BIO-OIL YANG DIHASILKAN DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
JUMARLINA 0403120613
ABSTRAK
Abdullah dan Gerhauser., (2008) telah melakukan pirolisis cepat dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) limbah kelapa sawit yang dicuci dan tidak dicuci. Komposisi dan distribusi ukuran partikel bahan baku yang dicuci dan tidak dicuci ditentukan dan perlakuan degradasi termal dianalisa dengan Thermogravimetric analysis (TGA). Pirolisis Pirolisis cepat dengan skala produksi produksi 150
g/jam digunakan untuk mempelajari pengaruh variabel reaksi yaitu : suhu reaktor o
w
antara 425-550 C dan kadar abu antara 1,03 – 5,43 5,43 %( / w). Produk yang berupa cairan dianalisa dan dibandingkan dengan bio-oil yang dihasilkan dari kayu dan bahan bakar minyak. Hasil penelitian menunjukkan kandungan abu yang kurang w
dari 3 %( / w) dari TKKS yang dicuci menghasilkan cairan homogen. TKKS yang dicuci memiliki kandungan abu rendah dan menghasilkan bio-oil yang hampir sama dengan bio-oil dari kayu.
Kata kunci : Tandan Kosong Kosong Kelapa Sawit (TKKS), (TKKS), Pirolisis cepat, Kelapa sawit, Bio-Oil, TGA
1
1. PENDAHULUAN Latar Belakang
Pirolisis cepat merupakan proses dekomposisi termal yang terjadi pada o
suhu 400-600 C. Biomassa dipanaskan dengan cepat tanpa oksigen atau udara untuk menghasilkan campuran cairan yang terkondensasi, gas dan arang. Ini merupakan salah satu proses pembaharuan energi yang menjanjikan karena menghasilkan cairan yang banyak dengan gas dan arang yang sedikit. Pada umumnya, untuk bahan baku kayu suhu yang digunakan sekitar 500 °C dengan waktu penguapan yang singkat, dapat diperoleh hasil 70% bio-oil, dan sekitar 15% untuk masing-masing gas dan arang. Bio-oil merupakan cairan teroksigenasi yang memiliki kerapatan yang tinggi dan dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar pada beberapa penerapannya. Bio-oil dapat terbakar dalam mesin diesel, turbin atau boiler, walaupun penggunaannya lebih jauh masih membutuhkan uji ketahanan jangka panjang, dan dapat juga digunakan untuk produksi zat-zat kimia tertentu (Abdullah dan Gerhauser, 2008). Bio-oil memiliki keunggulan dibandingkan konvesi termal lainnya seperti bioetanol, biosol dan biodisel. Karena memiliki densitas yang relatif tinggi 1,2 kg/l. Diperkirakan dua muatan truk dari kepingan kayu dapat digantikan dengan satu muatan tangki bio-oil dengan kandungan energi sama. Saat ini industri kelapa sawit berkembang pesat, menghasilkan limbah biomassa yang cukup banyak dan kurang dimanfaatkan. Dengan pemanfaatan panduan Bioteknologi Group (BTG), penelitian pirolisis cepat dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebagai bahan baku untuk produksi bio-oil t elah banyak dilakukan, namun penelitaian ini perlu diteliti lebih lanjut (Abdullah dan Gerhauser, 2008). Bio-oil yang dihasilkan dari TKKS yang tidak dicuci menghasilkan cairan terpisah ke dalam dua fasa, menunjukkan menunjukkan sulitnya sulitnya bila diterapkan untuk untuk bahan bakar. Pada penelitian ini, TKKS yang dicuci dipirolisis dalam suatu wadah reaktor fluida dengan skala produksi 150 g/jam, tujuannya untuk menentukan pengaruh dari pengurangan abu terhadap hasil dan kandungan abu maksimum yang menghasilkan bio-oil yang homogen. Hasil-hasilnya dibandingkan dengan pirolisis yang dilakukan dari berbagai bahan baku dengan kandungan abu yang berbeda (Abdullah dan Gerhauser, 2008).
2
Landasan Teori 1.2.1. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Tandan Kosong Kelapa Sawit merupakan limbah organik yang berpotensi untuk dijadikan bioenergi penganti bahan bakar. limbah terbesar yang dihasilkan oleh perkebunan kelapa sawit. Jumlah tandan kosong mencapai mencapai 30-35% dari berat tandan buah segar. TKKS mengandung serat yang tinggi. Kandungan utama TKKS adalah selulosa, dan lignin. Selulosa dalam TKKS dapat mencapai 54-60% sedangkan kandungan kandungan lignin mencapai 22-27% 22 -27% (Hambali, dkk. 2007). Tabel 1. Komposisi TKKS kering
Komponen
% (Berat Kering) Abu 6,04 Lignin 15,70 Selulosa 36,81 Hemiselulosa 27,01 Sumber : Hambali, dkk. 2007 1.2.2 Analisa Termal
Analisa termal secara umum didefinisikan sekelompok teknik yang mengukur sifat fisis suatu bahan atau hasil-hasil reaksi yang diukur sebagai fungsi o
temperatur. Alat-alat ini bisa mengukur perubahan temperatur sampai 500 C o
o
dengan laju pemanasan 5 C/menit sampai 10 C/menit. Pengukuran juga bisa dilakukan menggunakan udara kering maupun gas nitrogen (Sardjono dkk, 2009) Teknik analisa termal termal yang umum digunakan adalah : 1. Differential Thermal Analysis (DTA) Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu teknik di mana suhu
dari suatu sampel dibandingkan dengan material inert. Suhu dari sampel dan pembanding pada awalnya sama sampai ada kejadian yang mengakibatkan perubahan suhu seperti pelelehan, penguraian, atau perubahan struktur kristal sehingga suhu pada sampel berbeda dengan pembanding. Bila suhu sampel lebih tinggi daripada suhu pembanding maka perubahan yang terjadi adalah eksotermal, dan endotermal bila sebaliknya (Onggo dan Fansuri, 1999).
3
2. Thermogravimetry Analysis (TGA) Thermogravimetry Analysis (TGA) adalah teknik analisa yang mengukur
berat sampel yang hilang sebagai fungsi temperatur atau sebagai fungsi dari waktu pada temperatur tertentu pada kecepatan yang tetap. Analisa seperti ini berdasarkan pada tiga pengukuran yaitu berat, temperatur dan perubahan temperatur (Wikipedia.com, 2008). 3. Differential Scanning Calorimetry (DSC) Differential Scanning Calorimetry (DSC) adalah alat untuk analisa termal
yang prinsipnya adalah menghitung jumlah energi yang diserap atau dibebaskan oleh sebuah sampel yang dipanaskan, didinginkan atau ditahan pada temperatur konstan (isothermal). Dengan demikian sifat-sifat thermal dari suatu material dapat dianalisa dan dikarakterisasi, antara lain untuk menentukan Cv, Cp, Enthalpi dan perubahan fasa selama pemanasan, dan ntuk menentukan kemurnian dari suatu bahan (Sardjono dkk, 2009). 4. Thermal Mechanical Analyzer (TMA) Thermo Mechanical Analysis (TMA) digunakan untuk menentukan
ekspansi termal dan kesusutan kesusutan dari sampel yang disertai dengan perubahan perubahan o
dimensi. pengujian bisa dilakukan mulai dari suhu -150 C (Chandra, 2008). 1.2.3. Pirolisis
Pirolisis berasal dari kata Pyro (Fire/Api) dan Lyo (Loosening/Pelepasan) untuk dekomposisi termal dari suatu bahan organik. Jadi pirolisis adalah proses konversi dari suatu bahan organik pada suhu tinggi dan terurai menjadi ikatan molekul yang lebih kecil. Pirolisis merupakan suatu bentuk insinerasi yang menguraikan bahan organik secara kimia melalui pemanasan dengan mengalirkan nitogen sebagai gas inert. Proses ini menghasilkan uap organik, gas pirolisis dan arang. Uap organik yang dihasilkan mengandung karbon monoksida, metana, karbon dioksida, tar yang mudah menguap dan air. Uap organik kemudian dikondensasikan menjadi cairan. Cairan hasil pirolisis dikenal sebagai bio-oil (Awaluddin, 2007).
4
Proses pirolisis dikategorikan menjadi 4 tipe yaitu (Goyal dkk, 2006): a. Pirolisis lambat (Slow Pyrolysis) Pirolisis yang dilakukan pada pemanasan rata-rata lambat (5-7 K/menit). Pirolisis ini menghasilkan cairan yang sedikit sedangkan gas dan arang lebih banyak dihasilkan. b. Pirolisis cepat (Fast Pyrolysis) o
Pirolisis ini dilakukan pada lama pemanasan 0,5-2 detik, suhu 400-600 C dan proses pemadaman yang cepat pada akhir proses. Pemadaman yang cepat sangat penting untuk memperoleh prduk dengan berat molekul tinggi sebelum akhirnya terkonversi menjadi senyawa gas yang memiliki berat molekul rendah Dengan cara ini dapat dihasilkan produk minyak pirolisis yang hingga 75 % lebih tinggi dibandingkan dengan pirolisis konvensional. konvensional. c. Pirolisis Kilat (Flash Pyrolysis) Proses pirolisis ini berlangsung hanya beberapa detik saja dengan pemanasan yang sangat tinggi. Flash pyrolysis pada biomassa membutuhkan pemanasan yang cepat dan ukuran partikel yang kecil sekitar 105 - 250 μm. d. Pirolisis katalitik biomassa Pirolisis katalitik biomassa untuk membuktikan kualitas minyak yang dihasilkan. Minyak Minyak tersebut tersebut diperoleh dengan dengan cara cara pirolisis katalitik katalitik biomassa biomassa tidak memerlukan teknik pra-pengolahan sampel yang mahal yang melibatkan kondensasi dan penguapan kembali. 1.2.4. Bio-oil
Bio-oil adalah cairan yang dapat larut dalam air, bahan bakar yang dapat dioksigenasi, mengandung karbon, hidrogen dan oksigen. Dengan kandungan nitrogen dan sulfur yang sangat sedikit, bahkan kandungan sulfur didalamnya dapat diabaikan. Kandungan asam organik dalam bio-oil memberikan sifat asam pada bio-oil. Kandungan lainnya dalam bio-oil adalah air, tetapi air tidak bersifat kontaminan seperti pada petroleum, karena air bercampur dengan bio-oil. Kandungan air dalam bio-oil 15-30 wt% dan pH 2,8-3,8. Bio-oil berwarna gelap dengan penampilan yang mirip seperti kopi dan beraroma asap (Ensyn Group INC, 2001).
5
1.2.4.1 Komposisi Kimia Bio-oil
Bio-oil yang dihasilkan dari proses pirolisis mengandung air 15-30%, lignin pirolitik 20-30%, asam karboksilat 10-20% (terdiri dari asetat, formik, propionik dan glikol sebagai asam karboksilat terbanyak dan butirat, pentanoik serta heksanoik yang merupakan asam karboksilat yang dihasilkan sedikit), aldehid 14-25% (glikodehid, glyoxal, hidroksipropinol, metik glyoxal dan sedikit formaldehid,
asetaldehid
2-furaldehid
(levoglukosan,
fruktosa,
cellobiosan,
oligosakarida,
danydroglukofuranosa,
dan
syringaldehid),
glukosa keton
dan
sedikit
4-10%
gula
5-15%
mengandung
(hidroksipropana,
siklopentanon, siklopentana, furanon, hidroksimetilpiron dan sedikit butirolakton, asetiloksipropanon), alkohol 2-10% (asetol, metanol, etilen glikol) dan padatan 2-8% (Freel dan Graham, 2002).
1.2.4.2 Kegunaan Bio-oil
Bio-oil dapat digunakan pada aplikasi sebagai berikut (Goyal dkk, 2006): Digunakan sebagai pembangkit generator Produksi bahan-bahan kimia dan resin Dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk transportasi dan sebagai pengganti bahan bakar yang sangat baik Digunakan sebagai bahan bakar pengikat untuk pelatisasi (membuat jadi pelat tipis) dan menjadikan batu dari bahan sisa organik yang dapat dibakar Dapat digunakan sebagai asap cair Produksi gula anhidrous seperti levoglukosan levoglukosan Bio-oil dapat digunakan sebagai bahan pengawet seperti pengawet kayu Campuran yang sesuai pirolisis cair dengan minyak diesel dapat digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel Digunakan sebagai bahan perekat. 1.2.5. Kromatografi gas (GC)
Dalam kromatografi gas, fase bergeraknya adalah gas dan zat terlarut terpisah sebagai uap. Pemisahan tercapai dengan partisi sampel antara fase gas
6
bergerak dan fase diam berupa cairan dengan titik didih tinggi (tidak mudah menguap) yang terikat pada zat padat penunjangnya (Khopkar, 2003). Kromatografi gas ini digunakan untuk analisa kualitatif dan kuntitatif. Keuntungan utama kromatigrafi gas adalah waktu analisis yang singkat dan ketajaman pemisahan yang tinggi (Gritter dkk, 1991) Pengontrol Aliran
Tempat Injeksi
Rekorder Detektor
Kolom Gas Pembawa
Oven Kolom Gambar 1. Skema Kromatografi Gas
Sampel diinjeksikan melalui tempat injeksi yang temperaturnya dapat diatur, senyawa-senyawa dalam sampel akan menguap dan akan dibawa oleh gas pembawa menuju kolom. Zat terlarut akan teradsorpsi pada bagian atas kolom oleh fase diam, kemudian akan merambat dengan laju rambatan masing-masing komponen. Komponen-komponen tersebut terelusi sesuai dengan urutan makin besarnya nilai koefisien partisi menuju detektor. Detektor mencatat sederetan sinyal yang timbul akibat perubahan konsentrasi dan perbedaab laju elusi. Pada detector akan tampak sebagai kurva antara waktu terhadap komposisi aliran gas pembawa (Khopkar, 2003). Tujuan Penelitian
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk memahami penelitian yang dilakukan oleh Abdullah dan Gerhauser., (2008) tentang bio-oil yang dihasilkan dari tandan kosong kelapa sawit
7
II. TATA KERJA 2.1. Alat-alat yang digunakan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah Itu terdiri gilingan Fritsch, computerized Perkin – Elmer computer Pyris 1 , reactor fluida skala
produksi 150 g/jam dan 1 kg/jam, dan Varian Micro GC . 2.2. Bahan-bahan yang digunakan
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang dicuci dan tidak dicuci, gas nitrogen, gas helium, pasir dan akuades. 2.3. Prosedur Kerja 2.3.1. Sampel Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
TKKS yang digunakan pada penelitian ini diperoleh diperoleh dari Malaysian Palm Palm Oil Board (MPOB) dalam keadaan yang masih utuh, relatif kering dan w
mempunyai kelembaban kurang dari 10 %( / w). Ukuran serat TKKS diperkecil untuk memudahkan
pirolisis cepat dari TKKS pada
reaktor dengan skala
produksi 150 g/jam. TKKS dipotong-potong dalam ukuran yang kecil. Kemudian digiling dengan menggunakan gilingan Fritsch dengan ukuran screen 500 µm. Distribusi ukuran partikel setelah penggilingan dilihat pada Table 2. Kadar abu dari tiap ukuran partikel dianalisa dengan Metode analisis Standar LAP005, di National Renewable Energy Laboratorium (NREL). Rata-rata kadar abu yang diukur 5,39%. Ini tidak jauh berbeda dengan sampel asli yang dikirim oleh MPOB, yang mempunyai kadar kadar abu 5,36%. 5,36%. Untuk bahan baku yang tidak dicuci, ukuran partikel 250 µm dan 355 µm sangat mudah diolah. Tetapi ukuran partikel bawah 250 µ m atau di atas 355 µm terjadi hambatan pada pada pengolah yang yang dilakukan. Seperti Seperti yang ditunjukkan ditunjukkan pada Tabel 2, ukuran partikel ini memiliki kandungan abu agak sedikit di bawah berat rata-rata dari seluruh sampel TKKS.
8
Tabel 2. Distribusi ukuran partikel TKKS
Ukuran partikel (µm) (µ m) < 250 250-355 355-500 > 500 Rata-rata massa
Fraksi massa 22 30 42 6 -
w
Rata-rata kadar %( / w) 7,44 5,59 4,82 4,72 5,39
Kandungan abu yang tinggi dan potasium perlu diperhatikan. Karena bisa menyebabkan pengurangan cairan dalam pirolisis cepat. Sedangkan kandungan karbon dan hidrogen dibandingkan dengan biomassa dari kayu, dan diukur dengan nilai pemanasan. Untuk mengurangi kadar abu dari TKKS digunakan teknik pencucian air sedehana. Perlu diperhatikan TKKS yang baru diseterilkan pada umumnya mempunyai kadar air 60%. Perlu dilakukan pengeringan untuk mengurangi kadar air dari TKKS yang dicuci. Tabel 3. Kadar abu dari TBK yang dicuci berdasarkan metoda pencucian w
Kadar abu %( / w) 1,03 2,14 3,05 3,68 5,43
Metoda cucian air Rendam 100 g TKKS dengan ukuran 250 – 355 355 µm dalam 7 l air suling, 24 jam pada temperatur kamar Rendam 100 g TKKS dari ukuran 2 – 3 cm cm dalam dalam 5 l air suling, 20 menit pada temperatur kamar Rendam 100 g TKKS dari ukuran 2 – 3 cm cm dalam dalam 5 l air suling, 10 menit pada temperatur kamar kamar secara manual 100 g TKKS dengan ukuran 2 – 3 cm dalam 5 l dari air suling, 1 menit pada temperatur kamar Bahan baku yang tidak dicuci
2.3.2. Analisis termogravimetri dari TBK yang dicuci dan tidak dicuci
Karakteristik termal untuk TKKS yang tidak dicuci dan yang dicuci dianalisa
dengan
computerized
Perkin –
Elmer
computer
pyris 1.
Thermogravimetry analysis (TGA) dilakukan di bawah 100 ml/menit nitrogen
dengan laju pemanasan 10 °C/menit. Penurunan karakteristik termal dari bahan baku yang dicuci dan yang tidak dicuci ditunjukkan pada Gambar 2 dan 3, dengan Thermogravimetry Analysis (TGA) dan Diferensial Thermogravimetry (DTG).
Prosedur pencucian dilakukan karena sampel yang dicuci menghasilkan kadar abu w
menjadi 1,15 %( / w) untuk 100 g TKKS dalam 7 l air suling pada 90 °C selama 2 w
jam. Kandungan Kandungan abu dari sampel sampel yang tidak dicuci dicuci adalah 5,43 %( / w). Perlakuan
9
termal dari TKKS yang tidak dicuci dan dicuci dibedakan. Sampel yang tidak dicuci menunjukkan kurva DTG yang kecil mencapai puncak sekitar 200 °C, yang bisa memperlihatkan ekstrak. Tidak ada puncak yang muncul pada sampel yang dicuci. Ini disebabkan karena temperatur pencucian terlalu tinggi bisa menyebabkan hilangnya hilangnya ekstrak selama cucian.
Gambar 2. Analisis termogravimetri (TGA) dari TKKS tidak dicuci dan yang dicuci.
Gambar 3. Analisis diferensial termogravimetri (DTG) dari TKKS tidak dicuci dan yang dicuci
Sampel yang tidak dicuci dicuci menunjukkan suatu puncak puncak tunggal tunggal pada suhu 355 °C, sedangkan sampel sampel yang dicuci terjadi kehilangan kehilangan berat yang besar pada suhu 383 °C. Pada suhu sekitar 320 °C terdapat gundukan untuk sampel yang dicuci, tidak terlihat dalam kurva DTG untuk sampel yang tidak dicuci. Ini terjadi karena pergeseran temperatur akibat pengaruh katalitis dari abu yang menyebabkan terjadinya puncak DTG untuk selulosa, hemiselulosa dan abu, sedangkan gundukan yang terlihat didalam kurva DTG untuk biomassa abu rendah menandakan adanya hemiselulosa dan puncak yang terlihat karena dekomposisi dari selulosa.
10
Berat total yang hilang antara 100 °C dan 450 °C adalah 77.4% untuk sampel yang dicuci dan hanya 65,8% untuk sampel yang tidak dicuci. Ini disebabkan karena abu itu sendiri tidak akan menguap banyak dan karenanya menghasilkan arang. Pada Tabel 4 memperlihatkan berat yang hilang antara 100 °C dan 450 °C dan temperatur dari kehilangan berat maksimal. Tabel 4. Data analisis termogravimetri untuk kadar abu
Kadar abu w %( / w) 5,43 3,68 3,05 2,14 1,15
Temperatur dari kehilangan berat maksimal °C 355 358 361 366 383
berat yang hilang 100°C dan 450°C (%) 65,8 69,4 70,6 74,4 77,4
2.3.3 Reaktor dengan skala produksi 150 g/jam
Pirolisis cepat pada reaktor skala produksi 150 g/jam dilakukan pada tekanan atmosfer. Gambar 4 menunjukkan suatu diagram yang terdiri dari tiga bagian utama, yakni yakni pengolah, reaktor dan sistem pengumpulan pengumpulan hasil. Reaktor Reaktor ini silinder tidak berkarat (jenis 316) dengan panjangnya 260 mm dan garis tengah 40 mm. Medium pemanasan di dalam reaktor adalah pasir yang inert dengan ukuran antara 355 µm dan 500 µm. Pasir mengisi reaktor dengan kedalaman sekitar 8 cm dan diperbanyak selama fluidisasi sampai 12 cm. Gas fluida adalah nitrogen yang bisa panas lebih dulu bila memasuki dasar reaktor.
Gambar 4. Diagram arus sistim pirolisis reaktor fluida skala produksi 150 g/jam
11
Pengarangan Pengarangan dilakukan di badan reaktor oleh arus gas fluida, yang dikenal sebagai mode 'blow-through' . Pengarangan Pengarangan kemudian dipisah dipisah dari produk produk dalam cyclone. Uap-uap yang berkondensasi dikumpulkan dalam sistem pengumpulan
produk cairan, yang terdiri dari dua kondensor dingin, pengendap elektrostatik dan penyaring kapas. Gas-gas yang tidak terkondensasi meninggalkan sistim melalui suatu meteran gas dan kemudian langsung diukur dengan kromatografi gas (GC) untuk menentukan kuantitas dan jenis dari gas yang dihasilkan. GC yang digunakan adalah Varian Varian Micro GC dengan helium sebagai gas pembawa pembawa dan dua kolom (molar sieve dan poropak). Karena pelarutan dilakukan dengan gas nitrogen fluida, dihasilkan karbon monoksida dan gas karbon dioksida umumnya v
v
antara 0,5 %( / v) dan 1,5 %( / v), sedangkan sedangkan hidrogen dan hidrokarbon molekular molekular v
rendah di bawah 0,5 %( / v). Gas-gas terakhir ini tidak terlalu berpengaruh terhadap keseimbangan berat akhir, oleh karena itu tidak perlu diukur dengan ketelitian yang sama. Karena pemakaian helium sebagai gas pembawa, konsentrasi hidrogen hidrogen yang rendah rendah sulit diukur dengan dengan teliti dengan GC.
2.3.4 Reaktor dengan skala produksi 1 kg/jam
Gambar 5 menunjukkan menunjukkan reaktor dengan dengan skala produksi produksi 1 kg/jam sistem pirolisis bed fluida. Reaktor dengan skala produksi 1 kg/jam sama dengan Reaktor dengan skala produksi produksi 150 g/jam yang juga menggunakan menggunakan nitrogen sebagai sebagai gas fluida dan pasir sebagai bahan dasar. Pasir dipanaskan sampai temperatur sekitar 500 °C. TKKS yang dicuci berukuran 355 – 600 600 µm diolah ke dalam pasir panas mendidih dalam reaktor. Hasil reaksi melewati dua cyclone di mana arang dihilangkan. Uap-uap sisa diolah dengan daur ulang isopar dingin. Untuk menghilangkan aerosol yang tidak tertangkap oleh kolom pemadam, gas melewati pengendap elektrostatik yang sangat efektif menangkap aerosol. Cairan dikumpulkan pada kolom pemadam dan saluran ESP ke dalam tank pengumpulan biasa, yang juga berisi isopar. Isopar lebih ringan daripada bio-oil, karenanya bio-oil mengalir ke dasar tank, sedangkan sedangkan isopar menggumpal di atas, di tempat ceruk pompa untuk daur ulang kolom. Setelah dilakukan, ditemukan massa zat menempel pada dinding ESP 22,8% dan 74% dari cairan pirolisis total yang terkumpul pada dinding ESP dan dalam Tank,
12
secara berurutan. Tidak ada perlakuan lebih lanjut pada reaktor untuk skala produksi 1 kg/jam.
Keterangan : 1. tempat biomassa
7. air pendingin keluar
13. tangki/tank
2. pengumpan ulir
8. air pendingin masuk
14. pompa
3. reaktor Fluida
9. kolom pemadam
15. Penyaring kapas
4. gas pemanas
10. Pembakar 1
16. kondensor es kering
5. cyclone 1
11. pembakar 2
6. cyclone 2
12. Pengendap elektrostatik (ESP)
Gambar 5. Gambar arus dari sistim pirolisis untuk skala produksi 1 kg/jam
III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Pengaruh temperatur bed reactor pada produk yang dihasilkan
Gambar 6 - 8 memperlihatkan kadar dari bermacam-macam suhu reaktor untuk TKKS yang dicuci. Hasil gas meningkat bersamaan dengan suhu, sedangkan hasil arang menurun. Air yang dihasilkan rata-rata konstan melewati range suhu yang dipakai, maksimumnya untuk hasil cairan organik 61,3% dan 72,4%, berlangsung pada suhu 500 °C. Hasil metana dan karbon monoksida meningkat lebih cepat bersamaan dengan suhu dari pada karbon dioksida.
13
Gambar 6. Kadar arang, reaksi air dan gas sebagai suatu fungsi temperatur untuk bahan baku yang dicuci.
Gambar 7. Kadar dari senyawa organik dan semua cairan sebagai suatu fungsi temperatur untuk bahan baku yang dicuci
Gambar 8. Kadar dari metana, karbon monoksida dan dan dan karbon dioksida dioksida sebagai suatu fungsi temperatur untuk bahan bahan baku yang dicuci. dicuci. 3.2 Pengaruh kandungan abu bahan baku pada produk yang dihasilkan
Gambar 9 memperlihatkan Pengaruh dari berbagai kadar abu TKKS yang dicuci. dimana kandungan abu rendah menyebabkan peningkatan pada hasil
14
organik, sedangkan reaksi air, arang, dan semua hasil gas menurun. TKKS yang w
memiliki kadar abu kurang dari 3 %( / w) menghasilkan cairan yang homogen. w
w
Kadar abu dari 2,04 %( / w) ke 1,03 %( / w) memberi peningkatan hasil organik pada TKKS yang dicuci dari 44,32% menjadi 61,34%, sedangkan hasil TKKS yang tidak dicuci adalah 34,71%. Ini disebabkan kandungan abu pada TKKS dan potassium tertentu merupakan katalis aktif dan membantu reaksi sekunder uap, gas, dan arang.
Gambar 9. Pengaruh kadar abu terhadap konsentrasi hasil.
Hasil dari peningkatan karbon dioksida pada dasarnya bersamaan dengan meningkatnya kadar abu. Pada suhu 500 °C untuk TKKS yang tidak dicuci karbondioksida meningkat 15%, tiga kali sama sama tingginya tingginya dengan hasil karbon monoksida. Untuk kondisi yang sama, TKKS yang dicuci untuk kadar abu w
1,03 %( / w) memberikan hasil karbon dioksida hanya 8%. Kira-kira satu atau setengah kali tinggi hasil karbon monoksida. 3.3. Perbandingan bahan baku
Perbandingan TKKS dengan hasil literatur untuk bahan baku biomassa dilihatkan pada Gambar 10. Hasil untuk TKKS yang dicuci mirip dengan hasil untuk kayu abu rendah, rendah, seperti pohon. Sedangkan Sedangkan hasil TKKS yang yang tidak dicuci lebih mirip dengan bahan baku abu lebih tinggi, seperti jerami gandum
15
Gambar 10. Kadar organik sebagai sebagai suatu fungsi fungsi temperatur pada biomassa biomassa Tabel 5. Perbandingan dari TKKS dengan bahan baku baku biomassa biomassa yang lain
Bahan baku Selulosa w %( / w) Hemiselulosa w %( / w) Lignin w %( / w) Kandungan w air %( / w) w Abu %( / w) w Kadar %( / w) Terbakar Gas Organic Total cairan
TKKS yang tidak dicuci 59,7
TKKS yang dicuci -
Kayu abu Rendah 42,3
Tongkol jagung 31,0
Jerami gandum 32,4
22,1
-
31,0
43,0
41,8
18,1
-
16,2
13,0
16,7
7,48-8,96
6,04-6,54
5,0
6,5
9,0
5,36
1,03
0,39
11,0
4,6
24,52 23,31 34,71 49,8
10,76 14,70 61,34 72,36
11 14 58,9 74,1
42,2 13,7 22,3 43,1
22 19 32 54
3.4. Perbandingan reaktor skala produksi produksi 150 g/jam dan dan 1 kg/jam
Table 6, terlihat perbandingan antara reaktor dengan skala produksi 150 g/jam dan 1 kg/jam. Perbandingan gas karbon monoksida, gas karbondioksida dan kadar arang hampir sama antara kedua perlakuan. Sedangkan pada reaktor 1 kg/jam kadar air dan organik lebih rendah, gas yang dihasilkan lebih tinggi. Ini disebabkan karena, pertama, didalam reaktor untuk 1 kg/jam penggunaan kondensor es kering tidak selalu terlalu efisien, karena tidak terlihat perbedaan antara hasil air dan hasil organik. Kedua, hanya ada empat pengukuran GC yang cocok dari komposisi gas dan ini menunjukkan variabilitas kuat antara mereka. terjadi fluktuasi dalam tingkat pengolahan, yang rata-rata lebih tinggi dibanding
16
yang dikalibrasi ini dipengaruhi oleh fluktuasi tekanan yang berasal dari reaktor. Gas yang muncul pada corong pengolah secara berurutan membuat pengolahan berhenti selama satu atau dua detik, menyebabkan bahan TKKS ringan yang terambil lebih dulu. Ketiga, asumsi bahwa isopar dan bio-oil terpisah semuanya diragukan, karena untuk setiap pecahan minyak nabati yang terdapat dalam TKKS yang dihasilkan bio-oil, yang secara logis bisa diekstrak oleh i sopar. Tabel 6. Perbandingan dari hasil-hasil skala produksi 150 g/jam dan 1 kg/jam
Reaktor Temperature reactor (°C) Waktu kontak uap air panas(s) w Uap air (%( / w)) w Abu (%( / w)) Ukuran partikel (µm) Waktu pembakaran (menit) Input TKKS basah (g) TKKS kering (g) Kandungan air dalam TKKS (g) w Kadar (%( / w)) Arang Organic Gas Air Total cairan Penutup w Gas (%( / w)) Metana Karbon dioksida Karbon monoksida Hydrogen Etilena Etana propana Propilena
150 g/jam 500 1,02 6,04 1,03 355-500 64,33
1 kg/jam 4,99 1,10 7,25 1,06 355-600 52,23
75,23 70,95 4,28
1085,61 1012,25 73,36
10,76 61,34 14,70 11,01 72,36 97,8
11,19 57,25 23,07 6,96 64,21 98,47
0,58 8,17 5,59 0,07 0,17 0,10 0,02 0,01
0,63 13,17 8,77 0,03 0,27 0,12 0,04 0,01
3.5 Sifat fisika dan kimia produk
Tabel 7 memperlihatkan hasil bio-oil dengan menggunakan reaktor fluida skala produksi 1 kg/jam untuk TKKS yang tidak dicuci dan dicuci, dibandingan dengan bio-oil yang diperoleh dari kayu, bahan bakar ringan dan bahan bakar berat. Fase organik dari pirolisis cepat dari TKKS yang tidak dicuci memiliki harga pemanasan yang lebih tinggi dan sangat besar, yang melebihi 36 MJ/kg
17
hampir mendekati range dari bahan bakar minyak tanah. Tar yang terkumpul pada ESP dari reaktor skala produksi 1 kg/h sangat rendah, hanya melewati 25 MJ/kg, dan cairan yang dterkumpul pada tangki pengumpul dibawah 19 MJ/kg. Bila diperhitungkan, rata-rata cairan pirolisis yang dihasilkan pada reaktor skala produksi 1 kg/h dengan perkiraan 20 MJ/kg. Tingginya rendemen dari reaksi air dan gas karbon dioksida untuk bahan baku yang tidak dicuci menunjukkan bahwa bahwa produk-produk sisa harus mempunyai nilai HHV yang lebih besar dibanding biomassa aslinya. Banyaknya hasil bio-oil yang berlawanan menandakan bahwa HHV dari cairan pirolisis akan mendekati biomassa yang asli.
Tabel 7. Karakteristik dari cairan hasil pirolisis dan bahan bakar minyak tanah
C H N O S w Air%( / w) HHV(MJ/kg) LHV(MJ/kg)
TKKS yang tidak dicuci Fasa Fasa organik air 69,35 13,83 9,61 11,47 0,74 0,14 20,02 78,56 7,9 64,01 36,06 -
TKKS yang Dicuci Dari Dari ESP tangki 56,47 41,86 7,85 7,82 0,22 0,1 35,46 50,22 6,66 21,68 25,29 18,63 -
Bio-oil dari kayu
Bahan bakar ringan
Bahan bakar berat
32-48 7-8.5 <0,4 44-60 <0,05 20-30 13-8
86,0 13,6 0,2 0 <0,18 0,025 40,3
85,6 10,3 0,6 0,6 2,5 0,1 40,7
IV. KESIMPULAN
Pirolisis cepat pada TKKS yang dicuci telah berhasil dilakukan dengan menggunakan reaktor fluida dengan skala produksi 150 g/jam yang beroperasi pada tekanan atmosfer. Hasil maksimum untuk cairan yang dihasilkan dari TKKS yang dicuci meningkat menjadi 72% dibandingkan dengan TKKS yang tidak dicuci yang hanya dibawah 50%. Kadar abu dari bahan baku sangat mempengaruhi terhadap hasil bio-oil. Konsentrasi abu yang lebih tinggi dalam bahan baku menurunkan hasil cairan pirolisis. Kadar abu yang kurang dari w
3 %( / w) menghasilkan cairan yang homogen. Sehingga tidak perlu dilakukan fasa pemisahan cairan. Produk yang yang dihasilkan secara keseluruhan keseluruhan untuk TKKS TKKS yang dicuci sebanding dengan produk dari bahan baku kayu abu rendah.
18
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, N., dan Gerhauser, H. 2008. Bio-oil derived from empty fruit bunches. Fuel 87 (2008) 2606-2613. Awaluddin, A. 2007. Proses Pencairan Langsung Biomassa menjadi Bio-oil dengan menggunakan Thermo-Oil. Proposal I-MHERE Project. HEI-IU Universitas Riau. Chandra, L. 2008. Teknik Analisa Kerusakan ( Failure Analysis) pada Komponen Plastik. http://en. Sentrapolimer.com. Sentrapolimer.com. Tanggal Akses 5 Maret 2009. Ensyn Group INC. 2001. Bio-Oil Combustion Due Diligence : The Conversion of Wood and Another Biomass. Cole Hill Associates. . Freel, B., Graham, R.G., 2002. Bio-oil Preservatives. US Patent No.6485841B1. Goyal, H.B., Seal, D., Saxena, R.C. 2006. Bio-fuels from Thermochemical Conversion of Renewable Resources: A Review. India Institute of SPetroleum. India. Gritter, R.J., Bobbitt, J.M., dan Schwarting,A.E. 1991. Pengantar Kromatografi. Terjemahan Kosasih Padmawinata. Edisi ke-2. ITB, I TB, Bandung. Hambali, E., Mujdalipah, S., Tambunan, A.H., Pattiwiri, A.W., Hendroko, R. 2007. Teknologi Bioenergi. Agromedia Pustaka. Jakarta. Khopkar, S.M. 2003. Konsep Dasar Kimia Analitik . UI-Press. Jakarta. Onggo, D., dan Fansuri, H. 1999. Penggunaan Diferensial Thermal Analysis (DTA) pada penentuan aktivitas dan reaktivitas katalis untuk oksidasi CO menjadi CO2. JMS Vol. 4 No. 1, hal. hal. 13 - 19. Sardjono, P., Karina, M., Onggo, H. 2009. Analisa http://en.labujipolimer.com. Tanggal Akses 5 maret 2009.
Termal .
Wikipedia.com. 2008. hermogravimetric analysis. http://en.wikipedia.org/wiki/ hermogravimetric_anaysis hermogravimetric_anaysis . Tanggal Akses 12 maret 2009.
19
