...

151 PENGOLAHAN SEKAM PADI MENJADI

by user

on
Category: Documents
2

views

Report

Comments

Transcript

151 PENGOLAHAN SEKAM PADI MENJADI
PENGOLAHAN SEKAM PADI MENJADI BAHAN BAKAR ALTERNATIF
MELALUI PROSES PIROLISIS LAMBAT
Suyitno
ABSTRACT
The aim of this research is to investigate the characteristic of alternative fuel
obtained from slow pyrolysis of rice husk. The focus of this research is on the chemical
characteristics, the physical characteristics and the performance of stove that using bio oil
from slow pyrolysis of rice husk. The reseach was conducted experimentally in the
laboratory. The construction of the slow pyrolysis reactor was an externally heating double
pipe counter current flow heat exchanger. The rice husk was entered the reactor using a
screw conveyor. The mass flow rate of rice husk was 5 kg/h. The reactor temperature at the
wall near the flame source was controlled at 300, 400, and 500oC. The moisture contents of
the rice husk were about 10,1% and 20,7%. There were three valuable products, i.e. the
upper part of the bio oil, the bottom part of the bio oil, and the char. The upper part of the
bio oil can be used for making bio briquette binder. The bottom part of the bio oil can be
used as stove fuel after mixed with the ethanol. The char can be used as carbonization
briquette. The substances in the bio oil was detected by GCMS (Gas Chromatography-Mass
Spectrometry) and showed that more than 15 substances were detected. The bio oil was not
stable in storage more than 7 days. The stove performance using blending of bio oil and
ethanol was measured by water boiling method (WBT) and was calculated around 34,3%.
Keywords: Rice Husk, Slow Pyrolysis, Bio Oil, Briquette
PENDAHULUAN
Data Biro Pusat Statistik tahun
2008 menunjukkan bahwa produksi padi
di Indonesia seluruhnya sekitar 55 juta
ton padi. Dari total produksi padi
tersebut, 50% nya diproduksi di Jawa
Timur, Jawa Barat dan Jawa Tengah
(Hambali, 2007) sebagaimana terlihat
pada Gambar 1. Di Jawa Tengah, sebagai
produsen padi ketiga setelah Jawa Barat
dan Jawa Timur dihasilkan padi sebanyak
8,5 juta ton atau ekivalen dengan 1,7 juta
ton sekam padi setiap tahunnya. Total
potensi sekam di Indonesia sendiri
mencapai 13 juta ton per tahun atau setara
dengan 16.500 unit PLTD berkapasitas
100 kW (Kompas, 2003). Jumlah sekam
padi ini sangat melimpah dan sampai
sekarang hanya sejumlah kecil saja yang
dimanfaatkan untuk pembakaran dan
pembuatan batu bata. Aktivitas lain
pemanfaatan sekam padi adalah untuk
membuat arang sekam untuk media
tanaman. Bagaimanapun juga aktivitas
untuk memproses sekam padi menjadi
bahan bakar alternatif melalui proses
pirolisis lambat masih sangat terbatas
dilakukan di Indonesia.
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
151
Produksi Padi (ribu ton)
12.000
Jawa Tengah
Jawa Timur
Jawa Barat
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0
2003
2004
2005
2006
Tahun
Gambar 1. Jumlah produksi padi di Jawa Timur, Jawa Barat, dan Jawa Tengah dalam
beberapa tahun terakhir (Hambali, 2007).
Menurut (Gaur & Reed, 1998)
dari analisis ultimate dan analisis
proximate pada sekam padi (Tabel 1)
terlihat bahwa sebagian besar sekam padi
terdiri dari volatil. Dengan kadar volatil
yang tinggi diharapkan dapat diperoleh
gas dan cairan dari proses pirolisis dalam
jumlah yang banyak. Kadar karbon dan
kadar oksigen dalam sekam padi juga
hampir berimbang sekitar 35-38%. Ini
menunjukkan bahwa dalam minyak
pirolisis nantinya akan mempunyai kadar
oksigen dalam jumlah yang banyak.
Kandungan belerang dalam sekam padi
adalah nol. Akibatnya hasil pembakaran
dari minyak pirolisis sekam padi akan
lebih ramah lingkungan dibandingkan
hasil pembakaran batubara. Zat silika
yang terdapat dalam sekam padi
mencapai 16,98% (Hambali, 2007). Nilai
kalor dari sekam padi adalah sekitar 14,8
MJ/kg dan sedikit dibawah nilai kalor
kayu (~ 17-20 MJ/kg).
Tabel 1. Analisis proximate dan analisis ultimate dalam sekam padi (Gaur & Reed, 1998)
FC
Volatil
(%)
(%)
15,8
63,6
*
Diukur
**
Dihitung
Abu
(%)
20,6
C
(%)
38,3
H
(%)
4,3
Dengan menggunakan pirolisis,
bahan bakar padat dapat diolah menjadi
gas, cairan dan padatan. Teknologi
pirolisis yang sederhana adalah pirolisis
lambat. Sifat-sifat minyak pirolisis (bio
oil) dari biomasa sangat bergantung pada
jenis biomasa dan parameter operasi
O
(%)
35,4
N
(%)
0,8
S
(%)
0
HHV* HHV**
(MJ/kg) (MJ/kg)
14,8
14,4
seperti temperature reaksi dan waktu
tinggal
biomasa
dalam
reaktor.
Pemanfaatan secara konvensional dari
bio oil adalah sebagai bahan bakar untuk
kompor minyak skala rumah tangga.
Namun demikian, sebelum minyak
tersebut dapat digunakan perlu dilakukan
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
152
penelitian
mengenai
sifat-sifatnya.
Diantara sifat-sifat utama dari bahan
bakar adalah viskositas, nilai kalor,
stabilitas,
dan
komposisi
bahan
penyusunnya. Selain itu, unjuk kerja dari
kompor minyak skala rumah tangga
dengan menggunakan minyak pirolisis
juga perlu diteliti.
Walaupun dengan pirolisis cepat
dihasilkan cairan yang lebih banyak,
tetapi proses ini jauh lebih rumit dan
sangat beresiko dibandingkan proses
pirolisis lambat. Dengan proses pirolisis
lambat hanya dihasilkan cairan sekitar
30%, tetapi 35% gas yang dihasilkan
dapat
dibakar
langsung
untuk
menyediakan panas yang diperlukan pada
proses pirolisis (Suyitno, 2008).
Beberapa
peneliti
telah
mempelajari proses pirolisis baik secara
eksperimen maupun secara numerik.
Terdapat beberapa teknik analitik pada
analisis termal yaitu analisis ultimeta dan
proximate,
TGA (thermogravimetry
analysis),
DTG
(differential
thermogravimetry), DTA (differential
thermal analysis), DSC (differential
scanning calorimetry), and TMA (thermo
mechanical analysis) (Gaur & Reed,
1998). Reaksi yang terjadi dapat diteliti
dengan melakukan perekaman perubahan
massa (TGA dan DTG), perpindahan
panas (DTA dan DSC), perubahan
dimensi (TMA) sebagai fungsi dari
waktu.
TGA telah digunakan untuk
menganalisis 6 bahan bakar padat nonkonvensional dari laju panas yang rendah
(5°C/min) sampai laju pemanasan tinggi
(sebesar 900 °C/min) (Senneca, Chirone,
& Salationo, 2002). Analisis ini
melibatkan pirolisis inert, pirolisis
oksidatif,
dan
pembakaran
char
(Senneca, Chirone, Masi, & Salationo,
2002). Mekanisme degradasi termal
didiskusikan untuk menggarisbawahi
perbedaan dan persamaan antara berbagai
material. TGA dan FTIR (Fourier
Transform
Infrared
Spectroscopy)
digunakan oleh De Jong, W., dkk (De
Jong, Pirone, & Wojtowicz, 2003) untuk
analisis dua jenis bahan bakar biomasa
(pelletised Miscanthus Giganteus and
wood). Penelitian eksperimen dilakukan
dengan memvariaasikan laju pemanasan
(10, 30 dan 100oC/min) dengan
temperatur akhir 900oC.
Dengan mengkombinasikan data
eksperimen dan pemodelan, beberapa
mekanisme
reaksi
pirolisis
telah
dikembangkan oleh beberapa peneliti.
Mekanisme utama adalah konversi
biomasa menjadi gas, cairan (tar) dan
char (lihat Gambar 2). Berbeda dengan
gas, cairan (tar) adalah gas yang dapat
dikondensasi. Peneliti lain mengusulkan
reaksi tar sekunder (secondary tar
reaction) yang terjadi pada temperatur
yang tinggi. Pada proses terakhir ini, tar
terdekomposisi menjadi gas dan bentuk
lain tar.
LIGHT GASES
k g,1
k T,1
SOLID
MATERIAL
TAR
k a,1
COKE
Gambar 2. The main mechanism of
pyrolysis (Peters & Bruch, 2001; Larfeldt,
Leckner, & Melaaen, 2000; Di Blasi,
2002)
Tujuan dari penelitian ini adalah
untuk mempelajari karakteristik bahan
bakar alternatif yang dihasilkan dari
pirolisis lambat sekam padi. Penelitian
difokuskan pada karakteristik kimia,
karakteristik fisik, dan unjuk kerja
kompor yang menggunakan bio oil dari
hasil pirolisis lambat sekam padi.
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
153
MATERIAL DAN METODA
Penelitian
dilakukan
dengan
metode eksperimen di laboratorium.
Material yang diteliti adalah sekam padi
dengan perlakuan pirolisis lambat.
Peralatan pirolisis yang dimiliki oleh
laboratorium Perpindahan Panas Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS
adalah berupa externally heated counter
current flow heat exchanger dengan
panjang reaktor 1 m. Laju massa sekam
padi masuk ke dalam reaktor pirolisis
dapat dikontrol sekitar 5 kg/jam. Sekam
padi kemudian ditransportasikan ke
dalam reaktor melalui screw conveyor.
Panas yang diperlukan untuk proses
pirolisis diperoleh dari pembakaran LPG.
Selama pengujian eksperimen
beberapa parameter utama proses pirolisis
akan divariasikan, yaitu temperatur gas
pembakaran (300oC, 400oC, 500oC) dan
variasi kadar air (sekitar 10% dan sekitar
20%). Kadar air dalam sekam padi akan
diukur dengan menggunakan moisture
tester merk AND dimana sekam padi
dipanaskan sampai sekitar 100oC ± 2oC
sampai tidak terjadi perubahan massanya.
Gas hasil pirolisis kemudian
dipisahkan dengan char (arang) dengan
menggunakan siklon. Gas dari siklon
kemudian
dikondensasi
dengan
menggunakan unit pendingin.
Data
yang
diperoleh
dari
pengujian pirolisis sekam padi adalah laju
massa sekam, waktu pengujian, massa
padatan yang dihasilkan dan massa cairan
yang dihasilkan. Data ini digunakan
untuk menghitung jumlah produk pirolisis
baik tar, gas, dan padatan.
Beberapa pengujian pasca proses
pirolisis adalah analisis produk pirolisis,
viskositas minyak pirolisis, kestabilan
minyak pirolisis, komponen penyusun,
nilai kalor, uji unjuk kerja kompor
minyak dengan minyak pirolisis dan
potensi pemanfaatan produk pirolisis
untuk bahan bakar alternatif. Viskositas
diukur
menggunakan
alat
ukur
viskometer. Kestabilan minyak pirolisis
ditentukan dengan mengukur viskositas
minyak pirolisis setelah disimpan
beberapa hari. Komponen penyusun
minyak pirolisis diukur dengan GC-MS
QP2010S SHIMADZU. Nilai kalor minyak
pirolisis diukur dengan bomb kalorimeter.
Unjuk kerja kompor minyak pirolisis
dihitung dengan menggunakan metode
WBT (water boiling test). Unjuk kerja
dihitung dari perbandingan kalor laten dan
kalor laten yang diperoleh air dengan kalor
masukan dari bahan bakar.
Mekanisme pengujian pirolisis
sekam padi dapat dilihat pada Gambar 1.
Sekam
Hoper
Speed
R e d u ce r
P a n a s M a su k
(V a ria si T e m p e ra tu r
3 0 0 , 4 0 0 , 5 0 0 oC )
S cre w co n ve yo r
Panas
K e lu a r
Gas
S iklo n I
S iklo n II
P e n d in g in
ke lu a r
P a d a ta n
P a d a ta n
M o to r
HE
P e n d in g in
m a su k
ko n d e n sa si
Gambar 1. Mekanisme pengujian pirolisis sekam padi
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
Penam pung
M in ya k P iro lisis
154
HASIL
1. Produk Pirolisis
Bahan baku untuk pirolisis berupa
sekam padi pertama kali diukur kadar air
dan nilai kalornya. Pengujian moisture
content dilakukan untuk mengetahui
kadar air yang ada di dalam sekam padi.
Pengujian
dilakukan
dengan
menggunakan moisture analyser merek
AND pada suhu 105oC hingga laju
penguapannya
0,05%/menit.
Hasil
pengukuran kadar air sekam padi yang
digunakan selama pengujian adalah
sekitar 10,1% dan 20,7% sebagaimana
terlihat pada Tabel 1. Harga nilai kalor
sekam padi dari pengujian sekitar 15,5
MJ/kg.
Kadar Air
Sekam
Sekam
Kering
Basah
(%)
(%)
10,10
20,7
Nila Kalor
MJ/kg
15,5
Dengan reaktor pirolisis lambat
yang dikembangkan di Lab. Perpindahan
Panas Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik UNS, pemasukan sekam adalah 5
kg/jam. Pada pengujian dengan kapasitas
pemasukan sekam padi adalah 5 kg/jam
dengan kadar air yang digunakan adalah
10,1% dan dilanjutkan dengan kadar air
20,7%. Temperatur reaktor (yaitu
temperatur dinding bagian belakang dekat
dengan pusat api) divariasikan dari
300oC, 400oC, dan 500oC. Produk
pirolisis dan padatan hasil pirolisis dapat
dilihat pada Gambar 2, Gambar 3,
Gambar 4, dan Gambar 5.
Tabel 1. Kadar air dan nilai kalor sekam
padi
60%
52%
60%
58%
Prosentase
50%
40%
24%
17%
30%
20%
28%
20%
10%
20%
22%
500oC
400oC Temperatur
0%
300oC
Padatan
Minyak
Pirolisis
Reaktor
Gas
Hasil Pirolisis
Gambar 2. Hasil pirolisis sekam padi pada kapasitas 5 kg/jam, kadar air 10,1%
62%
70%
60%
57%
48%
36%
Prosentase
50%
40%
16%
30%
17%
20%
21%
28%
10%
0%
Padatan
500oC
400oC Temperatur
15%
300oC
Minyak
Pirolisis
Reaktor
Gas
Hasil Pirolisis
Gambar 3. Hasil pirolisis sekam padi pada kapasitas 5 kg/jam, kadar air 20,7%
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
155
300oC
400oC
500oC
Gambar 4. Padatan hasil pirolisis sekam padi pada kapasitas 5 kg/jam, kadar air 10,1%.
300oC
400oC
500oC
Gambar 5. Padatan hasil pirolisis sekam padi pada kapasitas 5 kg/jam, kadar air 20,7%.
2. Viskositas
Data viskositas dari minyak pirolisis hasil pirolisis lambat sekam padi sesaat setelah
diproduksi dari reaktor pirolisis dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Viskositas minyak pirolisis
Laju massa sekam
T_wall
Kadar Air Sekam
Viskositas minyak pirolisis (cP)
5 kg/jam
5 kg/jam
5 kg/jam
5 kg/jam
5 kg/jam
5 kg/jam
300oC
400oC
500oC
300oC
400oC
500oC
10,1%
10,1%
10,1%
20,7%
20,7%
20,7%
1,65
0,82
0,82
0,82
0,82
0,83
3. Kestabilan
Data kestabilan minyak pirolisis berupa nilai viskositas setelah penyimpanan
beberapa hari dapat dilihat pada Tabel 3.
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
156
Tabel 3. Data viskositas setelah penyimpanan beberapa hari
I
5 kg/jam
300ºC
10,1%
Lama
Disimpan
(hari)
16
II
III
VII
VIII
IX
5 kg/jam
5 kg/jam
5 kg/jam
5 kg/jam
5 kg/jam
400ºC
500ºC
300ºC
400ºC
500ºC
10,1%
10,1%
21%
20%
20%
22
11
5
11
14
Sampel Laju Massa Sekam
T_wall
Kadar Air
Viskositas
minyak pirolisis
(cP)
1,65
49,91
0,82
0,82
4,98
3,29
4. Unsur Penyusun
Data unsur penyusun minyak pirolisis dapat dilihat pada Tabel 4 dan Tabel 5.
Tabel 4. Data unsur penyusun minyak pirolisis pada pengujian kapasitas 5 kg/jam, MC
10,1%.
Nama Unsur Penyusun
MW
%
Acetic Acid (CAS) Ethylic Acid
C2H4O2
60
14,51
Phenol, 4-ethyl (CAS) p-Ethylphenol
C8H10O
122
9,80
Phenol (CAS) Izal
C6H6O
94
8,55
Phenol, 4-methoxy (CAS) Hqmme
C7H8O2
124
8,23
2-Furancarboxaldehyde (CAS) Furfural
C5H4O2
96
7,14
2,3-Dihydro-benzofuran atau Benzofuran, 2,3-dihydroC8H8O
120
6,89
(CAS) 2,3-Dihydrobenzofuran
Phenol, 3-methylC7H8O
108
6,47
2-methoxy-4-methylphenol
C8H10O2
138
4,19
Phenol, 2-methoxy-4-(2-propenyl)-(CAS) Eugenol
C10H12O2
164
3,95
2-Furanmethanol (CAS) Furfuryl alcohol
C5H6O2
98
3,48
Phenol, 4-ethyl-2-methoxy-(CAS) p-Ethylguaiacol
C9H12O2
152
3,48
1,2-Cyclopentanedione, 3-methylC6H8O2
112
3,13
Phenol, 2-methyl
C7H8O
108
2,91
Hexadecanoic Acid (CAS) Palmitic Acid
C16H32O2
256
2,88
Phenol, 4-ethenyl-2-methoxy
C9H10O2
150
2,59
2-Propanone, 1-hydroxy-(CAS) Acetol
C3H6O2
74
2,33
2-Cyclopenten-1-one, 3-methyl-2-(2-pentenyl)
C11H16O
164
2,07
5-methyl furfural
C6H6O2
110
1,90
Phenol, 2,6.dimethoxy-4-(2-propenyl)-(CAS) 4-Allyl-2,6- C11H14O3
194
1,38
dimethoxyphenol
2-Cyclopenten-1-one, 2-methyl
C6H8O
96
1,01
Hexadecane (CAS) n-Hexadecane
C16H34
226
0,75
Hexadecanoic acid, methyl ester (CAS) Methyl palmitate C17H34O2
270
0,52
1-Pentadecene (CAS) Pentadec-1-ene
C15H30
210
0,45
Cinerin I; (R)-3-(but-2-enyl)-2-methyl-4-oxocyclopent-2- C21H30O3
330
0,4
enyl(R)-trans-chrysanthermate
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
157
Benzene, (1-methylene-2-propenyl)-(CAS) 2-Phenyl-1,3butadiene
Furan,2,5-dymethyl
Oleic Acid
C10H10
130
0,38
C6H8O
C18H34O2
96
282
0,35
0,26
Tabel 5. Unsur penyusun minyak pirolisis setelah disimpan lebih dari 1 bulan (bagian atas)
dari sampel kapasitas 5 kg/jam dan MC 20,7%.
Nama Unsur Penyusun
MW
%
Acetic Acid (CAS) Ethylic Acid
C2H4O2
60
11,03
Phenol, 4-methoxy (CAS) Hqmme
C7H8O2
124
10,38
Phenol, 4-ethyl (CAS) p-Ethylphenol
C8H10O
122
7,99
2,3-Dihydro-benzofuran atau Benzofuran, 2,3-dihydroC8H8O
120
7,56
(CAS) 2,3-Dihydrobenzofuran
Phenol, 2-methoxy-4-(2-propenyl)-(CAS) Eugenol
C10H12O2
164
6,6
2-methoxy-4-methylphenol
C8H10O2
138
6,36
2-Furancarboxaldehyde (CAS) Furfural
C5H4O2
96
5,54
Phenol, 4-ethyl-2-methoxy-(CAS) p-Ethylguaiacol
C9H12O2
152
5,37
Phenol, 4-ethenyl-2-methoxy
C9H10O2
150
5,19
Phenol (CAS) Izal
C6H6O
94
4,69
Phenol, 3-methylC7H8O
108
3,97
2-Cyclopenten-1-one, 3-methyl-2-(2-pentenyl)
C11H16O
164
2,9
2-Propanone, 1-hydroxy-(CAS) Acetol
C3H6O2
74
2,62
Hexadecanoic Acid (CAS) Palmitic Acid
C16H32O2
256
2,49
Phenol, 2-methyl
C7H8O
108
1,65
Phenol, 2,6.dimethoxy-4-(2-propenyl)-(CAS) 4-Allyl-2,6- C11H14O3
194
1,22
dimethoxyphenol
2-Furanmethanol (CAS) Furfuryl alcohol
C5H6O2
98
1,12
2-Cyclopenten-1-one, 3-methyl-2-(2-pentenyl)
C11H16O
164
1,11
2-Furanmethanol (CAS) Furfuryl alcohol
C5H6O2
98
0,94
Benzene, methyl-(CAS) Toluene
C7H8
92
0,92
Benzene, 1-ethyl-4-methoxy
C9H12O
136
0,92
Furan,2,5-dymethyl
C6H8O
96
0,89
2-Cyclopenten-1-one, 2-methyl
C6H8O
96
0,89
2-Propanone, 1-hydroxy-(CAS) Acetol
C3H6O2
74
0,86
1,2-Cyclopentanedione, 3-methylC6H8O2
112
0,85
Phenol (CAS) Izal
C6H6O
94
0,76
1,2-Cyclopentanedione, 3-methylC6H8O2
112
0,71
Phenol, 4-ethyl (CAS) p-Ethylphenol
C8H10O
122
0,68
Phenol, 2,6.dimethoxy-4-(2-propenyl)-(CAS) 4-Allyl-2,6- C11H14O3
194
0,67
dimethoxyphenol
Phenol, 2-methoxy-4-(2-propenyl)-(CAS) Eugenol
C10H12O2
164
0,5
Cinerin I; (R)-3-(but-2-enyl)-2-methyl-4-oxocyclopent-2- C21H30O3
330
0,49
enyl(R)-trans-chrysanthermate
1,2-Cyclopentanedione, 3-methylC6H8O2
112
0,39
Hexadecanoic acid, methyl ester (CAS) Methyl palmitate C17H34O2
270
0,38
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
158
Hexadecane (CAS) n-Hexadecane
Cyclopenthanone
Furan,2,5-dymethyl
Benzene, methyl-(CAS) Toluene
2-Propanone, 1-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)
C16H34
C5H8O
C6H8O
C7H8
C10H12O3
226
84
96
92
180
0,37
0,36
0,31
0,27
0,05
5. Nilai kalor
Hasil pengujian nilai kalor minyak pirolisis dan arang sekam padi dapat dilihat pada
Tabel 6.
Tabel 6. Nilai kalor minyak pirolisis dan arang sekam padi
Nilai Kalor Minyak Pirolisis Sekam Padi Bagian Atas (MJ/kg)
Nilai kalor 1
2,17
Nilai kalor 2
2,08
Nilai kalor 3
0,86
Nilai kalor 4
1,54
Rata-rata Bagian Atas
1,66
Nilai Kalor Minyak Pirolisis Sekam Padi Bagian Bawah (MJ/kg)
Nilai kalor
27,6
Nilai Kalor Arang Sekam Padi (MJ/kg)
Nilai Kalor
14,4
6. Efisiensi kompor minyak pirolisis
Unjuk kerja dari kompor minyak
pirolisis dilakukan dengan metode water
boiling test. Nilai efisiensi diperoleh
dengan menjumlahkan kalor yang
digunakan untuk memanaskan air dan
panas untuk menguapkan air dibagi
dengan perkalian antara laju pembakaran
minyak dengan nilai kalor dari minyak
pirolisis. Perlu dijelaskan disini bahwa
karena minyak pirolisis sulit dinyalakan
sehingga perlu ditambah sekitar 20%
ethanol. Sehingga nilai kalor yang
digunakan pada perhitungan efisiensi
minyak pirolisis adalah penjumlahan dari
80% nilai kalor minyak pirolisis bagian
bawah dengan 20% nilai kalor ethanol.
Tabel 7 menunjukkan rekapitulasi hasil
pengujian unjuk kerja kompor minyak.
Pada pengujian MC 20%, 5 kg/jam dan
temperatur dinding reaktor 300oC tidak
dapat dilakukan karena campuran minyak
dengan ethanol tidak dapat terbakar.
Tabel 7. Rekapitulasi pengujian keterbakaran dengan metode WBT
Kondisi
Efisiensi
o
MC 10%, 5 kg/jam, 300 C
33,8%
MC 10%, 5 kg/jam, 400 oC
36,3%
o
MC 10%, 5 kg/jam, 500 C
34,1%
o
MC 20%, 5 kg/jam, 400 C
33,3%
o
MC 20%, 5 kg/jam, 500 C
34,1%
Rata-rata
34,3%
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
159
DISKUSI
Dari Gambar 2 terlihat bahwa
proses dekomposisi sekam padi paling
besar terjadi pada temperatur sekitar
400oC dimana padatan yang tersisa
sebesar 52%. Minyak pirolisis terbanyak
dihasilkan pada temperatur reaktor 300oC
dan 400oC, yaitu 20%. Pada temperatur
reaktor 500oC terjadi penurunan minyak
pirolisis
dan
kenaikan
padatan
menunjukkan bahwa pada temperatur
tersebut terjadi reaksi tar sekunder di luar
partikel. Sebagaimana diketahui bahwa
pada proses reaksi tar sekunder terjadi
pemisahan menjadi gas dan padatan (lihat
Gambar 6). Akibatnya padatan yang
dihasilkan
semakin
banyak
pada
temperatur 500oC.
Gambar 6. Dekomposisi intraparticle dan
extraparticle padatan yang berhubungan
dengan konversi tar (Morf, 2001).
Dengan peningkatan kadar air
rata-rata sekam padi menjadi sekitar
20,7%,
menyebabkan
proses
pemanasannya semakin lama. Akibatnya
pada temperatur 300oC dan 400oC, sekam
yang terdekomposisi sedikit (lihat
Gambar 3). Pada Gambar 3 terlihat bahwa
pada temperatur reaktor 400oC, jumlah
padatan yang tersisa lebih banyak. Hal ini
disebabkan karena sekam yang digunakan
mempunyai kadar air yang tinggi sekitar
23,4%. Perlu dicatat juga bahwa
penggunaan sekam dengan kadar air
tinggi (sekitar 23,4%), mampu diuapkan
dengan baik oleh temperatur reaktor
500oC dimana padatan, minyak pirolisis,
dan gas yang dihasilkan masingmasingnya adalah 52%, 21%, 27% seperti
dapat dilihat pada Gambar 3. Hasil
penelitian ini tidak jauh berbeda dengan
hasil penelitian yang dilakukan Evans, R.
pada tahun 2004, bahwa hasil pirolisis
lambat biomasa menghasilkan 30% gas,
35% arang, dan 35% cairan (Evans, R.,
2004).
Pada temperatur 500oC dengan
menggunakan sekam berkadar air tinggi,
hasil minyak pirolisis dengan kapasitas
pemasukan 5 kg/jam menurun. Hal ini
menunjukkan terjadinya reaksi tar
sekunder. Sedangkan pada kapasitas
pemasukan sekam 10 kg/jam, hasil
minyak pirolisis mencapai 21% (lihat
Gambar 3) dan menunjukkan bahwa tidak
terjadi reaksi tar sekunder karena waktu
tinggal dalam reaktor yang singkat.
Data viskositas dari minyak
pirolisis hasil pirolisis lambat sekam padi
dapat dilihat pada Tabel 2. Terlihat bahwa
viskositas minyak pirolisis lebih besar
dari viskositas air. Hal ini menunjukkan
bahwa minyak pirolisis lebih kental
dibandingkan air. Viskositas minyak
pirolisis rata-rata dari seluruh sampel
adalah sekitar 0,96 cP (0,96 g/m.s). Pada
sampel I terlihat viskositas yang lebih
tinggi dari yang lain karena sudah
disimpan lebih dari 12 hari, sedangkan
yang lain diukur rata-rata pada hari ke-1
sampai ke-9.
Ukuran dari kestabilan dapat
dilihat dari seberapa jauh minyak pirolisis
mengendap. Terlihat bahwa dalam 1
minggu hanya terdapat sedikit minyak
pirolisis yang mengendap. Pada hampir
semua
sampel
terlihat
bahwa
pengendapan mulai terjadi setelah
disimpan selama 1 minggu. Di bawah 15
hari, viskositas minyak pirolisis yang
mengendap 1,65 cP. Fenomena ini terjadi
pada sampel 5 kg/jam, temperatur reaktor
400oC dan kadar air sekam 10%, harga
viskostas endapan setelah 22 hari adalah
49,91 cP. Harga kekentalan sampel ini
setelah disimpan selama lebih dari 17 hari
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
160
hampir setara dengan viskositas minyak
pelumas SAE 10.
Pada pengujian unsur penyusun
pada kapasitas 5 kg/jam, MC 10,1%, dan
temperatur reaktor 400oC sebagaimana
dapat dilihat pada Tabel 4 menunjukkan
bahwa unsur penyusun utama minyak
pirolisis bagian atas adalah acetic acid
(C2H4O2) 14,51%, kelompok Phenol
38,0%, kelompok Furan 14,03%,
Cyclopentanedione 3,13, Hexadecanoic
Acid 2,88%, dan Acetol 2,33%. Terdapat
juga benzene, cinerin, dan oleic acid
walaupun dalam jumlah kurang dari 1%.
Data unsur penyusun untuk
minyak pirolisis dari sekam yang
mempunyai kadar air sekitar 20,7% dapat
dilihat pada Tabel 5. Pada pengujian
unsur penyusun pada kapasitas 5 kg/jam,
MC 23,4%, dan temperatur reaktor 400oC
menunjukkan bahwa unsur penyusun
utama minyak pirolisis adalah acetic acid
(C2H4O2) 11,03%, kelompok Phenol
49,67%, kelompok Furan 16,36%,
Cyclopentanedione 5,61%, Hexadecanoic
Acid 3,24%, Acetol 3,48%, Benzene
2,0%, dan cinerin 0,49%. Pada kondisi ini
tidak dijumpai adanya oleic acid
walaupun dalam jumlah kurang dari 1%.
Dari penelitian ini, produk
pirolisis lambat dapat berupa sekitar 20%
minyak pirolisis (bagian atas dan bagian
bawah) dan sekitar 40-50% adalah arang
sekam padi. Pemanfaatan minyak pirolisis
bagian bawah seperti sudah dijelaskan di
atas dapat dipergunakan sebagai bahan
bakar kompor rumah tangga setelah
dicampur dengan 20% ethanol. Efisiensi
kompor minyak pirolisis bagian bawah
setara dengan efisiensi kompor minyak
tanah sebesar 34%. Efisiensi yang rendah
juga dikarenakan sedikitnya unsur
penyusun yang memiliki nilai kalor tinggi
dikarenakan masih banyaknya kadar air
yang tersimpan di dalam minyak pirolisis
(Richard C.R, 2005).
Pemanfaatan minyak pirolisis
bagian atas, karena sulit terbakar dan nilai
kalornya rendah dapat digunakan sebagai
binder dalam pembuatan briket biomasa.
Sifat briket dengan binder minyak
pirolisis bagian atas dapat dilihat pada
Gambar 7 dan Tabel 8. Kentungan briket
yang menggunakan binder ini adalah
dapat menhambat proses pembakaran.
Sebagaimana diketahui bahwa biomasa
umumnya mempunyai kandungan volatil
yang tinggi sehingga cepat habis pada
saat dibakar. Pada pengujian sifat fisik
biobriket dengan binder minyak pirolisis
bagian atas terlihat bahwa penambahan
panjang briket biomasa tidak lebih dari
15% dengan harga relaxed density
sebesar 670 kg/m3. Bentuk briket biomasa
non karbonisasi dengan binder minyak
pirolisis bagian atas dan bentuk briket
arang sekam padi hasil pirolisis dapat
dilihat pada Gambar 8.
Gambar 7. Penambahan panjang briket
dengan binder minyak pirolisis bagian
atas.
Tabel 8. Relaxed density briket dengan
binder minyak pirolisis
Relaxed Density
kg/m3
Minyak Pirolisis
670
Molases
751
Kanji
768
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
161
(a) Briket biomasa mentah
(b) briket arang sekam
Gambar 8. Bentuk briket biomasa non karbonisasi dengan binder minyak pirolisis bagian
atas dan bentuk briket arang sekam padi hasil pirolisis.
KESIMPULAN
Dari penelitian terdapat beberapa
ringkasan
yaitu
minyak
pirolisis
merupakan
senyawa
yang
sangat
kompleks dengan lebih dari 15 unsur
penyusun. Pada pirolisis lambat, hasil
dekomposisi
terbaik
terjadi
pada
temperatur reaktor 400°C, kadar air 10%
dan kapasitas sekam 5 kg/jam. Minyak
pirolisis stabil disimpan dalam waktu 1
minggu dan kemudian mulai terjadi
pengendapan. Viskositas minyak saat
keluar reaktor sekitar 0,96 cP. Nilai kalor
minyak pirolisis bagian atas adalah 2,5
MJ/kg dan dapat dimanfaatkan untuk
binder briket. Nilai kalor minyak pirolisis
bagian bawah sekitar 27,6 MJ/kg dan
dapat dimanfaatkan untuk minyak bakar.
Nilai kalor arang sekam hasil pirolisis
lambat adalah 14,4 MJ/kg dan dapat
dimanfaatkan untuk briket karbonisasi.
Efisiensi kompor dengan menggunakan
bahan bakar minyak pirolisis dicampur
dengan 20% ethanol adalah 34,3%.
Dari ringkasan penelitian tersebut
di atas dapat diambil kesimpulan bahwa
dengan teknik pirolisis lambat dapat
diperoleh
produk
yang
dapat
dimanfaatkan, yaitu minyak pirolisis
bagian atas, minyak pirolisis bagian
bawah, dan arang sekam. Minyak pirolisis
bagian atas dapat dimanfaatkan untuk
binder biobriket. Minyak pirolisis bagian
bawah dapat dimanfaatkan untuk minyak
bakar untuk kompor rumah tangga setelah
dicampur dengan 20% ethanol. Arang
sekam dapat dimanfaatkan untuk briket
terkarbonisasi.
Rekomendasi dari hasil penelitian
ini adalah bahwa untuk memperoleh
minyak pirolisis dan arang sekam dalam
jumlah banyak sebaiknya reaktor pirolisis
lambat dioperasikan pada temperatur
reaktor 400oC, laju aliran sekam padi 5
kg/jam, dan kadar air awal sekam padi
10%. Supaya minyak pirolisis bagian
bawah dapat digunakan sebagai minyak
bakar dengan baik, direkomendasikan
untuk dicampur dengan 20% ethanol.
Untuk memanfaatkan arang sekam
menjadi biobriket maka direkomendasikan untuk mencampur dengan binder
sebanyak 10% dan menggunakan tekanan
pembriketan lebih dari 600 kg/cm2.
Ucapan Terima Kasih
Tim penelitian mengucapkan
terima kasih kepada Badan Penelitian dan
Pengembangan Provinsi Jawa Tengah
atas dukungan pendanaan melalui skema
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
162
penelitian Riset Unggulan Daerah (RUD)
tahun 2008. No kontrak: 074/94K/VI/
2008. Tim peneliti juga mengucapkan
kepada ketua Lembaga Penelitian dan
Pengabdian
Masyarakat
Universitas
Sebelas Maret atas dukungan fasilitas
penelitian yang diberikan. Kepada
saudara Ervan Hidayat dan Muh. Rasyid
Ridlo terima kasih atas kerja kerasnya
dalam pengambilan data di laboratorium.
Daftar Pustaka
De Jong, W., Pirone, A., & Wojtowicz,
M. A. (2003). Pyrolysis of
Miscanthus Giganteus and Wood
Pellets: TG-FTIR Analysis and
Reaction Kinetics. Fuels , 82, 11391147.
Di Blasi, C. ( 2002). Modeling Intra-and
Extra-Particle processes of Wood
Fast Pyrolysis. AIChE Journal , 48
(10).
Evans, R., 2004, Options for Renewable
Hydrogen
Technologies,
In.
Proceeding of Energy & Agricultural
Carbon Utilization, Athens, Georgia
Gaur, S., & Reed, T. (1998). Thermal
Data for Natural and Synthetic
Fuels. Marcel Dekker.
Hambali, E. M. (2007). Produksi Padi
dan Palawija.
Larfeldt, J., Leckner, B., & Melaaen, M.
C.
(2000).
Modelling
and
Measurements of the Pyrolysis of
Large Wood Particles. Fuels , 79,
1637-1643.
Peters, B., & Bruch, C. (2001). A Flexible
and Stable Numerical Method for
Simulating
the
Thermal
Decomposition of Wood Particles.
Chemosphere , 42, 481-490.
Rabe, R.C., 2005, A Model for the Vacuum
Pyrolysis of Biomass, Stellenbosch,
South Africa
Senneca, O., Chirone, R., & Salationo, P.
(2002). A Thermogravimetric Study
of Nonfossil Solid Fuels. 2.
Oxidative Pyrolysis and Char
Combustion. Energy and Fuels , 16,
661-668.
Senneca, O., Chirone, R., Masi, S., &
Salationo,
P.
(2002).
A
Thermogravimetric
Study
of
Nonfossil Solid Fuels. 1. Inert
Pyrolysis. Energy and Fuels , 16,
653-660.
Suyitno. (2008). Teknologi Gasifikasi
Biomasa untuk Penyediaan Listrik
dan Panas Skala Kecil Menengah.
Dalam Suyitno, S. As'ad, A.
Aisyati, & S. Hadi, 32 UNS
Membangun Bangsa: Potret Hasil
Karya IPTEK. Surakarta, Indonesia:
UNS Press.
Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2, Desember 2009
163
Fly UP