa

Sumber : PelHeat, 2012

Dalam penelitian ini, dibuat biopellet dengan menggunakan bahan

baku biomassa limbah industri kayu plywood (mahoni, meranti dan sengon)

berupa serpihan-serpihan kayu dengan penambahan perekat tapioka

sebesar 5% (b/b). Penggunaan perekat diharapkan mampu meningkatkan

rendemen dan nilai kalor pembakaran biopellet yang dihasilkan.

9

Reduksi Ukuran Pengeringan Pencampuran Persiapan

Pengemasan Pendinginan Pengayakan Pembuatan Pellet

2.4 Ketersediaan Biomassa di IndonesiaSumber daya biomassa di Indonesia sangat melimpah. Salah satu

penyebabnya adalah Indonesia yang termasuk negara beriklim tropis

dengan wilayah yang cukup luas. Berikut ini merupakan peta persebaran

potensi biomassa di Indonesia pada Gambar 2.4 dimana pada Pulau

Kalimantan dan Sumatra, limbah dari pengolahan kayu menempati

persentasi dengan urutan tertinggi.

Gambar 2.4 Potensi Biomassa di Indonesia

Sumber : ZREU, 2000

Berdasarkan peta persebaran potensi biomassa di Indonesia

tersebut, dapat diamati bahwa salah satu sumber daya biomassa

yang memiliki potensi yang cukup tinggi di Kalimantan adalah kayu.

Potensi yang besar tersebut disebabkan oleh fungsi kayu sebagai

bahan baku utama industri pengolahan kayu yang jumlahnya cukup

banyak di Indonesia terutama di Pulau Kalimantan dan Sumatera.

Oleh karena itu, dalam penelitian ini digunakan biomassa dari

serpihan kayu yang merupakan limbah dari plywood industry.

10

2.5 Potensi Limbah KayuSimarmata dan Hartyanto (1986) dalam irwan (1993)

menyatakan bahwa limbah kayu dapat dibagi menjadi 2 golongan,

yaitu :

1. Limbah kayu yang terjadi pada kegiatan eksploitasi hutan

berupa pohon yang ditebang terdiri dari batang sampai bebas

cabang, tunggak dan bagian atas cabang pertama.

2. Limbah kayu yang berasal dari industri pengelolaan kayu

antara lain berupa lembaran veneer rusak, log end atau kayu

penghara yang tidak berkualitas, sisa kupasan, potongan log,

potongan lembaran veneer, serbuk gergajian, serbuk

pengamplasan, serbetan, potongan ujung dari kayu gergajian

dan kulit.

Potensi limbah kayu di Indonesia ada 3 macam industri yang secara

dominan mengkonsumsi kayu alam dalam jumlah relatif besar, yaitu : industri

kayu lapis, industri penggergajian dan industri kertas. Sebegitu jauh limbah

biomassa dari industri tersebut sebagian telah dimanfaatkan kembali dalam

proses pengelolaannya sebagai bahan bakar guna memenuhi kebutuhan

energi industri kayu lapis dan kertas.

Kelebihan kayu sebagai sumber energi sebagai salah satu bahan

bakar yang banyak dipakai oleh penduduk dunia, antara lain :

Renewable, kayu sebagai bahan bakar terbarukan karena bisa

diproduksi kembali.

Energi yang dihasilkan tinggi namun emisi rendah (dibawah 0.1

kg CO2/kWh).

11

Bahan Bakar Karbon Netral . Kayu dari pohon sebagai bahan

bakar alternatif selain minyak bumi dan batubara juga sekaligus

berfungsi penyerap karbon.

Penggunaan bahan bakar kayu sebagai bahan bakar dapat

menumbuhkan minat masyarakat menghijaukan lahan

sehingga tercipta lingkungan yang lebih baik.

Nilai dari diversifikasi produk olahan kayu atau limbah kayu

menjadi kayu energi akan meningkatkan pendapatan baik

tingkat perusahaan maupun masyarakat.

Gambar 2.5 Serpihan Kayu Plywood

Sumber : dokumentasi pribadi

12

Gambar 2.5 Perbandingan Emisi CO2 dari Berbagai Bahan Bakar

Sumber : www.pinnacpellet.com

2.6 Kandungan BiomassaMenurut Kong (2010), terdapat beberapa aspek yang perlu

diperhatikan sebagai bahan pertimbangan dalam penggunaan biomassa,

yakni selain aspek ketersediaan biomassa yang telah dibahas sebelumnya

dan rantai suplai biomassa ialah aspek nilai kalori dan kandungan dari

biomassa tersebut (moisture content, ash content, volatile matter, unsur

klorin, dan sebagainya). Dengan mengetahui kandungan yang dimiliki oleh

suatu biomassa tertentu, maka dapat ditentukan jalur konversi termal

(pembakaran langsung, pirolisis, gasifikasi, atau fermentasi) yang paling

cocok untuk jenis biomassa tersebut.

Misalnya, kadar air atau moisture content yang tinggi mengakibatkan

biomassa menjadi sulit terbakar karena dibutuhkan sejumlah kalor laten

untuk menguapkan air yang terkandung dalam biomassa tersebut dan kalor

sensibel untuk menaikkan suhu. Sedangkan, kadar abu atau ash content

yang tinggi berpengaruh terhadap perancangan garangan (grate) dari

kompor. Hal ini juga akan mengakibatkan timbulnya emisi partikulat yang

13

tinggi dalam pembakaran sehingga perlu penanganan khusus untuk abu dan

partikulat yang dihasilkan. Selain itu, abu bersifat inert sehingga mampu

mengurangi efisiensi kalor yang dihasilkan dari bahan bakar (Chigier, 1981).

Volatile matter yang tinggi menunjukkan bahwa biomassa tersebut lebih

mudah menyala dan lebih cepat terbakar (Fisafarani, 2010). Kandungan zat

volatil ini dapat menguntungkan dalam hal penyalaan biomassa karena

kandungan zat volatil (campuran dari uap dan gas yang keluar saat proses

pirolisis dari biomassa) tersebut dapat melepaskan kalor secara konveksi

maupun radiasi, serta membentuk pori pada permukaan ketika zat volatil

lepas dari permukaan biomassa. Sedangkan, karbon tetap (fixed carbon)

yang tinggi menyebabkan semakin tinggi nilai kalori dari suatu biomassa.

Karbon tetap bertindak sebagai pembangkit utama panas selama

pembakaran.

Biomassa merupakan produk reaksi fotosintetik dari karbon dioksida

dengan air, yang terdiri dari karbon, oksigen, dan hidrogen, yang terdapat

dalam bentuk polimerik makroskopik kompleks. Oleh karena itu, selain

kandungan kandungan biomassa yang telah diuraikan di atas, kandungan

yang juga patut diperhatikan adalah kandungan biopolimer dari biomassa

yang terdiri dari hemiselulosa, selulosa dan lignin.

Berikut ini merupakan uraian mengenai masing-masing ketiga

komponen tersebut:

a. Hemiselulosa [(C5H8O4)y]

Hemiselulosa mirip dengan selulosa yang merupakan

polimer gula. Namun, berbeda dengan selulosa yang hanya

tersusun dari glukosa, hemiselulosa tersusun dari bermacam-

macam jenis gula. Monomer gula penyusun hemiselulosa terdiri

14

dari monomer gula berkarbon lima (C-5) dan enam (C-6).

Dekomposisi hemiselulosa terjadi paling mudah dan paling

awal di antara komponen lainnya, dimana dekomposisi terjadi

pada suhu 220–315oC dengan menghasilkan CO dan CO2 lebih

tinggi, senyawa organik (C=O, C-O-C, dan sebagainya), dan

sedikit CH4 sebagai gas pirolisis yang dilepaskan (Tanto, 2011;

Yang, 2007).

b. Selulosa [(C6H10O5)x]

Selulosa adalah polimer glukosa (hanya glukosa) yang tidak

bercabang. Bentuk polimer ini memungkinkan selulosa saling

menumpuk dan terikat menjadi bentuk serat yang sangat kuat.

Panjang molekul selulosa ditentukan oleh jumlah unit glucan di dalam

polimer yang disebut dengan derajat polimerisasi, di mana pada

umumnya terdapat sekitar 2.000-27.000 unit glucan dalam selulosa.

Selulosa terdekomposisi pada suhu pirolisis 315-400oC dengan

melepaskan CO dan CO2 dalam jumlah sedikit, senyawa organik

(C=O, C-O-C, dan sebagainya) dan sedikit CH4, dengan hasil residu

padatan yang paling rendah (Tanto, 2011; Yang, 2007).

c. Lignin [(C9H10O3(CH3O)0,9-1,7)y]

Lignin adalah molekul komplek yang tersusun dari unit

phenylphropane yang terikat di dalam struktur tiga dimensi.

Lignin adalah material yang paling kuat dalam biomassa. Lignin

memiliki titik leleh yang cukup rendah, yaitu pada suhu 140oC.

Lignin bersifat sangat resisten terhadap degradasi, baik secara

biologi, enzimatis, maupun kimia. Lignin memiliki rasio C dan O

15

serta rasio H dan O yang lebih besar daripada fraksi

karbohidrat lainnya dalam biomassa. Hal inilah yang membuat

lignin lebih potensial untuk proses oksidasi dibandingkan

dengan yang lainnya. Adapun lignin terdekomposisi pada suhu

pirolisis 150-900oC, di mana tidak ada CO dan senyawa organik

yang dihasilkan sebagai gas pirolisis, melainkan CH4 dalam

jumlah tinggi, dengan residu padatan yang dihasilkan paling

tinggi dibandingkan dengan komponen biopolimer lainnya

(Tanto, 2011; Yang, 2007).

2.7 Perekat / BinderBahan perekat (binder) diperlukan dalam pembuatan pellet karena

keberadaan bahan perekat menyebabkan bahan dapat direkatkan dan di

press sehingga dapat menjadi pellet. Menurut Ramsay (1982)

penambahan perekat juga bertujuan untuk meningkatkan ikatan antar

partikel, memberikan warna yang seragam dan juga memberikan bau yang

harum. Berdasarkan fungsi dan kualitasnya, pemilihan perekat

berdasarkan sifat dan jenisnya yang sangat penting dalam pembuatan

pellet antara lain adalah sebagai berikut :

1. Berdasarkan sifat bahan baku perekat pellet mempunyai

karakteristik sebagai berikut :

a. Memiliki daya kohesi yang baik bila dicampur dengan bahan

briket.

b. Mudah terbakar dan tidak berasap.

c. Mudah didapat dalam jumlah besar dan murah harganya.

d. Tidak beracun dan tidak berbahaya.

16

2. Berdasarkan jenis bahan baku yang umum digunakan sebagai

perekat dalam pembuatan pellet antara lain :

a. Zat organik seperti molase, tar, dan parafin.

b. Zat anorganik seperti lempung dan natrium silikat.

c. Perekat campuran seperti lempung dan waste pulm,

amilum dan caustic soda.

2.8 Pembakaran Bahan Bakar PadatMenurut Himawanto D. A. (2005) mekanisme pembakaran

biomassa terdiri dari tiga tahap yaitu pengeringan (drying),

devolatisasi (devolatilization) dan pembakaran arang (char

combustion).

1. Pengeringan (Drying)

Dalam proses ini bahan bakar mengalami proses kenaikan

temperatur yang akan mengakibatkan menguapnya kadar air yang

berada pada permukaan bahan bakar tersebut, sedangkan untuk

kadar air yang berada di dalam akan menguap melalui pori-pori

bahan bakar padat tersebut. (Borman dan Ragland, 1998).

17

2. Devolatisasi (Devolatilization)

Setelah proses pengeringan, bahan bakar mulai mengalami

dekomposisi yaitu pecahnya ikatan kimia secara termal dan zat

mudah menguap (volatile matter) akan keluar dari partikel sehingga

akan menghambat aliran oksigen dari luar untuk masuk dalam

butiran bahan bakar. Hal inilah yang membuat tahap ini disebut

juga pirolisis. Volatile Matter adalah hasil dari proses devolatilisasi.

3. Pembakaran Arang (Char Combustion)

Setelah tahap devolatilisasi maka yang tertinggal hanya arang dan

abu (ash). Arang sangat berpori dimana porositas untuk arang kayu

adalah 0,9 (90% pori-pori) dan arang batu bara 0,7. Karena pada

tahap ini sudah tidak ada volatil dan karena keporosan dari arang

maka oksigen bisa berdifusi sampai ke pori-pori. Laju reaksi

tergantung kepada laju reaksi antara karbon – oksigen yang terjadi

di permukaan dan laju difusi oksigen ke lapis batas dan ke dalam

partikel yang hal ini akan dipengaruhi oleh konsentrasi oksigen,

temperatur gas, bilangan reynolds, ukuran dan porositas arang.

2.9 Karakteristik Pembakaran BiopelletUntuk mendapatkan karakteristik biopellet (kadar air, kadar

abu, kadar terkait karbon, kadar zat mudah menguap dan nilai kalor)

dilakukan pengujian kualitas pellet dengan mengacu pada SNI 8021 :

2014.

Tabel 2.1 Persyaratan Pelet Kayu Menurut SNI 8021 : 2014

18

No Parameter Satuan Persyaratan1 Kerapatan g/cm3 Min. 0,82 Kadar air % Maks. 123 Kadar abu % Maks. 1,54 Zat yang mudah menguap / bagian yang hilang % Maks. 805 Kadar karbon % Min. 146 Nilai kalor kal/g Min. 4000

(Sumber: SNI 8021 : 2014, Hal. 2).

Karakteristik biomassa pellet meliputi :

1. Kadar Air / Moisture Content

Kadar air merupakan kandungan air pada bahan bakar padat,

semakin besar kadar air yang terdapat pada bahan bakar padat maka

nilai kalornya semakin kecil, begitu juga sebaliknya. Prosedur pengujian

kadar pellet mengikuti SNI 06-3730-1995 dengan persamaan:

Kadar air (%) = W 1−W 2W 2 x 100 % .......................................(2.1)

Keterangan :

W1 = berat sampel (gr)

W2 = berat sampel setelah dikeringkan dalam tanur (gr).

2. Kadar Abu / Ash Content

Abu yang terkandung dalam bahan bakar padat adalah mineral

yang tidak dapat terbakar tertinggal setelah proses pembakaran dan

reaksi-reaksi yang menyertai. Abu berperan menurunkan mutu bahan

padat karena dapat menurunkan nilai kalor. Kandungan abu dapat di ukur

dengan menurunkan nilai kalor. Kandungan abu dapat diukur dengan

metode uji SNI 01-1682-1996 dengan persamaan :

Kadar abu (%) = W 1−W 2W X 100% .......................................(2.2)

Keterangan :

W = Berat pellet sebelum diabukan (gr)

19

W1 = Berat pellet cawan sesudah diabukan (gr)

W2 = Berat cawan kosong (gr)

3. Kandungan Karbon Terikat

Kadar karbon terikat pada karbon aktif dipengaruhi oleh variasi

kadar air, abu dan zat mudah menguap. Kandungan karbon terikat dapat

dihitung dengan metode uji SNI 06-3730-1995 dengan persamaan :

Kadar karbon terikat (%) = 1 – (KA + KB + KZ ) x 100% ........(2.3)

Keterangan :

KA = kadar air pellet

KB = kadar abu pellet

KZ = kadar zat menguap pellet

4. Kadar Zat Menguap / Volatile Matter

Volatile matter atau sering disebut zat menguap, berpengaruh

terhadap pembakaran pellet. Semakin banyak kandungan zat menguap

pada pellet maka pellet semakin mudah terbakar dan menyala. Dapat

diukur dengan metode uji SNI 01-1682-1996 dengan persamaan :

Kadar zat menguap (%) = W 1−W 2W 1 X 100%.........................(2.4)

Keterangan :

W1 = berat pellet sebelum dipanaskan (gr)

W2 = berat contoh setelah pemanasan (gr)

5. Nilai kalor

Nilai kalor adalah jumlah suatu panas yang dihasilkan persatu

berat dari proses pembakaran cukup dari satu bahan yang mudah cukup

tebakar (syachry, 1983). Pengukur nilai kalor dapat dilakukan dengan

menggunakan bomb calorimeter dengan metode uji SNI 01-6235-2000

dengan persamaan :

20

Hg (cal/g) = ¿∆ t x wm ...............................................................(2.5)

Keterangan :

Hg = kalori per gram pellet

∆t = kenaikan temperatur pada termometer (OC)

w = kapasitas kalori alat 2565,446 kalori/°C pada saat kalibrasi

m = berat pellet

21

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Objek PenelitianObjek penelitian pada penelitian ini adalah limbah kayu serpihan kayu

plywood (mahoni, meranti dan sengon).

3.2 Alat dan BahanAlat dan bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan biopellet ini

adalah sebagai berikut :

a. Satu set alat pencetak pellet

b. Satu set drum clint

c. Kompor gas elpiji 3 kg

d. Pengayak 22 dan 40 mesh

e. Oven

f. Gun thermometer

g. Lesung

h. Stopwatch

Sedangkan bahan yang digunakan adalah:

a. Serpihan Kayu Plywood (Mahoni, Meranti dan Sengon)

b. Tepung Tapioka

c. Air

22

3.3 Teknik Pengumpulan Data1. Persiapan Bahan Baku

Adapun tahapan persiapan bahan baku dilakukan dengan cara

mengkecilkan ukuran serpihan kayu menjadi 2 – 5 mm agar mudah pada

saat proses pengarangan atau karbonisasi.

2. Proses KarbonisasiSerbuk kayu selanjutnya di karbonisasi dengan menggunakan

drum clint sederhana dan memberikan sedikit lubang-lubang pada bagian

dinding – dinding kaleng agar udara di dalamnya dapat bersirkulasi serta

berguna untuk mengukur suhu ruangan di dalam drum clint. Proses ini

dilakukan selama 1,5 jam dengan variasi suhu sebesar 150 oC, 225 oC

dan 300 oC menggunakan cara rotary drying di atas kompor gas.

3. Penghalusan UkuranPenghalusan ukuran serbuk kayu bertujuan untuk membuat

serbuk kayu yang ada menjadi lebih kecil ukurannya, sehingga dapat

lolos pada saat proses pengayakan.

4. PengayakanPengayakan bertujuan agar partikel serbuk kayu dapat seragam

dan menjadi butiran kecil, ayakan yang digunakan adalah yang lolos 20

mesh dan tertahan di ayakan 40 mesh (400 micron).

5. PencampuranPada tahap pencampuran ini bahan baku dicampur dengan air

dan perekat tepung tapioka dengan komposisi 30 gram serbuk kayu

plywood, 30 ml air dan 0,05 gram atau 5% tepung tapioka dari berat

serbuk.

6. Pencetakan

23

Pencetakan menggunakan pencetak pellet dengan tekanan

pengempaan 100 kg/m2 (1422 psi).

24

7. PengeringanPengeringan pellet yang sudah jadi memakai oven pemanas

dengan suhu 300°C selama 3 jam, agar kadar air pada pellet berkurang

dan pellet menjadi solid karena zat pengikat sudah mengering.

8. Tahap AnalisaTahapan ini meliputi pengujian karakteristik masing - masing pellet

yang telah divariasikan suhu karbonisasinya, antara lain : pengujiian

kadar air, kadar abu, kadar zat menguap, kadar karbon terikat, nilai kalor

dan lamanya waktu penyalaan. Kemudian dibandingkan dengan standar

pellet kayu Indonesia dengan mengacu pada SNI 8021 : 2014.

3.4 Diagram Alir PenelitianAdapun tahapan penelitian dapat dilihat pada bagan berikut :

25

Pengolahan Bahan Baku (Serpihan Kayu 2-5 mm)

Proses Karbonisasi(Rotary drying) 150 oC, 225 oC dan 300 oC

Penghalusan Ukuran

Pencampuran(Serbuk Kayu 30 gr + Air 30 ml +

Tepung Tapioka 0,05 gr)

PencetakanTekanan 100 kg/m2

Mulai

Pengayakan20 dan 40

mesh

YA

TIDAK

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Pellet Kayu

Sumber : Dokumentasi Pribadi

3.5 Jadwal Pelaksanaan PenelitianDalam pengujian karakteristik biopellet serbuk kayu dengan

variasi suhu menggunakan perekat tepung tapioka ini memerlukan

waktu 4 bulan seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.1 dibawah ini.

Tabel 3.1 Waktu Penelitian

DAFTAR PUSTAKA

26

Pellet

Pengeringan(oven) 300°C selama 3 jam

Kadar Air (MC) Kadar Abu (AC) Kadar Zat Menguap

(VM) Kandungan Karbon

Terikat Nilai Kalor Waktu Penyalaan

Pengujian

Pengolahan dan Analisa Data

Selesai

Rencana KegiatanBULAN

Oktober November Desember Januari

Studi Literatur    

Pengumpulan Bahan      

Pengolahan Bahan      

Penyusunan Laporan      

Seminar Proposal

Seminar Hasil

Sidang Akhir

Chigier, Norman. 1981. Energy, Combustion, and Environment. United States of

America : The McGraw-Hill Companies, Inc

Dhuha, D Lamanda., dkk. 2015. Karakteristik Biopelet Berdasarkan Komposisi

Serbuk Batang Kelapa Sawit dan Arang Kayu Laban dengan Jenis

Perekat Sebagai Bahan Bakar Alternatif Terbarukan (Jurnal Hutan Lestari

Vol. 3(2):313–321). Pontianak : Fakultas Kehutanan Universitas

Tanjungpura

Energi dan Listrik Pertanian. http://web.ipb.ac.id/energi-biomassa

Diakses pada 13 Desember 2015

Fisafarani, Hanani. 2010. Identifikasi Karakteristik Sumber Daya Biomasa dan

Pengembangan Pelet Biomasa di Indonesia (Skripsi). Depok : Program

Sarjana Fakultas Teknik UI

GA, Praptiningsih dan Nuriana, Wahidin. 2014. Keragaman Biopelet Limbah

Tanaman Padi (Oryza Sativa Sp) Sebagai Energi Alternatif Ramah

Lingkungan. Agri-tek Volume 15 Nomor 2 September 2014 : Universitas

Merdeka Madiun

Himawanto, D.A. 2005. Pengaruh Temperatur Karbonisasi Terhadap

Karakteristik Pembakaran Briket, Jurnal Teknik Mesin, Volume 6 No. 2,

Juli 2005. Surakarta

Jianfeng, S., Shuguang, Z., Xinzhi, L., Houlei, Z dan Junjie, T. 2010. The

Prediction of Elemental Composition of Biomass Based on Proximate

Analysis. Energy Conversion and Management 51:983–987

Kong, G.T. 2010. Peran Biomassa bagi Energi Terbarukan. Jakarta : PT Elex

Media Komputindo

27

PelHeat. 2012. Biomass Pellet Production Guide. http://www.pelheat.com

Diakses pada 13 Desember 2015

Prihandana R dan Hendroko R. 2007. Energi Hijau. Jakarta : Penebar Swadaya

Ramsay, W.S. 1982. Energy from forest biomass (Ed). New York : Academic

Press. Inc

Saptoadi H. 2006. The Best Biobriquette Dimension and its Particle Size. The 2

nd Joint Internasional Conference on Sustainable Energy and

Evironmental (SEE 2006). 21-23 November 2006. Bangkok. Thailand

Standar Nasional Indonesia. 1995. Arang Aktif Teknis (SNI 06-3730-1995).

Jakarta : Badan Standarisasi Nasional Indonesia

Standar Nasional Indonesia. 2014. “Pelet Kayu (SNI 06-3730-1995)”. Jakarta :

Badan Standarisasi Nasional Indonesia

Wahyuni, T., U. Anissa dan R. Zulkarnain. 2010. Pemanfaatan Hasil Samping Biji

Nyamplung Menjadi Biopelet Sebagai Bahan Bakar Pengganti Minyak

Tanah Di Kawasan Pesisir. Jakarta : Badan Penelitian dan

Pengembangan Kelautan dan Perikanan.Kementerian Kelautan dan

Perikanan

Windarwati S. 2011. Seminar Nasional Teknologi Kimia Kayu. Bogor

Winata, Resiana. 2012. Perancangan dan Optimasi Kompor Gas biomassa yang

Beremisi Gas CO Rendah Menggunakan Bahan Bakar Pelet Biomassa

dari Limbah Bagas (Skripsi). Depok : Program Sarjana Fakultas Teknik UI

Yang, H., et al. (2007). Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin

pyrolysis. Fuel 86(12-13) : 1781-1788

28

ZREU (Zentrum fur Rationell Energieanwendung and Umwelt GmbH). 2000.

Biomass in Indonesia-Business

29