Studi Pengaruh Dekomposisi Selulosa dan Lignin Terhadap Nilai Kalor Produk Torefaksi Sampah Kota + deutsches Abstrakt

STUDI PENGARUH DEKOMPOSISI SELULOSA DAN LIGNIN TERHADAP NILAI KALOR PRODUK TOREFAKSI SAMPAH KOTA

TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh:

Rafiandy Dwi Putra 13111023

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2016

Lembar Pengesahan

Tugas Sarjana

Studi Pengaruh Dekomposisi Selulosa dan Lignin Terhadap  Nilai Kalor Produk Produk Torefaksi Sampah Kota Kota

Oleh

Rafiandy Dwi Putra 13111023

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung

Disetujui pada Tanggal: 11 Maret 2016

Pembimbing

Dr. Ir. Toto Hardianto  NIP 19600607 198601 1001

Tugas Sarjana

Studi Pengaruh Dekomposisi Selulosa dan Judul

Lignin Terhadap Nilai Kalor Produk

Rafiandy Dwi Putra

Torefaksi Sampah Kota Program Studi

Teknik Mesin

13111023

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung Abstrak

Torefaksi sampah kota pada rentang temperatur 200˚ 200 ˚C sampai 300˚ 300 ˚C sudah  pernah dilakukan. Torefaksi tersebut hanya mendekomposisi hemiselulosa secara sempurna, sedangkan terdapat dua komponen dominan yang lain pada sampah kota, yaitu selulosa dan lignin. Oleh karena itu, penelitian tentang pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin pada proses torefaksi perlu dilakukan. Penelitian ini menggunakan. daun, ranting, kulit pisang, kulit jeruk, dan nasi

sebagai

sampel

penelitian.

Pengujian

penurunan

massa

dengan

thermogravimetry dilakukan untuk melihat karakteristik tiap komponen sampah saat proses torefaksi. Eksperimen torefaksi dan pengujian nilai kalor dilakukan untuk melihat secara langsung pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin terhadap nilai kalor. Hasil pengujian nilai kalor tiap komponen penyusun sampah kota menunjukkan nilai kalor kulit pisang, ranting, dan nasi akan cenderung meningkat seiring meningkatnya temperatur torefaksi, nilai kalor jeruk cenderung stagnan, dan nilai kalor daun akan mengalami penurunan. Penurunan pada nilai kalor daun disebabkan adanya reaksi pembakaran terbatas saat proses torefaksi daun. Pada  penurunan nilai kalor daun disinyalir disinyalir terdapat 5.9 %db fixed %db fixed carbon yang terbakar. Hasil pengujian nilai kalor tiap komponen penyusun sampah kota dijadikan acuan dalam perumusan torefaksi campuran sampah kota. Temperatur optimum torefaksi pada penelitian ini adalah 360˚ 360 ˚C. Nilai kalor yang dihasilkan adalah sebesar 5545 kkal/kg yang mana setara dengan batubara subbituminus B. Terjadi  penurunan nilai kalor apabila dibandingkan dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Kata kunci: selulosa, lignin, torefaksi, sampah kota, nilai kalor

Final Project

Study of The Influence of Cellulose and Title

Lignin Decomposition upon Municipal Solid

Rafiandy Dwi Putra

Waste Torrefaction Product Calorific Value Major

Mechanical Engineering

13111023

Faculty of Mechanical and Aerospace Engineering Institut Teknologi Bandung

Abstract

Municipal solid waste (MSW) torrefaction between 200˚C till 300˚C has been  perfomed before. That torrefaction only decomposes hemicellulose perfectly, meanwhile there are two more dominant components, like cellulose and lignin. Therefore, research about the influence of cellulose and lignin in torrefaction process must be performed. This research uses leaf, branch, banana peel, orange peel, and rice as the research’s

objects.

thermogravimetry

Mass to

degradation

observe

those

characteristic MSW

test

components

is

perfomed

characteristic

with while

torrefaction process. The torrefaction experiment and calorific value test are  performed to explain about the inluence of cellulose and lignin to calorific value. MSW components calorific test results shows that banana peel, branch, and rice tend to be increasing while the temperature increase, orange peel tend to be stagnan and leave is decreasing. The decrease in leaf calorific value caused by limited combustion reaction while torrefaction is happening. Because of this phenomena, 5.9%db fixed carbon is allegedly burned. MSW components experiment results are used as reference in MSW simultaneous toreffaction. The optimum torrefaction temperature in this research is 360˚C. The maximum calorific value is 5545 kkal/kg, which is equal with subbituminous B coal. The calorific value of this research torrefaction product is lower that the previous research product.. Keyword: cellulose, lignin, torrefaction, municipal solid waste, calorific value

Das Abschlussarbeit

Die Untersuchung des Einflusses von Title

Cellulose- und Lignin-Zersetzung auf das

Rafiandy Dwi Putra

Heizwert des Torrefizierenden Stadtmüll Major

Maschinenbau

13111023

Die Fakultät für Maschinenbau und Raumfahrttechnik Institut Teknologi Bandung

Abstrakt Die Torrefizierung des Stadtmüll zwischen 200˚C bis 300˚C hat bereits früher ausgeführt. Diese Torrefizierung zersetzt nur perfekt Hemicellulose. Mitterweile gibt es zwei mehr Komponenten in dem Stadtmüll, sowie Cellulose und Lignin. Deshalb musst diese Forschung ausgeführt werden, um das Einfluss der Cellulose- und Lignin-Zersetzung zu untersuchen. Diese Forschung benutzt Blatt, Zweig, Bananenschale, Orangenschale, und Reis als das Objekt diese Forschung. Der Massdegradationeigenschaft-Test mit der thermogravimetrischen Analyse (TGA) werde ausgeführt, um die Eigenschaft der Stadtmüllskomponenten zu beobachten. Das Torrefizierungsexperiment und der Heizwert-Test werden auch ausgeführt, um während der Torrefizierung das Einfluss der Stadtmüllkomponenten auf das Heizwert zu untersuchen. Das Heizwert-Test von die Stadtmüllskomponenten zeigt, dass das Heizwert von der Bananenschlange, dem Zweig, und dem Reis steigen während der steigenden Temperature der Torrefizierung. Die Orangenschale stagniert und das Blatt sinkt. Das Blatt-Heizwert sinkt, weil während der Torrefizierung die begrenzte Vebrennung auftretten. Wegen dieser Phänomen,werden angeblich 5.9%db fester Kohlenstoffe verbrannt. Die

Ergebnisse

des

Stadtmüllkomponentenexperiments

werden

in

der

gleichzeitigen Torrefizierung als die Referenz benutzt. Die optimale Temperature der gleichzeitigen Torrefizierung in diese Forschung ist 360˚C. Das maximale Heizwert dieses Forschungprodukts ist 5545 kkal-kg. Das Heizwert dieses Forschungsprodukts ist gleich mit die Subbituminous Köhle und niedriger als frühere Forschung . Stichtwort: Cellulose, Lignin, Torrefizierung, Stadtmüll, Heizwert

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjat atas nikmat dan karunia Allah SWT sehingga  penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Studi Pengaruh Dekomposisi Selulosa dan Lignin Terhadap Nilai Kalor Produk Torefaksi Sampah kota” ini dengan baik. Dalam pengerjaan tugas akhir ini, penulis melalui jalan yang terjal. Tidak sedikit masalah dan kendala yang datang menghampiri selama penggerjaan tugas akhir ini. Kehadiran orang  –   orang terdekat menjadi bantuan bagi penulis untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini penulis menyampaikan terima kasih yang sebesa  –   besarnya kepada orang –  orang yang telah membantu penulis menyelesaikan tugas akhi r ini, yakni: 1. Keluarga terdekat penulis, Bapak Deddy Ria Saputra, Ibu Rika  Nursanti, dan Kakak Rinaldy Andhika Putra yang selalu ada dari  penulis lahir hingga saat ini. Keluarga yang sangat sedia untuk membantu dikala penulis mengalami kesulitan dalam tugas akhir ini maupun dalam kehidupan. 2. Dr. Ir. Toto Hardianto selaku pembimbing penulis yang selalu mendidik penulis untuk mencari tahu lebih tentang rahasia alam yang belum teruak. 3. Dr. Eng. Pandji Prawisudha selaku dosen yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan masukan terhadap Tugas Sarjana ini. 4. Dr. Ir. Arief Haryanto selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB dan seluruh staf pengajar di jurusan Teknik Mesin yang selalu membantu penulis selama menjalani perkuliahan di jurusan Teknik Mesin 5. Ir. Dwiwahju Sasongko, M.Sc, Ph.D dan teman  –   teman Lab. Metodologi Perancangan dan Pengendalian Proses Teknik Kimia i

ITB yang sudah berbaik hati memberikan izin penulis untuk melakukan eksperimen di laboratorium tersebut. 6. Pihak tekMIRA yang sudah membantu penulis menguji nilai kalor dari produk torefaksi komponen sampah kota. 7. Teman  –   teman jurusan Teknik Mesin 2011 dan seluruh anggota HMM ITB yang menjadi keluarga penulis di Kota Bandung dan mengisi hari  –   hari penulis dengan canda, tawa dan pengalaman  berharga baru penulis temukan. 8. Teman  –   teman Lab. Termodinamika, khususnya Jeki, Iqbal, dan Adrian yang selalu ada dalam pengerjaan tugas akhir ini dan selalu siap memberikan masukan kepada penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini. 9. Teman - teman Dago 508 yang bersedia kontrakannya penulis singgahi di waktu luang selama penulis tinggal di Kota Bandung. 10. Bu Tuti, Pak Adong, dan Pak aman selaku staff Lab. Termodinamika yang membantu penulis mengurus anggaran dan membongkar alat eksperimen selama pengerjaan tugas akhir ini. 11. Pak Jupri, Pak Suryana, dan seluruh staff Fakultas Teknik mesin dan Dirgantara ITB yang membantu penulis dalam hal administrasi dari sejak penulis kuliah di ITB. 12. Pihak –   pihak yang telah membantu penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini yang tidak bisa diucapkan satu per satu.

Bandung, Februari 2016

Rafiandy Dwi putra

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................. i DAFTAR ISI .......................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi DAFTAR TABEL ................................................................................................ viii Bab 1 Pendahuluan .................................................................................................1 1.1

Latar Belakang ....................................................................................1

1.2

Identifikasi Masalah ............................................................................ 3

1.3

Tujuan Penelitian ................................................................................4

1.4

Manfaat Penelitian ..............................................................................4

1.5

Batasan Masalah .................................................................................4

1.6

Metodologi ..........................................................................................5

1.7

Sistematika Penulisan .........................................................................6

Bab 2 Studi Pustaka ................................................................................................ 8 2.1

Bahan Bakar Padat ..............................................................................8

2.2

Sampah Kota.....................................................................................12 2.2.1 Definisi dan Penggolongan Sampah Kota ...............................13 2.2.2 Permasalahan Sampah Kota di Indonesia ...............................15 2.2.3 Komposisi dan Karakteristik Sampah Kota Bandung .............16

2.3

Biomassa Lignoselulosa dan Amilum ..............................................22 2.3.1 Lignoselulosa...........................................................................23 2.3.2 Amilum ....................................................................................25

2.4

Dasar Proses Torefaksi ....................................................................26 2.4.1 Definisi Proses Torefaksi ........................................................26

iii

2.4.2 Mekanisme Proses Torefaksi ...................................................28 2.5

Proses Torefaksi Temperatur Tinggi ................................................31 2.5.1 Mekanisme Dekomposisi Komponen Lignoselulosa ..............31 2.5.2 Penelitian Terkait Torefaksi Temperatur Tinggi .....................38

Bab 3 Kajian Proses Torefaksi Sampah Kota pada Daerah Dekomposisi Selulosa dan Lignin ....................................................................................40 3.1

Gambaran besar Penelitian ...............................................................40

3.2

Kajian Penentuan Komponen Sampah Kota .....................................43

3.3

Kajian Kandungan Lignoselulosa dan Amilum Pada Sampel Pengujian ..........................................................................................46

3.4

Kajian Penentuan Parameter Torefaksi.............................................47

3.5

Peralatan – Peralatan Pengujian ........................................................49 3.5.1 Thermogravimetry ...................................................................49 3.5.2 Reaktor Torefaksi .................................................................... 52 3.5.3 Kalorimeter Bom ..................................................................... 54

Bab 4 Pengujian dan Analisis Torefaksi Komponen Penyusun Sampah Kota Pada Daerah Dekomposisi Selulosa dan Lignin ................................55 4.1

Persiapan Sampel Pengujian .............................................................55

4.2

Pengujian

Karakteristik

Penurunan

Massa

Komponen

Penyusun Sampah Kota ....................................................................58 4.3

Pengujian Nilai Kalor Produk Torefaksi Komponen Penyusun Sampah Kota.....................................................................................63

4.4

Analisis Hasil Pengujian Komponen Penyusun Sampah Kota .........69 4.4.1 Analisis Hasil Pengujian Karakteristik Penurunan Massa ...... 69 4.4.2 Analisis Hasil Pengujian Nilai Kalor ......................................70

Bab 5 Pemodelan Torefaksi Campuran Sampah Kota Pada Daerah Dekomposisi Selulosa dan Lignin ..............................................................73

iv

5.1

Pembuatan Model Campuran Sampah Kota .....................................73

5.2

Prediksi Temperatur Operasi Optimum dan Nilai Kalor Maksimal Produk Torefaksi Campuran Sampah Kota .....................78

5.3

Perbandingan Produk Torefaksi Sampah Kota .................................83 5.3.1 Perbandingan dengan Batubara ...............................................83 5.3.2 Perbandingan dengan Produk Torefaksi pada Penelitian Sebelumnya .............................................................................84

Bab 6 Kesimpulan dan Saran ................................................................................86 6.1

Kesimpulan .......................................................................................86

6.2

Saran .................................................................................................87

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 88 LAMPIRAN .......................................................................................................... 91

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kategori untuk menggambarkan kondisi batubara [9] .......................11 Gambar 2.2 Skema ANGKUT –  KUMPUL dan BUANG [10] ............................16 Gambar 2.3 Komposisi rerata timbulan sampah (%volume) (diadaptasi dari [1]) ..........................................................................................................................17 Gambar 2.4 Komposisi rerata timbulan sampah (%massa) (diadaptasi dari [1]) .17 Gambar 2.5 Komposisi sampah yang tidak diambil pemulung (%massa) (diadaptasi dari [1]) ...............................................................................................18 Gambar 2.6 Komposisi fisik sampah kota Bandung berdasarkan uji proksimat [1] ...........................................................................................................................20 Gambar 2.7 Komposisi kimia sampah kota Bandung berdasarkan uji ultimat [1] ...........................................................................................................................21 Gambar 2.8 Potensi nilai kalor komponen sampah kota Bandung (adb) [1] ........22 Gambar 2.9 Struktur hemiselulosa [12] ................................................................23 Gambar 2.10 Struktur molekul tunggal dari selulosa [12] .....................................24 Gambar 2.11 Contoh struktur molekul lignin [12] ................................................25 Gambar 2.12 Sturktur amilosa dan amilopektin [13] ............................................26 Gambar 2.13 Contoh skema proses torefaksi .........................................................28 Gambar 2.14 Proses dekomposisi termal komponen –  komponen lignoselulosa  pada proses torefaksi [14] ......................................................................................29 Gambar 2.15 Contoh grafik thermogravimetry kayu [16] .....................................30 Gambar 2.16 Contoh grafik DTG [17] ...................................................................31 Gambar 2.17 Pirolisis komponen xylan (atas: analisis thermogravimetry ,bawah: reaksi utama selama perubahan struktur ikatan) [18] ..............................33 Gambar 2.18 Pirolisis selulosa (atas: analisis thermogravimetry, bawah: reaksi utama selama perubahan struktur ikatan) [18] .......................................................35 Gambar 2.19 Pirolisis lignin (atas:analisis thermogravimetry, bawah: reaksi utama selama perubahan struktur ikatan) [18] .......................................................37 Gambar 2.20 Grafik pengaruh temperatur terhadap nilai kalor [19] .....................39 Gambar 3.1 Alur penelitian ....................................................................................41

vi

Gambar 3.2 Rangkaian instrumen thermogravimetry processor ...........................51 Gambar 3.3 Reaktor torefaksi ................................................................................53 Gambar 3.4 Skema umum kalorimeter bom ..........................................................54 Gambar 4.1 Sampel pengujian karakteristik penurunan massa (kiri ke kanan: daun, ranting, kulit pisang, kulit jeruk, nasi)..........................................................56 Gambar 4.2 Sampel eksperimen torefaksi (kiri ke kanan: daun, ranting, kulit  pisang, kulit jeruk, nasi) .........................................................................................57 Gambar 4.3 Grafik penurunan massa komponen daun ..........................................59 Gambar 4.4 Grafik penurunan massa komponen ranting ......................................60 Gambar 4.5 Grafik penurunan massa komponen kulit pisang ...............................61 Gambar 4.6 Grafik penurunan massa komponen kulit jeruk .................................62 Gambar 4.7 Grafik penurunan massa komponen nasi ...........................................63 Gambar 4.8 Produk torefaksi komponen penyusun sampah kota (dari kiri ke kanan: daun, ranting, kulit pisang, kulit jeruk, nasi) ..............................................64 Gambar 4.9 Nilai kalor produk torefaksi daun ......................................................65 Gambar 4.10 Nilai kalor produk torefaksi ranting .................................................66 Gambar 4.11 Nilai kalor produk torefaksi kulit pisang..........................................66 Gambar 4.12 Nilai kalor produk torefaksi kulit jeruk ............................................67 Gambar 4.13 Nilai kalor produk torefaksi nasi ......................................................68 Gambar 4.14 Fraksi Massa sisa komponen a)kulit pisang dan b)daun ..................70 Gambar 5.1 Alur pengerjaan pembuatan model sampah kota Bandung ................74 Gambar 5.2 Nilai kalor produk torefaksi model campuran sampah kota ..............82 Gambar 5.3 Tren nilai kalor produk model campuran sampah kota ......................82 Gambar 5.4 Perbandingan nilai kalor produk torefaksi sampah kota dengan  batubara ..................................................................................................................84

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data ekivalen sampah kota di beberapa kota besar di Indonesia .............2 Tabel 2.1 Klasifikasi batubara berdasarkan peringkat menurut ASTM D388 [9] ...........................................................................................................................12 Tabel 2.2 Proporsi pelayanan sampah di Indonesia [10] ......................................15 Tabel 2.3 Komponen sampah yang dapat dimanfaatkan [1] ..................................18 Tabel 2.4 Fraksi massa produk kayu (dry wood basis) yang dihasilkan dari  berbagai metode torefaksi kayu [14] ......................................................................27 Tabel 3.1 Rata –  rata konsumsi buah –  buahan perkapita tahun 2010 – 2014 [20]. 44 Tabel 3.2 Fraksi massa sampah lima buah yang paling banyak dikonsumsi .........45 Tabel 3.3 Massa total sampah lima buah yang paling banyak dikonsumsi .......... 45 Tabel 3.4 Hasil Pengujian Kandungan Lignoselulosa [7] ......................................47 Tabel 3.5 Spesifikasi thermogravimetry processor ............................................... 50 Tabel 3.6 Spesifikasi reaktor torefaksi tube furnace 2100 Thermolyne ................52 Tabel 4.1 Sumber sampel pengujian ......................................................................55 Tabel 4.2 Kadar air sampel pengujian penurunan massa .......................................57 Tabel 4.3 Kadar air sampel eksperimen proses torefaksi komponen penyusun sampah kota............................................................................................................58 Tabel 4.4 Karakteristik torefaksi tiap komponen sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin.............................................................................68 Tabel 5.1 Sumber timbulan sampah Kota Bandung [15] .......................................74 Tabel 5.2 Persentase Massa Komponen Organik ...................................................75 Tabel 5.3 Persentase massa sampah makanan dan pepohonan pada tiap sumber sampah....................................................................................................................76 Tabel 5.4 Persentase massa jenis sampah makanan dan sampah pepohonan  pada model campuran sampah kota .......................................................................76 Tabel 5.5 Potensi produksi sampah makanan ........................................................77 Tabel 5.6 Komposisi sampah pepohonan pada tiap sumber sampah .....................77 Tabel 5.7 Komposisi komponen penyusun model campuran sampah kota ...........78 Tabel 5.8 Nilai kalor maksimal tiap komponen penyusun sampah kota................79

viii

Tabel 5.9 Nilai kalor komponen penyusun sampah kota pada temperatur 392 ˚C .80 Tabel 5.10 Nilai kalor produk torefaksi campuran sampah kota pada penelitian sebelumnya [2] .......................................................................................................85

ix

Bab 1 Pendahuluan

1.1

Latar Belakang

Sampah kota merupakan masalah yang saat ini sering dihadapi oleh kota  –  kota besar di Indonesia, contohnya Kota Bandung. Peningkatan produksi sampah yang tidak diimbangi metode pengolahan sampah yang tepat merupakan sumber  permasalahan sampah di Kota Bandung. Sampai saat ini Penimbunan sampah di TPA merupakan metode pengolahan sampah yang seri ng digunakan. Penimbunan sampah di TPA bukanlah metode yang tepat untuk mengelola sampah di Kota Bandung. Penimbunan sampah di TPA dapat menimbulkan bau dan juga dapat berpotensi menjadi sarang penyakit.. Pada tahun 2005,  penimbunan sampah di TPA Leuwigajah bahkan menyebabkan longsor yang mengubur perumahan warga dibawah TPA Leuwigajah. Kuantitas sampah dan lokasi TPA Leuwigajah yang berada di tebing ditengarai sebagai penyebab longsor tersebut.. Pengolahan sampah dengan cara penimbunan ternyata sudah tidak lagi menjadi andalan pengolahan sampah di negara  –   negara maju, seperti Jepang dan Singapura. Negara  –   negara tersebut menjadikan sampah sebagai bahan bakar alternatif pembangkit listrik. Pengolahan sampah dengan menjadikan sampah sebagai

bahan

bakar

pembangkit

listrik

dinilai

lebih

menguntungkan

dibandingkan dengan menimbun sampah di TPA. Sampah yang sudah tidak berguna ternyata dapat menghasilkan listrik yang cukup besar melalui proses pembakaran. Berdasarkan penelitian mengenai sampah kota Bandung yang telah dilakukan sebelumnya, sampah kota berpotensi menjadi bahan bakar alternatif pengganti batubara [1]. Tabel 1.1 menunjukkan

1

daya listrik yang dapat dihasilkan dari sampah di Kota Bandung dan beberapa kota besar di Indonesia Tabel 1.1 Data ekivalen sampah kota di beberapa kota besar di Indonesia Produksi Sampah Kota

(m3/hari)

(ton/hari)

Daya Panas Ekivalen (MW)

Daya Listrik Ekivalen (MWe**)

Jakarta [2]

29.212

6.513

788

236,5

Surabaya [3]

8.700

1.940

235

70,5

Bandung [4]

7.172

1.600

193

58.1

Bogor [5]

6230

1565

189

56.7

Semarang [6]

1.207

302

36

11

*anggapan nilai kalor terendah (sekitara 2500 kkal/kg) ** anggapan efisiensi pembangkit 30% Dibalik potensi sampah kota sebagai bahan bakar alternatif pembangkit listrik, ditemui pula permasalahan sampah kota sebagai bahan bakar.

.

Kandungan air yang melimpah dan nilai kalor yang rendah, merupakan kendala –  kendala yang dapat membuat sampah kota tidak layak untuk dijadikan bahan  bakar pembangkit listrik. Untuk menanggulangi kendala tersebut, sampah kota  perlu diproses terlebih dahulu supaya kendala tersebut dapat diminimalisasi. Torefaksi

merupakan

salah

satu

proses

yang

dapat

digunakan

untuk

meminimalisasi kendala –  kendala tersebut. Torefaksi merupakan suatu proses perlakuan panas yang dapat menguragi kadar air dan menyederhanakan senyawa kompleks, seperti lignoselulosa, yang  banyak ditemukan pada sampah kota. Penelitian tentang torefaksi sudah banyak dilakukan pada biomassa, seperti kayu, jerami, gambut, sekam padi, dan biomassa lainnya. Penelitian  –   penelitian tersebut membuktikan bahwa torefaksi dapat menurunkan kadar air dan menaikan nilai kalor biomassa. Dengan kemiripan karakteritik biomassa dan sampah kota, diharapkan torefaksi sampah kota dapat menanggulangi permasalahan sampah kota sebagai bahan bakar

2

Penelitian tentang torefaksi sudah pernah dilakukan oleh Tim Peneliti Laboratorium Termodinamika ITB. Tim tersebut meneliti tentang pengaruh torefaksi terhadap sampah kota di Kota Bandung dalam rangka penggunaan sampah kota sebagai bahan bakar. Dari penelitian yang sudah dilakukan, tim  peneliti Laboratorium Termodinamika ITB berhasil menghasilkan sampah kota yang nilai kalornya setara batubara subbituminus B , yaitu sekitar 5400 kkal/kg [7]. Pada penelitian tersebut temperatur torefaksi diatur agar berkisar antara 200  –   300 °C. Pada temperatur ini hanya komponen hemiselulosa pada sampah kota yang terdekomposisi sempurna, sedangkan komponen selulosa maupun lignin  belum terdekomposisi sempurna. Temperatur operasi yang lebih tinggi dari 300 °C dapat membuat selulosa dan lignin terdekomposisi lebih sempurna. Dekomposisi selulosa dan lignin yang lebih sempurna diharapkan dapat menghasilkan produk torefaksi sampah kota dengan nilai kalor yang lebih tinggi dari sebelumnya. Berdasarkan data kandungan lignoselulosa pada sampah kota, kompnen selulosa merupakan komponen yang paling dominan. Atas dasar itu, penelitian tentang penggunaan temperatur torefaksi untuk mendekomposisi selulosa dan lignin patut untuk dilkukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi  pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin terhadap nilai kalor produk torefaksi sampah kota

1.2

Identifikasi Masalah

Dari penjelasan pada subbab 1.1, dapat diperoleh beberapa masalah yang harus dihadapi utuk mencapai harapan yang ada, yaitu : 1. Bagaimana menentukan sampel penelitian untuk mewakili sampah kota Bandung? 2. Bagaimana mencari model sampah kota yang dapat mewakilkan sampah kota Bandung?

3

3. Bagaimana pengaruh torefaksi pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin terhadap nilai kalor sampah kota?

1.3

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah mengidentifikasi pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin terhadap nilai kalor produk torefaksi sampah kota. Dalam rangka memenuhi tujuan tersebut, ditentukan dua tujuan khusus, yaitu: 1. Menentukan proses optimum torefaksi sampah kota dan nilai kalor maksimal yang dapat dicapai pada torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin 2. Membandingkan nilai kalor produk torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin dengan produk torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi hemiselulosa

1.4

Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian tugas sarjana i ni adalah: 1. Membantu menyelesaikan masalah sampah kota di Kota Bandung 2. Meningkatkan nilai ekonomi dari sampah kota 3. Memberi wawasan tentang potensi maksimal sampah kota sebagai sumber energi alternatif dalam aspek nilai kalor

1.5

Batasan Masalah

Dalam mengerjakan penelitian ini, ada beberapa masalah yang dibatasi, yaitu: 1. Sampah kota yang menjadi objek penelitian hanya sampah organik di TPA Kota Bandung 2. Perumusan torefaksi campuran sampah kota dilakukan dengan metode analitik terbatas

4

1.6

Metodologi

Dalam pengerjaan penelitian ini, dilakukan beberapa metode untuk mecapai tujuan penelitian ini, metode –  metode yang dimaksud adalah sebagai berikut:

1. Studi literatur Pada tahap ini penulis menambah wawasan tentang perkembangan  bahan bakar padat di Indonesia, penanganan sampah kota, dan potensi sampah kota sebagai calon bahan bakar padat alternatif pengganti  batubara. Penulis membaca buku  –   buku yang berkaitan dan juga  penelitian –   penelitian sebelumnya yang berkaitan dengan hal tersebut. Keluaran akhir dari metode ini adalah munculnya topik penelitian  beserta rencana penelitian 2. Kajian Penulis melakukan kajian  –   kajian terkait untuk memantapkan topik  penelitian. Kajian yang dilakukan meliputi kajian penentuan komponen sampah kota yang digunakan pada penelitian ini dan juga kajian dalam menentukan metode eksperimen dan pengujian, serta penentuan  parameter –  parameter terkait dalam eksperimen. 3. Pengujian Pengujian  –   pengujian dilakukan untuk membuktikan hipotesis awal  pada penelitian kali ini. Pengujian dimulai dari pemilihan sampel,  pengumpulan sampel, persiapan alat  –   alat pengujian. Hasil dari  pengujian ini akan digunakan untuk perumusan. 4. Perumusan temperatur optimum dan nilai kalor maksimal Hasil pengujian tiap komponen penyusun sampah kota dijadikan dasar  penerapan pada perumusan ini. Temperatur optimum yang dapat menghasilkan nilai kalor maksimal produk torefaksi campuran sampah kota akan dirumuskan dengan metode ini. Hasil perumusan akan dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. 5. Analisis dan penarikan kesimpulan

5

Penulis bersama pembimbing melakukan analisis dan kajian lanjutan dari hasil pengujian yang telah diperolah. Diskusi mengenai hal  –   hal untuk menlengkapi penelitian ini juga dilakukan. Penarikan kesimpulan dan pemberian saran untuk penelitian selanjutnya merupakan keluaran akhir dari metode ini.

1.7

Sistematika Penulisan

1. Bab 1 Pendahuluan Bab ini berisikan apa yang mendasari pembuatan tugas akhir ini. Selain itu, bab ini berisikan gambaran umum tentang tugas akhir ini sehingga diharapkan pada akhir bab ini, pembaca dapat memahami tentang urgensi dari tugas akhir ini 2. Bab 2 Studi Pustaka Bab ini berisikan teori  –   teori yang membantu dalam penelitian pada tugas akhir ini. Dengan adanya bab ini, diharapkan pembaca mendapatkan pemahaman tentang bahan bakar padat, sampah kota dan  bagaimana mengubahnya menjadi bahan bakar alternatif yang baik. Selain itu, pembaca diharapkan dapat mengerti istilah  –   istilah yang digunakan pada bab –  bab selanjutnya. 3. Bab 3 Kajian Pengaruh Dekomposisi Selulosa dan Lignin pada Proses Torefaksi Sampah Kota Bab ini berisikan kajian –  kajian tentang pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin pada proses sampah kota. Dengan penulisan bab ini, diharapkan pembaca dapat mengertahui keseluruhan dari rencana  penelitian dengan lebih mendalam. 4. Bab 4 Pengujian dan Analisis Torefaksi Komponen Penyusun Sampah Kota Pada Daerah Dekomposisi Selulosa dan Lignin Bab ini berisikan perencanaan proses pengujian komponen sampah kota yang dilakukan pada penelitian ini, serta Hasil dari pengujian  –   pengujian komponen sampah kota. Setelah mendapatkan hasil dari  pengujian –   pengujian komponen sampah kota, hasil tersebut dianalisis

6

dari berbagai macam aspek. Hasil pengujian yang didapat akan menjadi dasar perumusan pada bab 5. 5. Bab 5 Pemodelan Torefaksi Campuran Sampah Kota Pada Daerah Dekomposisi Selulosa dan Lignin Bab ini diawali oleh pemodelan campuran sampah kota, setelah itu dilakukan perumusan temperatur optimum dan nilai kalor maksimal  pada tiap model campuran sampah kota berdasarkan hasil dari bab 4. Pada akhir bab ini, produk dari torefaksi campuran sampah kota akan dibandingkan dengan batubara dan hasil penelitian torefaksi sampah kota sebelumnya.

6. Bab 6 Kesimpulan dan Saran Bab ini berisikan penarikan kesimpulan yang diharapkan dapat menjawab tujuan dari penilitian ini serta saran  –   saran agar penelitian yang dilakukan selanjutnya dapat lebih baik.

7

Bab 2 Studi Pustaka

2.1

Bahan Bakar Padat

Berdasarkan wujudnya, bahan bakar dibagi menjadi tiga, yaitu bahan bakar  padat, cair, dan gas [8]. Sampai saat ini, penggunaan bahan bakar padat untuk kebutuhan energi di industri  –   industri di Indonesia. Batubara merupakan bahan  bakar padat yang saat ini masih paling banyak digunakan di industri  –   industri Indonesia. Hal ini disebabkan karena nilai kalor batubara lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar padat lainnya. Dikarenakan frekuensi  pemakaian batubara yang masih tinggi, standar kualitas dari bahan bakar pada disetarakan dengan standar kualitas batubara. Batubara terdiri dari beberapa zat penyusun. Untuk mengetahui penyusun  batubara, dilakukan analisis ultimat dan analisis proksimat. Analisis ultimat merupakan metode yang digunakan untuk mengetahui kandungan karbon, oksigen, nitrogen, sulfur, dan unsur  –  unsur penyusun lainnya. Analisis proksimat  bertujuan untuk mengetahui karakteristik pembakaran dari batubara. Analisis  prokismat dapat membantu untuk mengetahui kandungan  fixed carbon, volatile matter, moisture content, dan ash. Adapun pengertian dari unsur tersebut adalah sebagai berikut [9] : 

 Fixed carbon Komponen  fixed carbon merupakan ikatan rantai karbon yang  berkontribusi paling besar pada pembakaran dibandingkan unsur  –  unsur lainnya.



Volatile matter Komponen ini berupa hidrokarbon yang dapat terlepas dari padatan  batubara baik berupa gas maupu berupa cair. Volatile matter  juga

8

merupakan komponen yang ikut berkontribusi dalam pembakaran walaupun panas yang dihasilkan tidak sebesar  fixed carbon. Volatile matter akan terbakar terlebih dahulu dibandingkan  fixed carbon. 

Kadar air Komponen ini merupakan kandungan air yang terdapat pada bahan  bakar

padat.

Kandungan

air

ini

tidak

berkontribusi

pada

 pembakaran, bahkan dapat menyerap panas yang dihasilkan oleh  bahan bakar tersebut. Pada bahan bakar padat terdapat dua jenis kadar air, yaitu  surface moisture dan inherent mositure. Surface moisture merupakan kandungan air yang terdapat pada permukaan  bahan bakar padat.  Inherent moisture merupakan kandungan air yang terikat di dalam bahan bakar padat. 

Ash  Ash atau abu adalah sisa inorganik dari proses pembakaran bahan  bakar padat setelah bahan bakar padat tersebut sudah terbakar sempurna [8]. Banyaknya kandungan abu pada bahan bakar padat dapat memicu beberapa masalah, seperti  fouling, slagging, dan akan memperburuk emisi gas buang dari proses pembakaran bahan  bakar padat karena dapat membentuk partikulat yang berbahaya  bagi kesehatan manusia dan lingkungan.

Salah satu parameter penting untuk menentukan kualitas batubara adalah nilai kalor. Dalam mendefinisikan nilai kalor dari batubara, terdapat istilah istilah yang biasa digunakan.  Low heating value (LHV) merupakan nilai kalor  pembakaran batubara apabila kondisi air hasil pembakaran batubara berfasa gas,  High heating value (HHV) merupakan nilai kalor pembakaran batubara apabila kondisi air hasil pembakaran batubara berfasa cair [9]. Fasa cair ini yang memberikan kalor laten dari pengembunan air hasil pembakaran sehingga HHV merupakan ukuran tertinggi dari nilai kalor suatu batubara. Pada penelitian ini nilai kalor yang dimaksud merupakan HHV.

9

Selain nilai kalor batubara, karakteristik batubara digambarkan oleh  beberapa kategori - kategori untuk menstandarkan pengertian tentang karakteristik  batubara dimanapun. Kategori ini dibuat berdasarkan kondisi dari batubara. Kategori - kategori tersebut adalah sebagai berikut [9] : 

As received (ar) Kategori ini menggambarkan kandungan batubara lengkap dengan seluruh kandungan air. Kategori ini terkadang dikenal dengan as-

 fired dan banyak digunakan untuk melakukan perhitungan karena kategori ini menggambarkan keseluruhan kandungan batubara;



Air dried basis (adb) Kategori ini menggambarkan karakteristik batubara saat batubara telah dikeringkan dan keseluruhan kandungan air di permukaan

 padatan batubara telah hilang;



Dry (d) Kategori ini menggambarkan karakteristik batubara saat keseluruhan kandungan air, baik di permukaan maupun yang terikat, telah terpisah dari padatan batubara;



Dry, ash free (daf) Kategori ini menggambarkan karakteristik batubara saat seluruh kandungan airnya dan juga abu yang terdapat pada batubara telah dipisahkan dari padatan batubara;



Dry, mineral –  matter free (dmmf) Kategori ini menggambarkan karakteristik batubara saat batubara diasumsikan sudah terbebas dari seluruh kandungan air dan mineral. Hanya bagian organik dari batubara yang diukur pada kategori ini;

10

Gambar 2.1 Kategori untuk menggambarkan kondisi batubara [9] Kualitas dan karakteristik batubara ditentukan oleh keadaan lingkungan serta lamanya pembentukan batubara. Batubara tua atau yang sudah lama terbentuk memiliki nilai kalor yang lebih besar dibanding batubara yang lebih muda. Keberagaman batubara inilah yang memicu dibuatnya peringkat batubara. Acuan peringkat batubara yang sering dijadikan acuan adalah peringkat batubara menurut ASTM. Peringkat batubara secara garis besar terbagi atas 4 peringkat, yaitu antrachite, bituminous, subbituminous, dan lignite. Batubara antrachite merupakan gambaran peringkat batubara dengan kualitas yang paling baik, sedangkan lignite merupakan batubara dengan kualitas yang paling buruk. Peringkat batubara yang lebih detail di jelaskan pada tabel 2.1.

11

Tabel 2.1 Klasifikasi batubara berdasarkan peringkat menurut ASTM ASTM D388 [9] Kelas Batubara Antrachitic Meta-antrachite Meta-antrachi te Antrachite Semi antrachite antrachit e Bituminous Low Volatile Medium Volatile High Volatile A High Volatile B High Volatile C Subbituminous Subbituminous A Subbituminous B Subbituminous C Lignitic Lignite A Lignite B

Fixed Carbon (%)

Volatile Matter (%)

> 98 92 –  92 – 98 98 86 –  86 – 92 92

<2 2 –  8  8 8 –  14  14

78 –  78 – 86 86 69 –  69 – 78 78 < 69

14 –  14 –  22  22 22 –  22 –  31  31 > 31

 Nilai Kalor (kkal/kg)

> 7.786,38 7.213,15 –  7.213,15 –  7.786,38  7.786,38 6.377,19 –  6.377,19 –  7.213,15  7.213,15 5.827,84 –  5.827,84 –  6377,19  6377,19 5.278,49 –  5.278,49 –  5.827,84  5.827,84 4.609,73 –  4.609,73 –  5.278,49  5.278,49 3.511,04 –  3.511,04 –  4.609,73  4.609,73 < 3511,04

Pada tabel 2.1 dapat dilihat bahwa batubara dengan kualitas yang lebih baik dari  Hiigh Volatile A Bituminous tidak dituliskan besar nilai kalor dari batubara tersebut. Hal ini disebabkan karena batubara tingkat tinggi tidak digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan batubara lainnya biasanya digunakan pada proses  pembakaran sehingga nilai kalor menjadi parameter yang yang paling penting. Pada subbab ini telah dibahas karakteristik dari bahan bakar padat yang lebih dikhususkan pada batubara. Walaupun batubara merupakan bahan bakar  padat yang paling sering digunakan di dunia saat ini, tidak menutup kemungkinan munculnya jenis bahan bakar padat lainnya. Bahan bakar padat yang sekarang cukup berpotensi adalah sampah kota.

2.2

Sampah Kota

Pada subbab ini akan dijelaskan mengenai sampah kota. Penjelasan ini akan meliputi definisi sampah kota, permasalahan permasala han sampah kota, komposisi sampah kota Bandung dan karakteristik sampah kota Bandung sebagai bahan bakar. 12

Pembahasan sampah kota akan lebih dikhusukan pada sampah kota Bandung karena penelitian ini bertujuan untuk menyelesaikan permasalahan sampah di Kota Bandung dan penelitian ini sebagai tindak lanjut dari penelitian sampah kota Bandung sebelumnya. .

2.2.1 Definisi dan Penggolongan Sampah Kota

Berdasarkan UU 18 tahun 2008, sampah dapat diartikan sebagai sisa kegiatan sehari  –   hari manusia dan / atau proses alam yang berbentuk padat. Sampah kota dapat diartikan sampah yang berasal dari daerah perkotaan. Sampah merupaka suatu zat yang heterogen, yang artinya sampah terdiri dari beberapa komponen penyusunnya. Hal ini yang membuat keberagaman jenis sampah di dunia. Komponen sampah kota sangat tergantung dari lingkungan, iklim, dan  perilaku dari masyarakat pada kota tersebut. Sampah kota biasanya digolongkan berdasarkan sumber sampah tersebut. Penggolongan sampah menurut sumbernya adalah sebagai berikut [10]: 

Pemukiman : Sampah golongan ini berasal dari tempat  –   tempat  pemukiman masyarakat, seperti perumahan ataupun apartemen. Sampah pemukiman pemukiman ini biasanya terdiri dari sisa makanan, makanan, kardus, kardus, kertas, plastik, kulit, tekstil sampah kebun, kayu, kaca, logam,  barang bekas, dan limbah berbahaya berbahaya



Daerah komersial : Sampah golongan ini berasal dari pertokoan, rumah makan, pasar, perkantoran, dan semua tempat usaha lainnya. Sampah daerah komersial ini terdiri dari kertas, kardus, pastik, kayu, sisa makanan, kaca, logam, limbah berbahaya.



Institusi : Sampah golongan ini berasal dari institusi  –   institusi seperti sekolah, rumah sakit, penjara, pusat pemerintahan, dan lain –  lain  –  lain. Jenis sampah institusi kurang lebih sama dengan sampah komersial.



Konstruksi dan pembongkaran bangunan: Sampah golongan ini  berasal dari pembuatan konstruksi, gedung, perbaikan jalan, j alan, dan lain

13

 –   lain. Sampah ini terdiri dari kayu, baja, beton, pasir, debu dan sebagainya. 

Fasilitas umum : Sampah golongan ini berasal dari taman  –   taman,  jalanan, tempat rekreasi dan fasilitas  –   fasilitas umum lainnya. Sampah ini terdiri dari sampah kebun, daun, rumput, dan lain –  lain  –  lain.  lain.



Kawasan industri : Sampah golongan ini berasal dari sektor bisnis seperti pabrik  –   pabrik. Sampah ini terdiri dari lumpur, debu ,dan hasil pengolahan



Pertanian : Sampah golongan ini berasal dari sisa  –   sisa hasil  pertanian, seperti sisa panen dan sampah makanan.

Penggolongan sampah berdasarkan sumber sampah tersebut merupakan salah satu cara penggolongan sampah. Selain digolongokan berdasarkan sumber sampah tersebut, sampah juga dapat digolongkan berdasarkan cara penanganan dan pengolahannya. Penggolongan sampah berdasarkan cara penanganan dan  pengolahannya adalah sebagai berikut [10]: 

Komponen mudah membusuk : sampah rumah tangga, sayuran, buah  –  buahan,  buahan, kotoran binatang, dan lain  –  lain  lain



Komponen bervolume besar dan mudah terbakar : kayu, kertas, kain,  palstik, karet, kulit, dan lain –  lain –  lain  lain



Komponen bervolume besar dan sulit terbakar : logam, mineral, dan lain –  lain –  lain  lain



Komponen bervolume kecil dan mudah terbakar



Komponen bervolume kecil dan sulit terbakar



Wadah bekas : botol, drum, dan lain –  lain  –  lain  lain



Tabung bertekanan / gas



Serbuk dan abu : organik, logam metalik, non metalik, bahan amunisi



Lumpur



Puing bangunan



Kendaraan tak terpakai



Sampah radioaktif.

14

2.2.2 Permasalahan Sampah Kota di Indonesia

Indonesia merupakan salah satu negara dengan jumlah penduduk terbanyak di dunia. Terpusatnya jumlah pendudut di kota  –  kota besar di Pulau Jawa, seperti Jakarta, Surabaya, dan Bandung menyebabkan permasalahan bagi pemerintah setempat. Sampah merupakan salah satu permasalahan dari kota  –   kota tersebut karena jumlah sampah yang dihasilkan umumnya sebanding dengan banyaknya orang pada kota tersebut. Banyaknya jumlah sampah yang dihasilkan tidak diimbangi oleh fasilitas  pelayanannya. Diperkirakan hanya sekitar 60% sampah di kota  –   kota besar yang terangkut ke TPA [10]. Tabel 2.2 memperlihatkan proporsi penduduk yang difasilitasi oleh Dinas Kebersihan setempat. Tabel 2.2 Proporsi pelayanan sampah di Indonesia [10]

Pulau Sumatera Jawa Bali dan Nusa Tenggara Kalimantan Sulawesi, Maluku, dan Papua Total

49,3 137,2 12,6 12,9

Penduduk dilayani (juta-jiwa) 23,5 80,8 6,0 6,0

20,8

14,2

68

232,7

130,3

56

Penduduk (juta-jiwa)

Penduduk dilayani (%) 48 59 47 46

Buruknya pelayanan sampah bagi penduduk Indonesia diperparah dengan masih berkembangnya paradigma pengolahan sampah: KUMPUL  –   ANGKUT dan BUANG. Paradigma ini membuat metode pengolahan sampah dengan landfilling di TPA menjadi cara pengolahan yang paling sering dipakai. Cara tersebut tidak diimbangi dengan perhatian yang serius dari pemerintah setempat dan bukan tidak jarang penimbunan sampah di TPA ini dapat mengganggu kelangsungan hidup dari penduduk sekitar.

15

Gambar 2.2 Skema ANGKUT –  KUMPUL dan BUANG [10]

2.2.3 Komposisi dan Karakteristik Sampah Kota Bandung

Sampah yang akan digunakan pada penelitian kali ini merupakan sampah yang berasal dari Kota Bandung. Sampah merupakan komponen heterogen yang terdiri dari beberapa komponen  –   komponen. Oleh karena itu, perlu dilakukan  penelitian untuk menentukan komposisi samapah kota di Kota Bandung. Penelitian untuk mengetahui komposisi sampah kota di Kota Bandung pernah dilakukan pada tahun 2007. Pada penelitian tersebut, para peneliti melakukan suvei pada 23 TPS yang tersebar di Kota Bandung [1]. Data dari survei tersebut diharapkan dapat mewakili komposisi sampah di Kota Bandung. Berikut data fraksi volume dan fraksi massa komponen  –  komponen penyusun sampah kota di Kota Bandung.

16

1.13 1.83

2.34

1.71

1.28 5.31 Organik Sisa Makanan

12.94

44.36

Kertas Gelas/Botol kaca/Kaca Plastik daur ulang Plastik bukan daur ulang

13.06

Logam/Kaleng Tekstil 3.24

11.58

Karet 11.32

Styrofoam Sisa elektronik Lain - lain

Gambar 2.3 Komposisi rerata timbulan sampah (%volume) (diadaptasi dari [1])

2.23 2.69

0.65

Organik Sisa makanan

13.95

Kertas

4.74 43.91 5.95

Gelas/Botol kaca/Kaca Plastik daur ulang Plastik bukan daur ulang

9.01

Logam/Kaleng 7.47

Tekstil Karet

4.97

13.76

26.96

Styrofoam Sisa elektronik Lain-lain

Gambar 2.4 Komposisi rerata timbulan sampah (%massa) (diadaptasi dari [1]) Komponen  –   komponen sampah yang terlihat pada gambar 2.3 dan 2.4 ternyata tidak semuanya dapat dimanfaatkan untuk menjadi bahan bakar alternatif. Sampah  –   sampah tersebut merupakan sampah yang diambil oleh pemulung sehingga tidak tersedia lagi di TPA sehingga sampah yang tersisa di TPA sebesar

17

75% dari tota sampah kota yang dihasilkan. Komponen sampah kota yang diambil oleh pemulung, antara lain gelas, logam, dan plastik daur ulang. Komponen sampah yang dapat dimanfaatkan dapat dilihat pada tabel 2.3 dan fraksi massa dari komponen –  komponen tersebut dapat dilihat pada gambar 2.5. Tabel 2.3 Komponen sampah yang dapat dimanfaatkan [ 1]  No

Komponen

1

Organik

2 3

Plastik bukan daur ulang Tekstil

4

Karet

5

Lain - lain

Daun Ranting Sisa Makanan Plastik kemasan Tekstil Styrofoam Karet sandal Lain - lain

14 3

Organik

5

Plastik bukan daur ulang Tekstil

9

Karet Lain - lain 69

Gambar 2.5 Komposisi sampah yang tidak diambil pemulung (%massa) (diadaptasi dari [1]) Komponen organik yang terdiri atas daun, ranting, dan sisa makanan ini mendominasi berat dari sampah di Kota Bandung. Komponen organik inilah yang nantinya akan dijadikan bahan bakar alternatif pada penelitian ini. Setelah kita mengetahui komposisi dari sampah kota di Kota Bandung, kita juga harus

18

mengetahui karakteristik dari sampah di Kota Bandung sebagai bahan bakar, seperti komposisi fisik, komposisi kimia. Karakteristik sampah ditentukan dari komponen  –  komponen penyusunnya. Oleh karena itu, karakteristik dari sampah

di tiap kota berbeda  –   beda.

Karakteristik. Karakteristik sampah dapat dikelompokan menjadi komposisi fisik, komposisi kimia, dan nilai kalor. [1]. Karakteristik fisik meliputi kandungan 4 unsur penyusun, yaitu kandungan  fixed carbon, kandungan air, kandungan volatile matter, dan kandungan abu pada sampah. Selain itu, nilai kalor juga termasuk dalam komposisi fisik dari sampah karena sampah yang dimaksud akan digunakan sebagai bahan bakar. Unsur  –  unsur penyusun tersebut kurang lebih sama dengan batubara, namun kandungan unsur  –   unsur penyusun tersebut yang menyebaban adanya perbedaan antara  batubara dan sampah. Unsur  –   unsur penyusun sampah dapat diketahui dengan melakukan uji proksimat, sedangkan nilai kalor dapat diketahui dengan pengujian nilai kalor dengan kalorimeter bom. Komposisi kimia terdiri dari beberapa unsur, seperti karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, klorin, sulfur. Komposisi kimia ini yang sebenarnya menggambarkan unsur yang menyusun sampah. Komposisi kimia dari suatu sampah dapat diketahui dari uji ultimat. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, para peneliti telah melakukan uji proksimat, uji ultimat, dan juga pengujian nilai kalor dari sampah di Kota Bandung yang dapat dijadikan bahan bakar alternatif. Gambar 2.6 meggambarkan komposisi fisik dari sampah.

19

Gambar 2.6 Komposisi fisik sampah kota Bandung berdasarkan uji proksimat [1] Berdasarkan hasil uji proksimat komponen sampah yang dapat dijadikan  bahan bakar, kandungan volatile matter  pada sampah tersebut merupakan yang  paling dominan. Volatile matter merupakan zat  –   zat yang mudah menguap dan  bekontribusi dalam pembakaran. Kandungan air pada sampah kota ini terbilang kecil, maksimal hanya sekitar 10%. Kandungan air ini hanya kandungan inherent mositure karena komponen sampah pada pengujian ini dalam kondisi adb sehingga kandungan  surface moisture sudah hilang dari sampah. Kandungan air tidak berkontribusi dalam pembakaran. Kandungan air bahkan menyerap kalor yang dihasilkan bahan bakar. Kandungan  fixed carbon  kurang dari 20%.  Fixed carbon  merupakan unsur yang paling berkontribusi dalam pembakaran sehingga  fixed carbon  sangat diinginkan di dalam bahan bakar. Kandungan abu pada sampah rata  –   rata kurang dari 10%. Namun, komponen karet memiliki kandungan abu yang cukup tinggi, yaitu lebih dari 20%. Kandungan abu yang  besar menyebabkan buruknya emisi yang dihasilkan sampah tersebut. Hasil uji ultimat, yang menggambarkan komposisi kimia dari sampah kota Bandung, tersaji pada gambar 2.7

20

Gambar 2.7 Komposisi kimia sampah kota Bandung berdasarkan uji ultimat [1] Karbon dan oksigen merupakan dua unsur yang paling dominan pada sampah kota Bandung. Karbon merupakan unsur penyusun  fixed carbon  dan volatile matter . Oksigen dan hidrogen merupakan penyusun volatile matter dan  juga kandungan air. Sulfur merupakan unsur yang paling sedikit pada sampah kota Bandung. Sulfur berperan dalam pembentukan emisi SO X. SOX  berperan dalam pembentukan hujan asam apabila terlepas ke udara. Oleh karena itu, kandungan sulfur yang sedikit pada sampah kota menambah keunggulan sampah kota sebagai bahan bakar. Selain mempunyai keunggulan dalam masalah emisi, ternyata sampah kota juga memiliki kekurangan. Kandungan klorin pada sampah kota terbilang cukup besar apabila dibandingkan dengan batubara. Kandungan klorin terbesar terkandung pada komponen sisa makanan. Klorin ini dapat memicu terbentuknya zat beracun, dioksin, apabila pembakaran sampah terjadi pada temperatur rendah (<600 ˚C). Kandungan nitrogen pada sampah kota berkisar sekitar 5%. Setelah mengetahui komposisi fisik dan komposisi kimia dari sampah kota Bandung, kita perlu mengetahui potensi nilai kalor dari sampah kota Bandung agar melengkapi karakteristik sampah kota sebagai bahan bakar alternatif.

21

Gambar 2.9 menunjukkan potensi nilai kalor yang dimiliki komponen  –  komponen sampah kota Bandung. 9000 8000     ) 7000    g     k     /     l 6000    a     k     k     (     b 5000     d    a    r 4000    o     l    a     k 3000    i    a     l    i    N2000

1000 0 Sampah Pepohonan

Sampah Makanan

Plastik Bukan Daur Ulang

Karet

Tekstil

Lain-Lain

Gambar 2.8 Potensi nilai kalor komponen sampah kota Bandung (adb) [1]  Nilai kalor dari komponen –   komponen sampah ini cukup beragam. Plastik  bukan daur ulang merupakan komponen sampah dengan nilai kalor yang paling tinggi diantara komponen  –   komponen sampah lainnya. Sampah yag diuji dalam kondisi adb sehingga nilai kalor yang dimiliki pada pengujian ini terbilang besar. Bila sampah pada kondisi yang sebenarnya atau as recieved , nilai kalor yang dihasilkan oleh sampah pasti lebih kecil dibandingkan pada pengujian tersebut.

2.3

Biomassa Lignoselulosa dan Amilum

Pada subbab ini akan dibahas mengenai lignoselulosa dan amilum. Lignoselulosa merupakan zat yang paling banyak ditemui pada biomassa. Lignoselulosa juga diharapkan merupakan zat yang paling banyak ditemui di sampah kota karena komponen organik, yang merupakan biomassa, merupakan komponen terbanyak pada sampah kota. Selain lignoselulosa, amilum juga banyak ditemui di komponen sisa makanan, lebih tepatnya pada nasi. Oleh karena itu,

22

diperlukan pemahamam lebih mendalam tentang peran dan juga karakteristik dari lignoselulosa dan amilum.

2.3.1 Lignoselulosa

Lignoselulosa merupakan komponen yang paling banyak ditemukan pada tanaman hijau. Biomassa Lignoselulosa merupakan biomassa terbarukan yang  paling banyak di dunia dengan produksi sebesar 1 X 10 10 di seluruh dunia [12]. Lignoselulosa adalah komponen berserat yang menyusur dinding sel tumbuhan. Lignoselulosa terdiri atas tiga komponen utama, yaitu hemiselulosa, selulosa, dan lignin. Hemiselulosa dan selulosa merupakan gula polimer sehingga kedua komponen ini sangan potensial untuk dijadikan gula fermentasi. Berikut akan dijelaskan lebih lanjut mengenai ketiga komponen utama dari lignoselulosa. 1) Hemiselulosa Hemiselulosa merupakan komponen penyusun dinding sel tanaman. Hemiselulosa mempunyai struktur yang acak, dan amorf dengan ikatan yang lemah. Hemiselulosa adalah kelompok karbohidrat dengan struktur rantai yang bercabang dan derajat polimerisasi yang rendah (DP<100-200) [11]. Molekul yang paling dominan pada hemiselulosa adalah xylan. Gambar 2.9 Menggambarkan struktur xylan

Gambar 2.9 Struktur hemiselulosa [12]

23

2) Selulosa Selulosa merupakan komponen lainnya yang menyusun dinding sel tanaman. Tidak seperti hemiselulosa, selulosa mempunyai struktur kristalin yang kokoh. Struktur ini terbentuk dari banyak molekul glukosa. Selulosa adalah rantai polimer panjang [6]. Selulosa merupakan

komponen

yang

dominan

dari

biomassa

kayu.

Kandungan selulosa pada biomassa kayu berkisar antara 40  –   44 %  berat kering dari kayu. Gambar 2.10 menunjukkan struktur dari selulosa

Gambar 2.10 Struktur molekul tunggal dari selulosa [12] 3) Lignin Lignin merupakan komponen yang palig kompleks pada komponen  penyusun lignoselulosa. Mengisi tempat diantara hemiselulosa dan selulosa pada struktur lignoselulosa. Pada kayu lignin berfungsi meningkatkan ketahanan dan perkembangan sel. Kandungan lignin mempengaruhi transportasi air, nutrisi dan mempunyai ketahanan terhadap impak [11]. Pada penelitian sebelumnya, lignin telah terbukti dapat berfungsi sebagai pengikat pada biomassa. Gambar 2.11 menunjukkan struktur lignin.

24

Gambar 2.11 Contoh struktur molekul lignin [12]

2.3.2 Amilum

Amilum merupakan komponen yang paling banyak ditemukan pada nasi. Amilum merupakan polimer senyawa glukosa yang terdiri dari dua komponen tama, yaitu amilosa dan amilopektin [13]. Amilosa merupakan polimer berlantai lurus yang memberikan sifat keras pada nasi. Amilopektin merupakan polimer  bercabang yang memberikan sifat lengket nasi. Gambar 2.12 menggambarkan sturktur amilosa dan amilopektin

25

Gambar 2.12 Sturktur amilosa dan amilopektin [13]

2.4

Dasar Proses Torefaksi

Pada subbab sebelumnya dijelaskan sampah kota yang tersedia untuk dijadikan bahan bakar alternatif ternyata masih membutuhkan penanganan lebih sebelum dapat menjadi bahan bakar padat yang dapat setara dengan batubara. Tingginya kandungan air dan kandungan senyawa organik yang kompleks merupakan masalah yang harus ditanggulangi agar kelak sampah kota dapat menggantikan batubara sebagai sumber energi.

2.4.1 Definisi Proses Torefaksi

Peningkatan densitas energi menjadi cara untuk meningkatkan kualitas sampah kota agar setara dengan batubara. Menghilangkan kandungan air dan menyederhanakan

senyawa

organik

kompleks

pada

sampah

kota

dapat

meningkatkan densitas energi sampah kota agar dapat setara dengan batubara. Pirolisis merupakan suatu metode untuk meningkatkan densitas energi dari bahan  bakar. Pirolisis adalah proses peningkatan densitas energi material lignoselulosa melalui perlakuan panas pada kondisi inert dan pada tekanan atmosfer [14]. Pirolisis akan menghasilkan 3 macam produk berupa padatan, cairan, dan gas. Kuantitas dari ketiga produk ini akan berbeda  –   beda tergantung dari jenis

26

 pirolisis yang dilakukan. Pada tabel 2.4 dapat dilihat jenis  –   jenis pirolisis  berdasarkan temperatur operasi, waktu tinggal, dan laju kenaikan temperatur.

Tabel 2.4 Fraksi massa produk kayu (dry wood basis) yang dihasilkan dari  berbagai metode torefaksi kayu [14] Metode Fast Intermediate Slowtorrefaction Slowcarbonization Gasification

Kondisi ±500°C, short hot vapor residence time 1 second ±500°C, short vapor residence time, 10-30 seconds ±290°C, solid residence time 30 minutes ±400°C, long vapor residence time hours-days ±800°C

Padat (%)

Cair (%)

Gas (%)

12

75

13

25

50

25

82

-

18

35

30

35

10

5

85

Dari tabel diatas dapat dilihat beragam jenis pirolisis. Pada penelitian kali ini hanya torefaksi yang akan dibahas lebih lanjut karena torefaksi merupakan metode yang digunakan pada penelitian kali ini. Torefaksi merupakan jenis dari  proses pirolisis dengan temperatur operasi berkisar sekitar 200°C-300°C. Torefaksi menghasilkan padatan sebagai produk utama. Laju pemanasan yang lambat membuat  padatan menjadi produk yang paling dominan. Gambar 2.13 menunjukkan contoh skema  proses torefaksi.

27

Gambar 2.13 Contoh skema proses torefaksi

2.4.2 Mekanisme Proses Torefaksi

Pada proses torefaksi, biomassa atau sampah kota dipapari aliran gas inert  panas. Oleh karena itu, biomassa akan mengalami 2 tahap penurunan massa, yaitu tahap pengeringan dan tahap devolatilisasi selama proses torefaksi [15]. Berikut adalah penjelasan dari kedua tahapan penurunan massa sampah kota pada saat  proses torefaksi. 

Tahap Pengeringan Pada tahap ini, penurunan massa pada biomassa akan terjadi karena lepas

kandungan air pada padatan. Kandungan air yang hilang berupa  surface moisture maupun inherent moisture.  Lepasnya kandungan air pada padatan disebabkan  perubahan fasa kandungan air dari fasa cair ke gas karena paparan panas dari aliran gas pada proses torefaksi. 

Tahap Dekomposisi . Pada tahap ini terjadi pelepasan volatile matter dari padatan. Tahap

devolatisasi ini terjadi setelah tahap pengeringan berakhir pada biomassa yang terpulverisasi. Pada biomassa dengan ukuran yang lebih besar, tahap dekomposisi akan terjadi ketika tahap pengeringan telah selesai pada sebagian biomassa yang ditorefaksi.

28

Tahap dekomposisi dapat meningkatkan densitas energi pada biomassa. Dekomposisi komponen lignoselulosa pada biomassa menyebabkan penurunan massa pada biomassa yang akhirnya dapat meningkatkan densitas energi dari  produk torefaksi biomassa.. Proses dekomposisi dari ketiga jenis komponen lignoselulosa terjadi secara berbeda. Perbedaan proses dekomposisi tersebut dipengaruhi oleh temperatur proses torefaksi. Gambar 2.14 menunjukkan proses dekomposisi dari tiap komponen lignoselulosa.

Gambar 2.14 Proses dekomposisi termal komponen  –   komponen lignoselulosa  pada proses torefaksi [14]

Pada proses dekomposisi diatas terlihat bahwa proses dekomposisi termal komponen lignoselulosa yang terjadi pada proses torefaksi. Hemiselulosa merupakan komponen lignoselulosa yang terdekomposisi paling maksimal pada temperatur operasi torefaksi, yang ditunjukan dengan daerah bewarna pekat pada rentang temperatur torefaksi. Hal ini menunjukkan bahwa temperatur dekomposisi termal hemiselulosa berkisar antara 200 –   300 °C. Selulosa tidak terdekomposisi secara maksimal pada proses torefaksi karena temperatur dekomposisi selulosa

29

 berkisar antara 300  –   400 °C, sedangkan lignin terdekomposisi secara perlahan karena temperatur dekomposisi lignin berkisar antara 200 –  500 °C. Proses dekomposisi termal dari komponen  –   komponen lignoselulosa juga dapat diamati dengan analisis thermogravimetry. Analisis termografimetri menunjukkan penurunan massa dari komponen  –   komponen lignoselulosa pada selang temperatur operasi tertentu. Berikut ini contoh grafik termografimetri dari  proses dekomposisi kayu

Gambar 2.15 Contoh grafik thermogravimetry kayu [16] Selain dengan grafik thermogravimetry proses dekomposisi juga dapat diamati dengan melihat grafik penurunan grafik thermogravimetry. Grafik tersebut dinamakanan derivative thermogravimetry (DTG). DTG ditunjukan oleh

30

gambar dibawah ini.

Gambar 2.16 Contoh grafik DTG [17] Pada grafik DTG diatas dapat dilihat bahwa dekomposisi termal hemiselulosa terjadi pada temperatur dibawah 300 °C. Dekomposisi selulosa terjadi secara maksimal pada temperatur 323 °C, sedangkan proses dekomposisi ⁰

lignin mencapai puncak pada temperatur sekitar 500 C walaupun tidak sebesar dekomposisi hemiselulosa dan selulosa. Hal ini mengindikasikan bahwa komponen lignin merupakan komponen lignoselulosa yang paling sulit untuk terdekomposisi. 2.5

Proses Torefaksi Temperatur Tinggi

Pada subbab ini akan dibahas mengenai proses torefaksi pada temperatur tunggi (>300 ˚C). Pembahasan diawali dengan membahas mekanisme dekomposisi komponen lignoselulosa dan akan diakhiri dengan pembahasan penelitian terkait torefaksi biomassa pada temperatur tinggi yang sudah pernah dilakukan sebelumnya.

2.5.1 Mekanisme Dekomposisi Komponen Lignoselulosa

Dekomposisi komponen  –   komponen lignoselulosa merupakan bahasan yang penting untuk dibahas, apabila kita ingin merancang suatu proses torefaksi 31

yang baik pada suatu biomassa.

Hemiselulosa, selulosa, dan lignin akan

mengalami mekanisme dekomposisi yang berbeda-beda pada suatu rentang temperatur tertentu. Pada uraian dibawah ini akan dibahas mengenai mekanisme dekomposisi hemiselulosa, selulosa, dan lignin. 

Mekanisme Dekomposisi Hemiselulosa

Hemiselulosa

merupakan

heteropolisakarida,

yang

komposisinya

 bergantung pada jenis tumbuhan. Xylan merupakan komponen hemiselulosa yang  paling banyak pada tumbuhan angiospermae, sementara glucomannan merupakan komponen lignoselulosa yang paling banyak ditemukan pada tumbuhan  gymnospermae [18]. Walaupun merupakan komponen yang heterogen, dekomposisi hemiselulosa terjadi secara dominan pada rentang temperatur 200 ˚C-350˚C. Dekomposisi  puncak terjadi pada temperatur sedikit di bawah 300˚C. Gambar 2.17 menggambarkan secara lebih detil mekanisme dekomposisi hemiselulosa pada  proses pirolisis melalui peninjauan dekomposisi komponen xylan.

32

Gambar 2.17 Pirolisis komponen xylan (atas: analisis thermogravimetry ,bawah: reaksi utama selama perubahan struktur ikatan) [18] Pada gambar 2.17 atas terlihat bahwa pada dekomposisi xylan selama proses  pirolisis terjadi dua puncak yang menunjukkan dekomposisi maksimal. Puncak kecil terjadi pada sekitar temperatur 240˚C dan puncak besar terjadi pada temperatur sekitar 300˚C. maksimal hemiselulsa tidak terjadi lagi setelah temperatur 300˚C. Pada temperatur diatas 300 ˚C, sisa padatan menjadi lebih aromatik dibanding sebelumnya. Hal ini menunjukkan bahwa dekomposisi hemiselulosa terjadi secara maksimal pada temperatur torefaksi (200˚C-300˚C). Gambar 2.17 bawah menyajikan mekanisme dekomposisi xylan secara lebih detil. Dekomposisi xylan dimulai dari proses dehidrasi dan pelepasan ikatan  –  ikatan yang tidak stabil yang terjadi pada sekitar temperatur 200 ˚C. Selama proses ini methanol terbentuk akibat pemecahan gugus metoksi pada padatan. Selain itu, asam format ikut terbentuk akibat pemecahan asam karboksilat pada padatan. 33

Proses dekomposisi selanjutnya adalah depolimerasisasi, yang terjadi pada rentang temperatur 240˚C-320˚C. Pada rentang temperatur tersebut ikaatan glikosidik yang mengikat unit  –   unit monosakarida menjadi tidak stabil sehingga depolmerisasi

cepat

terjadi.

Proses

depolimerisasi

ini

mengakibatkan

 pembentukan gula anhidro yang baru. Pada temperatur diatas 320 ˚C, reaksi yang terjadi hanya proses charring  pada sisa padatan. Proses tersebut tidak menimbulkan dekomposisi yang besar pada xylan. 

Mekanisme Dekomposisi Selulosa

Selulosa merupakan komponen linear homopolisakarida. Selulosa berbeda dengan hemiselulosa yang mana merupakan komponen heteropolisakarida [18]. Dekomposisi selulosa pada proses pirolisis terjadi utamanya pada rentang temperatur 300˚C-390˚C. Gambar 2.18 menggambarkan secara lebih detil tentang mekanisme dekomposisi selulosa pada proses pirolisis.

34

Gambar 2.18 Pirolisis selulosa (atas: analisis thermogravimetry, bawah: reaksi utama selama perubahan struktur ikatan) [18] Gambar 2.18 atas menunjukkan hasil analisis thermogravimetry  pada komponen selulosa. Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa dekompoisis maksimal selulosa terjadi sekitar temperatur 340˚C. Proses dekomposisi setelah temperatur 400˚C terlihat sangat kecil dan bisa disimpulkan telah selesai. Setelah temperatur 400˚C, sisa padatan menjadi lebih aromatik dibandingkan sebelumnya. Gambar 2.18 bawah menunjukkan reaksi  –   reaksi utama dekomposisi selulosa pada proses pirolisis. Berbeda dengan hemiselulosa, pada temperatur 200˚C hanya terjadi proses dehidrasi. Proses pelepasan ikatan baru dimulai pada

35

sekitar temperatur 300˚C. Pada temperatur tersebut dimulai pula proses depolimerisasi.

Proses depolimerisasi terjadi pada rentang temperatur 300 ˚C-390˚C. Pada  proses ini ikatan glikosidik menjadi sangat reaktif dan reaksi lain yang terjadi secara simultan. Depolimerisasi selulosa terjadi sangat cepat yang dapat menghasilkan sampai dengan 80% senyawa volatil yang mayoritas merupakan senyawa organik yang dapat terkondonsasi. Depolimerisas juga memacu  pembentukan anhidro-oligosakarida dan anhidro-sakarida. Pada temperatur diatas 400˚C, reaksi yang terjadi hanya proses charring . Proses tersebut tidak mengakibatkan dekomposisi yang maksimal pada selulosa. 

Mekanisme Dekomposisi Lignin

Lignin merupakan polir amorfus tiga dimensi kompleks yang terdiri dari tiga unit fenilpropana [18]. Proporsi dari unit  –   unit monomer sangat bervariasi dan utamanya tergantung dari jenis biomassa lignoselulosanya. Dekomposisi lignin pada proses pirolisis terjadi pada rentang temperatur yang besar, yaitu dari 200˚C sampai 500 ˚C. Gambar 2.19 menunjukkan mekanisme dekomposisi lignin secara lebih detil.

36

Gambar 2.19 Pirolisis lignin (atas:analisis thermogravimetry, bawah: reaksi utama selama perubahan struktur ikatan) [18] Gambar 2.19 atas menunjukkan analisis thermogravimetry  pada lignin. Dekomposisi lignin utamanya terjadi pada rentang temperatur 200 ˚C-500˚C, dengan dekomposisi maksimal terjadi pada rentang temperatur 360 ˚C-400˚C. Lignin merupakan komponen yang sulit terdekomposisi. Hal ini terlihat pada dekomposisi maksimal lignin yang masih lebih rendah dibanding dekomposisi maksimal hemiselulosa dan selulosa. Reaksi dekomposisi lignin terbagi atas dua reaksi utama. Reaksi pertama adalah ketidakstabilan rantai propil yang mengikat unit –   unit monomer dengan 37

metoksi pada cincin aromatik. Reaksi kedua adalah proses charring.  Reaksi  pertama terjadi pada rentang temperatur. Reaksi pertama terjadi pada rentang temperatur 150˚C-420˚C, sedangkan reaksi kedua terjadi pada rentang temperatur 380˚C-800˚C Kedua proses ini menghasilkan senyawa volatil yang didominasi oleh gas –  gas bermassa rendah yang tidak dapat terkondensasi.

2.5.2 Penelitian Terkait Torefaksi Temperatur Tinggi

Proses torefaksi biomassa bukan lagi menjadi hal yang asing bagi para  peneliti energi terbarukan di dunia. Kesadaran akan pentingnya pengembangan teknologi konversi energi terbarukan membuat penelitian tentang proses torefaksi  biomassa mulai dilakukan. Banyaknya parameter terkait pada proses torefaksi membuat penelitian tentang proses torefaksi terus dilakukan sampai saat ini. Salah satu parameter paling penting pada proses torefaksi biomassa adalah temperatur operasi. Temperatur operasi proses torefaksi yang paling sering digunakan pada penelitian –  penelitian saat ini berada pada rentang 200˚C sampai 300˚C. Hal ini dikarenakan proses torefaki yang dipahami berada pada rentang temperatur tersebut. Namun, bukan berarti proses torefaksi dengan temperatur operasi yang berada di luar temperatur tersebut tidak patut untuk diteliti. Meskipun penelitian torefaksi biomassa dengan temperatur diluar rentang temperatur torefaksi pada umumnya belum banyak dilakukan, sudah ada beberapa  peneliti yang melakukan penelitian tentang perilaku biomassa saat proses torefaksi  pada temperatur diluar temperatur torefaksi pada umumnya, contohnya penelitian dari Jeeban Poudel, Tae-In Ohm, dan Sea Cheon Oh [19]. Jeeban Poudel dkk meneliti proses torefaksi sampah makanan yang dikumpulkan dari beberapa restoran di Korea Selatan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh temperatur operasi dan waktu tinggal terhadap sifat  –   sifat sampah makanan sebagai bahan bakar. Keunikan dari penelitian tersebut adalah penggunaan rentang temperatur operasi yang besar, yaitu dari temperatur 150˚C sampai 600˚C.

38

Pada penelitian ini beberapa karakteristik produk hasil torefaksi dianalisis, seperti nilai kalor, kandungan abu, dan komposisi gas yang dihasilkan. Gambar 2.17 menyajikan pengaruh nilai kalor produk hasil torefaksi terhadap temperatur operasi torefaksi.

Gambar 2.20 Grafik pengaruh temperatur terhadap nilai kalor [19]

Gambar 2.20 menampilkan grafik yang menujukan pengaruh temperatur terhadap nilai kalor dari produk proses torefaksi. Nilai kalor akan meningkat sampai pada temperatur 400˚C, kemudian menurun sampai pada temperatur 500˚C. Meningkatnya nilai kalor setelah temperatur 300˚C, walaupun tidak signifikan,

cukup

memberikan

informasi

bahwa

terdapat

potensi

untuk

meningkatkan nilai kalor pada temperatur torefaksi yang lebih tinggi. Turunnya nilai kalor sampai pada temperatur 500˚C menunjukkan ada fenomena lain yang terjadi sehingga nilai kalor turun. Hasil dari penelitian tersebut lah yang dijadikan salah satu alasan bahwa penelitian ini harus dilakukan.

39

Bab 3 Kajian Proses Torefaksi Sampah Kota pada Daerah Dekomposisi Selulosa dan Lignin

Pada bab ini akan dibahas beberapa hal menyangkut penelitian proses torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin. Pembahasan  bermula dari alur penelitian sampai pada peralatan  –   peralatan pengujian pada  penelitian ini. Bab ini diharapkan dapat memberikan gambaran lebih detil kepada  pembaca tentang penelitian pengaruh proses torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin.

3.1

Gambaran besar Penelitian

Penelitian torefaksi sampah oleh Tim Peneliti Lab. Termodiamika Teknik Mesin FTMD ITB dilakukan untuk melihat pengaruh torefaksi terhadap nilai kalor sampah kota. Jenis sampah yang digunakan pada penelitian tersebut adalah daun, ranting, kulit pisang, kulit jeruk, dan nasi. Proses torefaksi pada penelitian tersebut dioperasikan pada rentang temperatur 200˚C sampai 300˚C. Pada  penelitian tersebut dihasilkan produk torefaksi dengan nilai kalor (HHV) setara dengan batubara subbituminus B, yaitu 5279-5828 kkal/kg. Pada temperatur operasi torefaksi tersebut, komponen lignoselulosa yang terdekomposisi secara sempurna hanyalah komponen hemiselulosa, sedangkan komponen

masih

tersisa

komponen

selulosa

dan

lignin

yang

belum

terdekomposisi secara sempurna. Dekomposisi kedua senyawa tersebut berpotensi menghasilkan produk torefaksi dengan massa sisa yang lebih sedikit dan nilai kalor yang lebih besar daripada penelitian sebelumnya.

40

Penelitian kali ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin terhadap nilai kalor dari produk torefaksi sampah kota. Beberapa rangkaian pengujian akan dilakukan guna memberi gambaran yang jelas tentang pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin. Untuk mengetahui lebih jelas tentang penelitian ini, gambar 3.1 menunjukkan alur penelitian ini.

Gambar 3.1 Alur penelitian Penelitian kali ini diawali dengan pengumpulan informasi melalui studi  pustaka. Studi pustaka ini meliputi pengetahuan tentang kondisi bahan bakar  padat di Indonesia saat ini, pengolahan sampah di Indonesia, dan juga prediksi  penggunaan dan ketersediaan bahan bakar padat di masa depan. Hal ini diharapkan dapat membantu penulis untuk merumuskan topik penelitian yang dapat menjadi solusi untuk menjawab tantangan krisis energi di masa depan. Setelah merumuskan dan merencanakan topik penelitian, berbagai rangkaian

41

 pengujian dilakukan untuk menjawab hipotesa. Berikut adalah gambaran  pengujian yang dilakukan: 1. Pengujian karakteristik penurunan massa komponen sampah kota Pengujian

ini

bertujuan

untuk

memberikan

gambaran

tentang

karakteristik komponen sampah kota yang ditorefaksi. Karakteristik yang dimaksud adalah penurunan massa tiap komponen sampah kota saat proses torefaksi Keluaran dari pengujian ini berbentuk grafik  penurunan massa yang dapat menggambarkan karakteristik tiap komponen saat proses torefaksi

Pengujian

ini

menggunakan

alat

thermogravimetry.

Alat

thermogravimetry membutuhkan sampel yang berukuran sangat kecil. Oleh karena itu, aspek homogenisasi harus diperhatikan agar sampel yang berukuran kecil tersebut dapat mewakili sampel komponen sampah kota yang akan dipakai pada pengujian proses torefaksi.

2. Pengujian nilai kalor produk torefaksi sampa kota Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui nilai kalor dari produk komponen sampah kota. Hasil pengujian ini berupa data nilai kalor tiap komponen sampah kota pada setiap temperatur uji proses torefaksi. Data tersebut akan digunakan untuk mengidentifikasi pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin pada proses torefaksi dan menjadi acuan pemodelan campuran sampah kota. Pengujian nilai kalor produk torefaksi dilakukan oleh tekMIRA dengan alat kalorimeter bom. Pengujian nilai kalor membutuhkan sampel berupa produk torefaksi dengan massa minimal 1 gram setiap pengujianya. Produk torefaksi sebenarnya bisa diperoleh dari pengujian karakteristik penurunan massa. Namun, produk dari pengujian tersebut sangat sedikit, sekitar 5 mg. Oleh karena itu, dibutuhkan ekseperimen torefaksi yang dapat menghasilkan produk yang cukup untuk dijadikan sampel pengujian nilai kalor.

42

Eksperimen torefaksi bertujuan untuk menghasilkan produk torefaksi sampah kota yang kemudian akan diuji nilai kalornya.. Eksperimen torefaksi akan menggunakan reaktor torefaksi berjenis tube furnace di Laboratorium Metodologi Perancangan & Pengendalian Proses Teknik Kimia FTI ITB.

Hasil –  hasil pengujian yang sudah didapatkan akan analisis dan diharapkan dapat memberikan kesimpulan yang tepat dari penelitian ini secara keseluruhan.

3.2

Kajian Penentuan Komponen Sampah Kota

Pada bab sebelumnya telah dijelaskan bahwa sampah kota merupakan suatu  bahan bakar yang heterogen. Keterbatasan waktu dan tenaga membuat penelitian ini tidak mungkin menggunakan seluruh komponen penyusun sampah sebagai sampel pengujian. Oleh karena itu, perlu dilakukan pemilihan komponen sampah kota yang diharapkan dapat mewakilkan sampah kota Bandung. Bila kita melihat lagi gambar 2.5, terlihat bahwa fraksi massa komponen organik mencapai 69 % dari massa total sampah kota yang tersisa di TPA. Komponen organik berisikan sampah pepohonan dan sampah sisa makanan. Hal ini membuat komponen organik seperti sampah pepohonan dan sampah sisa makanan menjadi sampel percobaan pada penelitian ini. Pemilihan sampah pepohonan dan sisa makanan ternyata tidak cukup untuk memudahkan dalam memilih sampel percobaan karena varian sampah sisa makanan masih cenederung banyak. Kajian lebih lanjut dibutuhkan untuk memilih komponen sampah kota untuk mewakili varian sampah sisa makanan. Pada penelitian sebelumnya tentang pemanfaatan

sampah kota sebagai

 bahan bakar alternatif, sudah dipilih beberapa jenis sampah yang dapat mewakilkan jenis sampah pepohonan dan sampah sisa makanan. Daun dan ranting  pohon dipilih untuk mewakilkan komponen sampah pepohonan karena daun dan

43

ranting merupakan bagian pepohonan yang paling sering ditemukan berserakan dijalanan. Nasi, kulit pisang, dan kulit jeruk dipilih untuk mewakilkan komponen sampah sisa makanan karena nasi merupakan makanan pokok yang sering dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia, sedangkan kulit pisang dan jeruk se merupakan buah –  buahan yang paling banyak diproduksi saat itu. Pada penelitian kali ini, sampel penelitian untuk mewakili sampah makanan akan divalidasi. Validasi dilakukan dengan menggunakan data konsumsi bahan makanan per kapita per tahun di Indonesia dari tahun 2010  –   2014. Penggunaan data konsumsi makanan diharapkan dapat lebih menggambarkan komposisi sampah sisa makanan dibandingkan apabila menggunakan data produksi makanan.  Nasi tetap dipilih menjadi sampel penelitian sebagai salah satu sampel yang mewakili komponen sampah sisa makanan. Berdasarkan data konsumsi makananan pokok perkapita yang dikeluarkan oleh Kementrian Pertanian, konsumsi rata  –   rata beras dari tahun 2010 sampai 2014 adalah sebesar 88 kg/kapita [20]. Angka tersebut jauh diatas makanan –   makanan pokok lain yang  juga dikonsumsi oleh masyrakat Indonesia, seperti jagung, kentang, dan lain  –  lain. Untuk memvalidasi sampel penelitian yang berasal dari kulit buah –  buahan, dilakukan peninjauan dari data konsumsi buah  –   buahan oleh masyarakat Indonesia. Tabel 3.1 menyajikan rata  –   rata konsumsi buah  –   buahan perkapita tahun 2010-2014 di Indonesia Tabel 3.1 Rata –  rata konsumsi buah –  buahan perkapita tahun 2010 – 2014 [20]. Rata –  Rata Konsumsi per Kapita Tahun Jenis Buah

2010 –  2014 (Kg)

Pisang

6,653

Rambutan

3,598

Jeruk

3,076

Duku

2,263

Pepaya

2,013

44

. Buah –   buahan yang terdapat pada tabel 3.1 merupakan lima macam buah  –   buahan yang paling banyak dikonsumsi masyarakat Indonesia dari tahun 2010 sampai 2014. Pisang merupakan buah  –   buahan yang paling banyak dikonsumsi  pada rentang tahun tersebut, diikuti rambutan jeruk duku, dan pepaya. Untuk menentukan sampel pengujian yang diharapkan dapat mewakili sampah buah  –   buahan di Kota Bandung, data konsumsi tidaklah cukup sebagai  panduan. Buah yang paling banyak dikonsumsi belum tentu merupakan buah yang menghasilkan sampah yang paling banyak. Oleh karena itu, perlu dilakukan kajian mengenai potensi sampah yang dihasilkan dari kelima buah  –   buahan tersebut. Potensi sampah yang dimaksud adalah fraksi massa kulit buah. Tabel 3.2 menyajikan potensi produksi sampah dari kelima buah  –   buahan tersebut, sedangkan Tabel 3.3 menyajikan perhitungan produksi sampah total per kapita  pada tahun 2010 sampai 2014 dari kelima buah –  buahan tersebut. Tabel 3.2 Fraksi massa sampah lima buah yang paling banyak dikonsumsi Jenis Buah Pisang Rambutan Jeruk Duku Pepaya

Fraksi Massa Sampah 0.3 0.54 0.12

Tabel 3.3 Massa total sampah lima buah yang paling banyak dikonsumsi

Jenis Buah

Fraksi Massa Sampah

Pisang Rambutan Jeruk Duku Pepaya

0,3 0,54 0,12

Konsumsi per Kapita (Kg) 6,653 3,598 3,076 2,263 2,013

Massa Sampah Total (Kg) 1,996 1,65 0,242

Pada Tabel 3.2 terlihat bahwa rambutan dan duku tidak ditampilkan fraksi massa sampahnya. Hal ini dikarenakan pada saat pengujian fraksi massa sampah,  buah rambutan dan duku sedang tidak musim sehingga buahnya tidak bisa diuji.

45

Hal ini mengindikasikan bahwa sampah rambutan dan duku tidak ada sepanjang tahun. Berdasarkan perhitungan massa sampah total yang dapat dihasilkan, pisang dan jeruk merupakan dua buah yang paling banyak menghasilkan sampah. Sampah yang dihasilkanpun konsisten sepanjang tahun. Oleh karena itu, kulit  pisang dan kulit jeruk dipilih untuk mewakilkan sampah sisa buah –  buahan. Untuk sampah pepohonan, penulis menetapkan daun dan ranting pohon sebagai sampel pengujian. Hal ini disebabkan daun dan ranting pohon banyak ditemukan di pinggir jalan raya sehingga diharapkan daun dan pohon dapat mewakilkan jenis sampah pepohonan. Daun juga diharapkan dapat mewakili sampah sisa sayuran karena daun disinyalir memliki kandungan lignoselulosa yang mirip dengan sampah sisa sayuran. Kesimpulan dari kajian pemilihan sampel peengujian pada penelitian kali ini adalah telah ditetapkannya sampel pengujian, yaitu nasi, kulit pisang, kulit  jeruk , daun, dan ranting .

3.3

Kajian Kandungan Lignoselulosa dan Amilum Pada Sampel Pengujian

Seperti yang telah diungkapkan pada bab 2, kandungan lignoselulosa dan amilum pada sampah kota merupakan sesuatu yang signifikan. Kandungan lignoselulosa dan amilum dapat mempengaruhi temperatur dekomposisi optimum  pada sampah kota. Seperti yang telah diketahui, lignoselulosa terdiri atas tiga komponen utama, yaitu hemiselulosa, selulosa, dan lignin. Ketiga komponen utama lignoselulosa dan juga amilum memiliki temperatur dekomposisi yang  berbeda  –   beda. Dengan mengetahui kandungan lignoselulosa dan amilum pada komponen sampah kota, temperatur optimum proses torefaksi dapat diperkirakan. Amilum merupakan komponen yang sangat dominan pada nasi sehingga tidak perlu lagi dilakukan pengujian untuk menentukan kadar amilum yang sebenarnya. Berbeda dengan amilum, pengujian kandungan tiga komponen utama lignoselulosa sangat diperlukan.

46

Pengujian kandungan lignoselulosa pada komponen sampah kota telah dilakukan pada penelitian sebelumnya. Komponen sampah kota yang diuji saat itu adalah daun, ranting, kulit pisang, dan kulit jeruk. Komponen sampah kota yang diuji saat itu sama dengan yang akan digunakan pada penelitian kali ini sehingga  pengujian kandungan lignoselulosa komponen sampah kota tidak perlu dilakukan  pada penelitian kali ini. Pengujian kandungan lignoselulosa komponen sampah kota yang dilakukan  pada penelitian sebelumnya dilakukan di Balai Besar Pulp dan Kertas (BBPK) di Kota Bandung. Sampel yang diberikan kepada BBPK merupakan sampel yang terlebih dahulu dikeringkan dengan udara selama 24 jam. Pengujian kandungan ketiga komponen lignoselulosa pada sampah kota menggunakan metode yang berbeda  –   beda. Kandungan hemiselulosa diuji  berdasarkan SNI 14-1304-1989, sedangkan kandungan selulosa berdasarkan in house method dan lignin berdasarkan SNI 0492-2008. Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, kandungan ketiga komponen lignoselulosa pada sampel sampah kota ditampilkan pada tabel 3.4 Tabel 3.4 Hasil Pengujian Kandungan Lignoselulosa [7] Jenis Sampel Daun Ranting Kulit Pisang Kulit Jeruk

3.4

Parameter (%) Selulosa 34,32 45,32 29,33 51,59

Hemiselulosa 10,03 19,53 10,15 14,54

Lignin 24,32 14,16 35,14 39,66

Kajian Penentuan Parameter Torefaksi.

Pada subbab  –   subbab sebelumnya, telah dibahas secara mendalam tentang objek penelitian ini, yaitu sampah kota organik di Kota Bandung. Pada subbab ini akan dibahas mengenai parameter uji proses torefaksi yang digunakan pada  penelitian ini. Proses torefaksi merupakan dasar dari setiap pengujian yang dilakukan pada penelitian ini. Dalam

proses

torefaksi,

terdapat

beberapa

parameter

yang

dapat

menentukan produk torefaksi, seperti temperatur, waktu tinggal,  purge gas yang 47

digunakan, ukuran partikel, dan lain  –   lain. Namun, dua parameter pertama yang disebutkan merupakan parameter paling penting dalam proses torefaksi. Oleh karena itu, pada subbab ini akan dibahas mengenai penentuan parameter temperatur uji dan waktu tinggal yang akan digunakan pada penelitian kali ini. Pada penelitian tentang torefaksi sampah kota sebelumnya, komponen lignoselulosa yang ditinjau adalah hemiselulosa sehingga temperatur operasi yang dipilih berkisar antara sekitar 200˚C sampai sekitar

300˚C. Pada rentang

temperatur torefaksi tersebut, hanya komponen hemiselulosa yang akan terdekomposisi secara sempurna.. Pada penelitian kali ini, yang mana dekomposisi selulosa dan lignin yang ingin ditinjau, temperatur operasi yang dipilih berkisar antara 300 ˚C sampai 500˚C. Pada temperatur 300˚C sampai 400˚C selulosa akan terdekomposisi secara maksimum, sedangkan lignin masih akan terdekomposisi sampai pada temperatur 500˚C. Untuk menggambarkan pengaruh temperatur terhadap dekomposisi komponen lignoselulosa dan amilum, dipilih 5 temperatur uji proses torefaksi  pada penelitian ini. Dalam Pemilihan temperatur uji, prediksi tentang letak nilai kalor maksimal harus dilakukan. Prediksi ini diharapkan dapat memberikan salah satu temperatur uji yang menghasilkan nilai kalor maksimal produk torefaksi yang nilainya mendekati nilai kalor maksimal sebenarnya dari produk torefaksi tersebut. Pada bab 2 telah dibahas bahwa selulosa terdekomposisi pada temperatur 300˚C-400˚C, dan lignin pada temperatur 200˚C-500˚C. Berdasarkan informasi tersebut, dapat disimpulkan bahwa pada rentang 300 ˚C-400˚C selulosa dan lignin akan terdekomposisi, sementara pada rentang 400˚C-500˚C hanya tinggal lignin yang tersisa yang akan terdekomposisi. Berdasarkan kajian kandungan lignoselulosa pada komponen sampah yang digunakan, jumlah lignin tidak sebanyak jumlah selulosa. Hal ini dapat mengindikasikan bahwa proses dekomposisi pada rentang temperatur operasi 400˚C-500˚C tidak akan sebesar pada rentang temperatur 300˚C-400˚C sehingga

48

temperatur uji

torefaksi yang dipilih pada penelitian kali ini adalah 300˚C,

330˚C , 360˚C, 400˚C, dan 500˚C.

Parameter penting lain dalam proses torefaksi adalah waktu tinggal. Waktu tinggal yang baik adalah waktu ketika proses dekomposisi pada sampah kota telah  berhenti. Hal ini dapat ditunjukan dengan tidak adanya lagi penurunan massa sampah kota yang terjadi pada saat torefaksi. Dengan begitu, diharapkan karakteristik penurunan massa sampah kota pada saat proses torefaksi dapat diidentifikasi dengan lebih baik. Dalam menentukan parameter waktu tinggal, dilakukanlah percobaan dengan menggunakan alat thermogravimetry. Percobaan ini diharapkan dapat menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai dekomposisi yang sempurna. Pengujian dilakukan pada tiap komponen sampah kota pada satu temperatur torefaksi. Hasil dari pengujian awal tersebut memperlihatkan bahwa sampai pada 120 menit, hanya komponen nasi yang telah terdekomposisi sepenuhnya, sedangkan pada 4 komponen lainnya tidak. Dikarenakan sampai 120 menit dekomposisi sampah kota belum selesai, dipilihlah waktu tinggal yang sama dengan penelitian sebelumnya karena tidak ditemukannya waktu tinggal yang lebih baik. Parameter waktu tinggal yang akhirnya dipilih adalah 45 menit.

3.5

Peralatan  –  Peralatan Pengujian

3.5.1 Thermogravimetry

Tthermogravimetry Processor merupakan instrumen yang berguna untuk melakukan analisis termal pada suatu sampel tertentu. Dalam penelitian ini sampel yang dimaksud adalah komponen penyusun sampah kota. Thermogravimetry  processor dapat menganalisa penurunan massa dari sampel pada kondisi tertentu. Hasil analisis dari thermogravimetry processor inilah yang dipakai untuk

49

memprediksi karakteristik penurunan massa pada proses torefaksi yang sebenarnya. Pada penelitian ini, jenis thermogravimetry processor yang digunakan adalah TA 4000 Mettler Toledo. TA 4000 Mettler Toledo ini merupakan rangkaian instrumen  –  instrumen yang terdiri dari timbangan, dan

TG 50 Thermobalance,

TA 11  Processor. Adapun spesifikasi dari ketiga instrumen

tersebut dijelaskan pada Tabel 3.5 , sedangkan Gambar 3.2 menunjukkan alat thermogravimetry yang digunakan pada penelitian kali ini.

Tabel 3.5 Spesifikasi thermogravimetry processor Instrumen 

 

TG 50 Thermobalance





 

Timbangan









TA 11 Processor



50

Spesifikasi Temperatur : Temperatur ruangan  –  1000 ˚C Presisi : ± 2˚C Laju Pemanasan dan Pendinginan : 0 –  100 ˚C/min Waktu pendinginan dari 1000 –  100 ˚C : 18 menit Metode pendinginan : Koveksi dengan kipas  Range : 0 –  5100 mg Resolusi : 1 μg – 99,999 mg, 10 μg  – 999,999 mg, 100 μg diatas 1 g  Noise (50 ˚C isotermal ) : 4 μg  puncak/puncak selama 5 menit Keluaran data : Bidirectional data interface (RS-232C) Program Temperatur : Linear sekuensial dan isotermal Determinasi Temperatur : Sensor Pt100 Akurasi Tampilan Temperatur : 0,1 ˚C

Gambar 3.2 Rangkaian instrumen thermogravimetry processor Berikut ini merupakan prosedur persiapan dan pemakaian thermogravimetry  processor yang digunakan pada penelitian ini. 1. Hubungkan selang penghubung antara tabung nitrogen dan tungku. 2. Buka katup primer pada tabung nitrogen dan katup sekunder. Katup  primer akan membuka apabila diputar berlawanan jarum jam, dan katup sekunder akan membuka apabila dipitar berlawanan dengan arah jarum jam. Buka katup sekunder sampai nitrogen dapat dipastikan mengalir dengan baik ke tungku. 3. Atur debit aliran nitrogen dengan memutar katup  flowmeter  pada tungku. 4. Timbang berat crucible (tempat sampel) dan tekan tombol  Re-Zero  pada timbangan agar massa kosong crucible dijadikan acuan sehingga masa sampel dapat diketahui.

51

5. Letakan sampel yang ingin diuji kedalam crucible dan timbang massa sampel. Berat sampel harus ±10 mg. Sampel terlebih dahulu ditumbuk sampai berbentuk serbuk. 6. Letakkan kertas milimeterblok pada printer . Pastikan kertas tersebut terpasang lurus sehingga kesalahan pembacaan grafik dapat diminimalisasi. 7. Masukan jenis pengujian dan parameter  –   parameter operasi yang sesuai. Setelah itu, memulai pengujian. 8. Setelah pengujian selesai, analisis grafik penurunan massa pada kertas milimeterblok.

3.5.2 Reaktor Torefaksi

Reaktor torefaksi merupakan alat digunakan pada eksperimen proses torefaksi. Reaktor torefaksi yang akan digunakan pada penelitian ini merupakan  jenis tube furnace 2100 Thermolyne yang berada pada Laboratorium Metodologi Perancangan & Pengendalian Proses Program Studi Teknik Kimia FTI ITB. Reaktor ini merupakan sebuah tungku yang didalamnya terdapat pipa vertikal tempat terjadinya proses. Pipa vertikal ini biasa disebut  process tube. Pada penelitian ini tungku ini dialiri gas nitrogen untuk menjamin tidak adanya oksigen di dalam process tube sehingga tidak terjadi reaksi pembakaran . Reaktor torefaksi ini biasa digunakan untuk melakukan proses torefaksi  pada biomassa, seperti bambu. Namun, pada penelitian ini reaktor ini digunakan untuk melakukan proses torefaksi pada sampah kota.

Tabel 3.6 berisikan

spesifikasi dari reaktor torefaksi, sedangkan Gambar 3.3 menunjukkan bentuk dari reaktor torefaksi yang digunakan pada penelitian kali ini. Tabel 3.6 Spesifikasi reaktor torefaksi tube furnace 2100 Thermolyne Parameter Temperatur  Purge gas Berat sampel Konsumsi Daya

Spesifikasi 100 –  1000 ˚C  Nitrogen 50 –  70 g 1250 W

52

Gambar 3.3 Reaktor torefaksi Adapun prosedur dalam pemakaian reaktor torefaksi ini adalah sebagai  berikut : 1.

Buka katup primer dan sekunder pada tabung nitrogen, dan pastikan nitrogen mengalir dengan baik pada tabung proses reaktor torefaksi.

2.  Nyalakan reaktor torefaksi dan atur temperatur sesuai temperatur operasi yang diinginkan dengan perlahan. 3.

Selama menunggu reaktor torefaksi menyesuaikan temperaturnya, masukkan sampel kedalam tempat sampel. Padatkan sampel agar  produk yang tersisa tidak terlalu sedikit

4.

Setelah temperatur reaktor torefaksi sesuai dengan temperatur operasi yang diinginkan, masukkan sampel yang telah disiapkan kedalam tabung proses pada reaktor torefaksi

5.

Sambungkan selang pembuangan dan kencangkan baut pada klem. Pastikan tidak ada gas atau cairan yang bocor keluar dari saluran

53

 pembuangan dan dapat menimbulkan bau yang tidak sedap di dalam ruangan 6.

Tunggu sampai waktu tinggal proses torefaksi yang diinginkan, setelah itu keluarkan sampel dan segera dinginkan sampel dengan meletakkan  pada kotak yang direndam direndam di dalam air.

7.

Setelah sampel telah dingin, keluarkan sampel dari tempat sampel dan simpan sampel pada plastik penyimpanan.

3.5.3 Kalorimeter Bom

 Nilai kalor merupakan parameter penting yang diuji pada penelitian ini. Oleh karena itu, diperlukan pengujian nilai kalor sampah kota setelah melalui  proses torefaksi. Untuk menguji nilai kalor dari bahan bakar, diperlukan suatu alat yang bernama kalorimeter bom. Gambar 3.4 menggambarkan skema umum kalorimeter bom.

Gambar 3.4 Skema umum kalorimeter bom Kalorimeter bom merupakan alat yang sering sekali digunakan untuk mengukur nilai kalor bahan bakar, baik cair maupun padat. Bahan bakar yang ingin diukur nilai kalornya dimasukkan kedalam tabung, seperti terlihat pada Gambar 3.4. Setelah itu, pemantik dinyalakan guna memantik pembakaran bahan  bakar. Nilai kalor bahan bakar dapat dikalkulasikan dengan mengukur kenaikan temperatur air disekeliling tabung sampel.

54

Bab 4 Pengujian dan Analisis Torefaksi Komponen Penyusun Sampah Kota Pada Daerah Dekomposisi Selulosa dan Lignin

Bab ini berisikan tentang pengujian  –   pengujian yang dilakukan pada  penelitian ini. Pembahasan pada bab 3 menjadi dasar dalam rancangan pengujian yang dibahas pada bab ini. Pengujian yang akan dibahas pada bab ini hanya  pengujian komponen  –   komponen penyusun sampah kota. Hasil dari pengujian  padap bab ini akan menjadi dasar untuk perumusan pada Bab 5.

4.1

Persiapan Sampel Pengujian

Sampel pengujian secara garis besar dibagi menjadi dua kelompok, yaitu sampel pengujian penurunan massa komponen penyusun sampah kota yang  berukuran 250 mikron dan sampel eksperimen torefaksi yang berukuran sekitar 1 centimeter. Hal ini dikarenakan perbedaan dari kebutuhan alat yang digunakan. Persiapan sampel dimulai dari pengumpulan komponen  –   komponen  penyusun tersebut. Tabel 4.1 menjelaskan sumber sampel komponen penyusun sampah kota yang digunakan pada penelitian ini. Tabel 4.1 Sumber sampel pengujian Sampel Komponen Penyusun Sampah Kota Daun

Sumber Parkiran Sipil Institut Teknologi Bandung

Ranting

Hutan Babakan Siliwang Pedagang gorengan Pasar Simpang Dago Pedagang jus di jalan cisitu baru Kantin PAU

Kulit Pisang Kulit jeruk  Nasi

55

Setelah dilakukan pengumpulan sampel pengujian, ukuran sampel direduksi hingga mencapai ukuran yang seusai dengan kebutuhan alat uji, yaitu thermogravimetry dan alat torefaksi. Dari setiap sampel yang akan digunakan untuk pengujian dengan alat torefaksi, diambil sebagian kecil untuk digunakan sebagai sampel pengujian dengan alat thermogravimetry. thermogravimetry. Hal ini perlu dilakukan supaya sebagian kecil sampel yang digunakan pada alat thermogravimetry dapat mewakilkan seluruh sampel yang digunakan dalam pengujian dengan apat torefaksi. Untuk pengujian yang dilakukan dengan

thermogravimetry, sampel

direduksi sampai diperloeh ukuran sekitar 250 mikron. Namun, ternyata tidak semua jenis sampel dapat direduksi sampai ukuran tersebut. Hal ini dikarenakan kandungan air yang dimiliki oleh jenis sampah tersebut. Untuk mereduksi ukuran sampel sampai 250 mikron, sampel dengan kandungan air yang besar dikeringkan terlebih dahulu sebelum direduksi ukurannya. Gambar 4.1 memberi gambaran terhadap sampel pengujian karakteristik penurunan massa.

Gambar 4.1 Sampel pengujian karakteristik penurunan massa (kiri ke kanan: daun, ranting, kulit pisang, kulit jeruk, nasi)

Untuk pengujian torefaksi, alat torefaksi yang digunakan tidak memiliki spesifikasi ukuran sampel khusus, namun reduksi ukuran dilakukan guna menyeragamkan temperatur pada sampel sehingga sampel direduksi sampai 56

mencapai ukuran yang cukup kecil. Gambar 4.2 memberi gambaran terhadap sampel eksperimen torefaksi.

Gambar 4.2 Sampel eksperimen torefaksi (kiri ke kanan: daun, ranting, kulit  pisang, kulit jeruk, nasi) Setelah ukuran sampel pengujian direduksi, dilakukanlah perhitungan kadar air pada setiap sampel, baik sampel pengujian penurunan masa maupun sampel  pengujian torefaksi. Perhitungan kadar air ini digunakan untuk mengetahui  perbedaan yang ada pada sampel pengujian penurunan massa dan pengujian torefaksi. Tabel 4.2 dan tabel 4.3 menyajikan kadar air dari tiap jenis sampel  pengujian penurunan massa dan proses torefaksi komponen peyusun sampah kota secara berturut –  turut. Tabel 4.2 Kadar air sampel pengujian penurunan massa Jenis Sampel Daun Ranting Kulit Pisang Kulit Jeruk  Nasi

Kadar Air 17% 23% 10% 18% 14%

57

Tabel 4.3 Kadar air sampel eksperimen proses torefaksi komponen penyusun sampah kota Jenis Sampel Daun Ranting Kulit Pisang Kulit Jeruk  Nasi

4.2

Kadar Air 17% 23% 35% 58% 25%

Pengujian Karakteristik Penurunan Massa Komponen Penyusun Sampah Kota

Seperti yang telah dijelaskan pada Bab 3, pengujian karakteristik penurunan massa komponen penyusun sampah kota ini menggunakan alat thermogravimetry. Pada subbab ini akan dijelaskan mengenai hal  –   hal yang menyangkut pengujian tersebut. Berawal dari persiapan sampel pengujian sampai hasil dari pengujian ini. Setelah melakukan pengujian dengan menggunakan alat thermogravimetry, grafik penurunan massa dapat diperoleh dari  processor. Grafik tersebut dicetak  pada kertas milimeterblok supaya memudahkan untuk mengubah grafik tersebut menjadi data yang nantinya akan ditampilkan menjadi grafik. Hal ini diperlukan karena thermogravimetry tidak memberikan keluaran berupa data penurunan massa. Grafik tiap komponen sampah kota dikumpulkan menjadi satu grafik setiap komponen agar dapat dengan mudah melihat pengaruh temperatur torefaksi pada karakteristik penurunan massa. Gambar –   gambar dibawah ini menunjukkan hasil  pengujian karakteristik penurunan massa tiap komponen sampah kota pada setiap temperatur torefaksi sampah kota.

58

1 0.9 0.8 0.7

    f    i    t 0.6    a     l    e    R0.5    a    s    s    a 0.4    M

0.3 0.2 0.1 0 0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

Waktu Tinggal(menit) 500˚C

400˚C

360˚C

330˚C

300˚C

Gambar 4.3 Grafik penurunan massa komponen daun Gambar 4.3 menunjukkan karakteristik penurunan massa dari komponen daun. Pada grafik ini terlihat bahwa semakin tinggi temperatur torefaksi semakin rendah pula massa akhir yang dihasilkan. Pada komponen daun massa akhir yang dihasilkan pada temperatur tertinggi berjumlah sebanyak 30 % dari massa sebelum dilakukan torefaksi

59

1 0.9 0.8 0.7

    f    i    t 0.6    a     l    e    R0.5    a    s    s    a 0.4    M

0.3 0.2 0.1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Waktu Tinggal(menit) 500˚C

400˚C

360˚C

330˚C

300˚C

Gambar 4.4 Grafik penurunan massa komponen ranting Gambar 4.4 menunjukkan karakteristik penurunan massa dari komponen ranting. Pada grafik ini terlihat bahwa semakin tinggi temperatur torefaksi semakin rendah pula massa akhir yang dihasilkan. Pada komponen daun massa akhir yang dihasilkan pada temperatur tertinggi berjumlah kurang dari 30 % dari massa sebelum dilakukan torefaksi

60

1 0.9 0.8 0.7

    f    i    t 0.6    a     l    e    R0.5    a    s    s    a 0.4    M

0.3 0.2 0.1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Waktu Tinggal(menit) 500˚C

400˚C

360˚C

330˚C

300˚C

Gambar 4.5 Grafik penurunan massa komponen kulit pisang Gambar 4.5 menunjukkan karakteristik penurunan massa dari komponen kulit pisang. Pada grafik ini terlihat bahwa semakin tinggi temperatur torefaksi semakin rendah pula massa akhir yang dihasilkan. Pada komponen daun massa akhir yang dihasilkan pada temperatur tertinggi berjumlah sebanyak 24% dari massa sebelum dilakukan torefaksi

61

1 0.9 0.8 0.7     f    i    t 0.6    a     l    e    R0.5    a    s    s    a 0.4    M

0.3 0.2 0.1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Waktu Tinggal(menit) 400˚C

360˚C

300˚C

330˚C

500˚C

Gambar 4.6 Grafik penurunan massa komponen kulit jeruk Gambar 4.6 menunjukkan karakteristik penurunan massa dari komponen kulit jeruk. Pada grafik ini terlihat bahwa semakin tinggi temperatur torefaksi semakin rendah pula massa akhir yang dihasilkan. Pada komponen daun massa akhir yang dihasilkan pada temperatur tertinggi berjumlah sebanyak 26 % dari massa sebelum dilakukan torefaksi

62

1 0.9 0.8 0.7

    f    i    t    a 0.6     l    e    R0.5    a    s    s    a 0.4    M

0.3 0.2 0.1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Waktu Tinggal(menit) 500˚C

400˚C

360˚C

330˚C

300˚C

Gambar 4.7 Grafik penurunan massa komponen nasi Gambar 4.7 menunjukkan karakteristik penurunan massa dari komponen nasi. Pada grafik ini terlihat bahwa semakin tinggi temperatur torefaksi semakin rendah pula massa akhir yang dihasilkan. Pada komponen daun massa akhir yang dihasilkan pada temperatur tertinggi berjumlah sebanyak 10 % dari massa sebelum dilakukan torefaksi

4.3

Pengujian Nilai Kalor Produk Torefaksi Komponen Penyusun Sampah Kota

Pengujian nilai kalor produk torefaksi komponen penyusun sampah kota merupakan pengujian inti dari penelitian ini. Hasil dari pengujian ini akan digunakan sebagai dasar perumusan proses torefaksi campuran sampah kota.  Namun, sebelum pengujian nilai kalor dilakukan, eksperimen torefaksi komponen  penyusun sampah kota perlu dilakukan untuk meghasilkan sampel pengujian nilai kalor produk torefaksi komponen penyusun sampah kota Eksperimen proses torefaksi komponen penyusun sampah kota dilakukan di Laboratorium Metodologi Perancangan dan Pengendalian Proses, Program studi

63

Teknik Kimia ITB. Eksperimen ini menggunakan turbular furnace dengan nitrogen sebagai purge gas yang membuat ruangan di dalam tabung proses inert. Eksperimen ini menggunakan sampel yang sudah disiapkan sebelumnya. Tiap komponen penyusun sampah kota akan diproses pada lima temperatur operasi torefaksi, yaitu 300°C, 330°C, 360°C, 400°C, 500°C. Produk dari eksperimen ini akan berupa 25 produk torefaksi tiap komponen sampah kota pada tiap temperatur uji. Sebelum memulai eksperimen, aliran nitrogen harus dipastikan lancar agar dapat membuang udara yang terdapat pada  process tube  sehingga kondisi inert yang diharapkan dapat dicapai. Setelah memastikan aliran nitrogen pada  process tube tidak terhambat, reaktor torefaksi dipanaskan sampai temperatur operasi yang diinginkan dan setelah itu sampel diletakkan pada tabung proses selama 45 menit. Setelah 45 menit, sampel dikeluarkan dari process tube dan didinginkan. Produk dari eksperimen proses torefaksi tiap komponen penyusun sampah kota seluruhnya berwarna hitam. Selain itu, produk hasil torefaksi lebih rapuh jika dibandingkan dengan yang belum melewati proses torefaksi. Gambar 4.8 menunjukkan produk hasil eksperimen proses torefaksi tiap komponen penyusun sampah kota.

Gambar 4.8 Produk torefaksi komponen penyusun sampah kota (dari kiri ke kanan: daun, ranting, kulit pisang, kulit jeruk, nasi) Dalam eksperimen ini, terdapat beberapa masalah yang dihadapi. Pembentukan abu pada produk hasil torefaksi menjadi masalah yang sering muncul. Hal ini dapat terjadi karena ruangan di dalam tabung proses tidak

64

sepenuhnya inert pada saat proses torefaksi berlangsung. Selain itu, tar yang terbentuk dari proses torefaksi menimbulkan bau yang tidak sedap sehingga sempat dilakukan modifikasi pada selang pembuangan gas agar tar yang tercipta dapat keluar ruangan dengan baik dan tidak menimbulkan bau yang tidak sedap. Setelah proses torefaksi setiap komponen penyusun sampah kota telah selesai dilakukan, produk hasil torefaksi tersebut diserahkan kepada tekMIRA untuk kemudian diuji nilai kalor. Hasil yang didapat dari pengujian nilai kalor oleh tekMIRA berupa data nilai kalor produk torefaksi dari tiap komponen  penyusun sampah kota pada tiap temperatur uji. Data tersebut diolah menjadi grafik nilai kalor per komponen penyusun sampah kota. Pengolahan data nilai kalor tersebut bertujuan untuk melihat pengaruh temperatur torefaksi terhadap nilai kalor pada tiap komponen penyusun sampah kota. 5000     ) 4000    g     k     /     l    a     k 3000     k     (    r    o     l    a 2000    K    i    a     l    i    N

1000 0 Produk Torefaksi Daun

T300

T330

T360

T400

T500

Gambar 4.9 Nilai kalor produk torefaksi daun Gambar 4.9 di atas menunjukkan diagram batang dari data nilai kalor  produk torefaksi komponen daun pada setiap temperatur operasi proses torefaksi.  Nilai kalor produk torefaksi komponen daun berkisar antara 4600  –  5000 kkal/kg.  Nilai kalor tertinggi dihasilkan pada temperatur 330°C kemudian terus menurun sampai pada temperatur 500°C.

65

6000     ) 5000    g     k     /     l    a     k 4000     k     (    r    o 3000     l    a    K    i    a 2000     l    i    N

1000 0

Produk Torefaksi Ranting

T300

T330

T360

T400

T500

Gambar 4.10 Nilai kalor produk torefaksi ranting Gambar 4.10 di atas menunjukkan diagram batang dari data nilai kalor  produk torefaksi komponen ranting pada setiap temperatur operasi proses torefaksi. Nilai kalor produk torefaksi komponen ranting berkisar antara 5000  –  6100 kkal/kg. Nilai kalor produk torefaksi ranting akan cenderung naik seiring kenaikan temperatur operasi torefaksi. Nilai kalor tertinggi tercapai pada temperatur 500°C kemudian diikuti temperatur 400°C, 360°C, 300°C, dan 330°C. 6000 5000

    )    g     k     /     l 4000    a     k     k     (    r 3000    o     l    a     k    i 2000    a     l    i    N

1000 0

Produk Torefaksi Kulit Pisang

T300

T330

T360

T400

T500

Gambar 4.11 Nilai kalor produk torefaksi kulit pisang Gambar 4.11 di atas menunjukkan diagram batang dari data nilai kalor  produk torefaksi komponen ranting pada setiap temperatur operasi proses 66

torefaksi. Nilai kalor produk torefaksi komponen kulit pisang berkisar antara 4000  –   5500 kkal/kg. Nilai kalor produk torefaksi ranting akan cenderung naik seiring kenaikan temperatur operasi torefaksi, namun turun pada temperatur 500°C. Nilai kalor tertinggi tercapai pada temperatur 400°C kemudian diikuti temperatur 360°C, 330°C, 500°C, 300°C. 7000 6000     )    g     k 5000     /     l    a     k     k     ( 4000    r    o     l    a 3000    K    i    a     l    i 2000    N

1000 0

Produk Torefaksi Kulit Jeruk

T300

T330

T360

T400

T500

Gambar 4.12 Nilai kalor produk torefaksi kulit jeruk

Gambar 4.12 di atas menunjukkan diagram batang dari data nilai kalor  produk torefaksi komponen kulit jeruk pada setiap temperatur operasi proses torefaksi. Nilai kalor produk torefaksi komponen kulit jeruk berkisar antara 6000  –   6200 kkal/kg. Nilai kalor produk torefaksi kulit jeruk cenderung stagnan dari temperatur 300°C sampai 500°C. Nilai kalor produk torefaksi jeruk mengalami kenaikan sampai pada temperatur 360°C, kemudian turun sampai temperatur 500°C. Nilai kalor tertinggi dicapai pada temperatur 360°C, kemudian 330°C, 400°C, 300°C, dan 500°C.

67

8000 7000

    )    g     k 6000     /     l    a     k 5000     k     (    r 4000    o     l    a    K 3000    i    a     l    i 2000    N

1000 0

Produk Torefaksi Nasi

300

330

360

400

500

Gambar 4.13 Nilai kalor produk torefaksi nasi Gambar 4.13 di atas menunjukkan diagram batang dari data nilai kalor  produk torefaksi komponen kulit jeruk pada setiap temperatur operasi proses torefaksi. Nilai kalor produk torefaksi komponen nasi berkisar antara 4400 –   6500 kkal/kg. Nilai kalor produk torefaksi komponen nasi cenderung meningkat seiring meningkatnya temperatur torefaksi. Nilai kalor produk torefaksi nasi hanya menurun pada temperatur 330°C. Nilai kalor produk torefkasi nasi mencapai nilai maksimal pada temperatur 500°C kemudian diikuti pada temperatur 400°C, 300°C, 360°C, dan 330°C. Rangkuman karakteristik umum produk torefaksi komponen sampah kota disajikan pada Tabel 4.4. Tabel 4.4 Karakteristik torefaksi tiap komponen sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin Komponen Sampah Kota

 Nilai Kalor Maksimal Temperatur  Nilai Kalor Torefaksi

Daun

330˚C

4991 kkal/kg

Ranting Kulit Pisang Kulit Jeruk  Nasi

500˚C 400˚C 360˚C 500˚C

6122 kkal/kg 5473 kkal/kg 6300 kkal/kg 7173 kkal/kg

68

Keterangan Khusus  Nilai kalor  produk torefaksi daun cenderung menurun -

4.4

Analisis Hasil Pengujian Komponen Penyusun Sampah Kota

Setelah mendapatkan data hasil pengujian –  pengujian yang telah dilakukan, hasil pengujian tersebut harus dianalisis lebih lanjut. Pada subbab ini akan dibahas mengenai analisis dari hasil pengujian karakteristik penurunan massa dan  pengujian nilai kalor tiap komponen penyusun sampah kota.

4.4.1 Analisis Hasil Pengujian Karakteristik Penurunan Massa

Secara umum hasil yang didapat dari pengujian karakteristik penurunan massa tiap komponen sampah kota sudah sesuai dengan hipotesis awal, yaitu massa yang tersisa akan semakin sedikit seiring naiknya temperatur torefaksi. Semakin sedikitnya massa yang tersisa mengindikasikan bahwa semakin tinggi temperatur torefaksi menyebabkan semakin banyaknya kandungan lignoselulosa  pada komponen penyusun sampah yang terdekomposisi. Mayoritas kurva penurunan massa dari setiap komponen penyusun sampah kota tidak menunjukkan garis asimtotik sampai pada 45 menit waktu tinggal  proses. Hal ini mengindikasikan bahwa proses dekomposisi kandungan organik  pada komponen penyusun sampah kota belum selesai. Hanya komponen nasi yang sudah selesai berdekomposisi pada temperatur 500°C. Hal ini ditunjukan oleh kurva penurunan massa komponen nasi pada temperatur 500°C yang mencapai garis asimtotik pada 45 menit. Semua kurva karakteristik penurunan massa yang diperoleh dari pengujian  penurunan massa menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur operasi, derajat dekomposisi komponen lignoselulosa akan semakin besar. Hal ini ditunjukan oleh  belokan menuju garis asimtotik pada grafik karakteristik penurunan masa. Semakin tinggi temperatur torefaksi maka komponen sampah kota akan semakin reaktif untuk berdekomposisi. Penurunan massa dari temperatur 400°C ke 500°C lebih kecil dibandingkan  penurunan massa dari temperatur 300°C ke 400°C. Hal ini disebabkan karena  pada temperatur 400°C sampai 500°C hanya lignin yang terdekomposisi pada komponen yang mengandung lignoselulosa, sedangkan hemiselulosa dan selulosa

69

telah selesai terdekomposisi pada temperatur 400°C. . Untuk lebih jelasnya tertera  pada gambar 4.14.

Gambar 4.14 Fraksi Massa sisa komponen a)kulit pisang dan b)daun Gambar 4.14 menunjukkan fraksi massa sisa pada temperatur 300°C, 400°C , dan 500°C dari dua komponen penyusun sampah kota, yaitu kulit pisang dan daun. Kulit pisang merupakan komponen sampah kota yang penurunan massanya pada temperatur 400°C ke 500°C paling banyak, sementara daun yang  penurunannya paling sedikit. Walaupun penurunan massa kulit pisang paling  banyak, penurunan massa dari temperatur 400°C ke 500°C masih lebih kecil dibandingkan dari temperatur 300°C ke 400°C.

4.4.2 Analisis Hasil Pengujian Nilai Kalor

Hasil pengujian nilai kalor komponen penyusun sampah kota menunjukkan hasil yang beragam. Meningkatnya temperatur proses torefaksi memperbanyak komponen organik yang terdekomposisi dan juga meningkatkan kecepatan dekomposisi

pada

sampah

kota.

Banyaknya

komponen

organik

yang

terdekomposisi membuat ikatan kimia pada komponen organik sampah kota menjadi ikatan sederhana dan dapat meningkatkan nilai kalor dari sampah kota. Oleh karena itu, nilai kalor sampah kota seharusnya terus bertambah seiring meningkatnya temperatur torefaksi. Namun, komponen daun tidak menunjukan hal tersebut. Nilai kalor komponen daun menurun dari temperatur 330 ˚C sampai 500˚C.

70

Menurunnya nilai kalor daun seiring meningkatnya temperatur torefaksi mengindikasikan terpisahnya komponen yang memiliki energi densitas tinggi dari  produk padatan torefaksi. Fenomena ini kemungkinan disebabkan oleh terjadinya  pembakaran terbatas pada sampel torefaksi. Pembakaran terbatas pada daun dapat terjadi akibat adanya kandungan oksigen pada daun. Kehadiran oksigen menyebabkan terbentuknya ruang  –  ruang tidak inert sehingga reaksi pembakaran terjadi pada ruang  –   ruang tersebut. Potensi terjadinya pembakaran meningkat seiring naiknya temperatur torefaksi sehingga nilai kalor daun akan terus turun seiring naiknya temperatur torefaksi. Seperti yang telah dibahas pada Bab 2, komponen bahan bakar padat yang dapat terbakar adalah  fixed carbon dan volatile matter. Dalam kasus penurunan nilai kalor produk torefaksi daun, volatile matter akan terbakar lebih dahulu. Terbakarnya volatile matter akan memicu peningkatan temperatur sampai temperatur pembakaran  fixed carbon sehingga reaksi pembakaran  fixed carbon terjadi. Terbakarnya fixed carbon inilah yang disinyalir menyebabkan penurunan nilai kalor produk torefaksi daun karena  fixed carbon merupakan komponen dengan nilai kalor yang tinggi. . Kandungan fixed carbon yang terbakar dapat diketahui dengan uji analisis  proksimat. Namun, karena keterbatasan pada penelitian ini uji analisis proksimat tidak bisa dilakukan. Oleh karena itu, prediksi jumlah  fixed carbon yang terbakar  perlu dilakukan. Untuk memprediksi berapa jumlah  fixed carbon yang terbakar, digunakan persamaan empiris seperti di bawah ini [21].

        Keterangan : HHV (MJ/kg)

:Nilai kalor

VM

: %db volatile matter

FC

; %db fixed carbon

71

(4.1)

Persamaan 4.1 merupakan persamaan empiris yang bertujuan untuk memprediksi nilai kalor biomassa. Persaman ini menggunakan metode korelasi dan telah diuji pada 44 macam jenis biomassa dengan eror maksimal sekitar 5%. Pada analisis penurunan nilai kalor produk torefaksi daun, persaman 4.1 digunakan untuk memprediksi banyaknya  fixed carbon yang hilang sehingga menurunkan nilai kalor daun dari temperatur 330˚C sampai 500˚C. Dengan mengetahui penurunan nilai kalor dari produk torefaksi temperatur 330 ˚C sampai 500˚C, banyaknya fixed carbon yang hilang akan dapat diprediksi. Penurunan nilai kalor daun dari temperatur 330˚C sampai 500˚C adalah sebesar

356

kkal/kg.

Berdasarkan

persamaan

4.1,

1%db  fixed

carbon

menyumbang 60.25 kkal/kg. Setelah perhitungan, penurunan nilai kalor produk torefaksi daun dari temperatur 330˚C sampai 500˚C dikarenakan hilangnya 5.9%db fixed carbon.

72

Bab 5 Pemodelan Torefaksi Campuran Sampah Kota Pada Daerah Dekomposisi Selulosa dan Lignin

Bab ini berisikan tentang perumusan torefaksi campuran sampah kota. Hasil  pengujian pada bab 4 dijadikan dasar untuk memprediksi proses torefaksi campuran sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin. Pembahasan  bab ini diawali degan pembuatan model campuran sampah kota Bandung,  penentuan temperatur optimum serta nilai kalor maksimal yang dapat dihasilkan  produk torefaksi campuran sampah kota. Bab ini akan ditutup dengan pembahasan  perbandingan produk torefaksi pada penelitian ini dengan batubara dan produk torefaksi pada penelitian sebelumnya.

5.1

Pembuatan Model Campuran Sampah Kota

Seperti yang telah diungkapkan pada Bab 2, sampah kota merupakan komponen yang heterogen. Sampah kota terdiri da ri berbagai komponen penyusun. Oleh karena itu, pembuatan model campuran sampah kota dibutuhkan supaya hasil dari pengujian ini dapat digunakan untuk merepresentasikan sampah kota di Kota Bandung. Pembuatan model campuran sampah kota Bandung diawali dengan  pengumpulan data mengenai sumber  –   sumber dari timbulan sampah yang ada di Kota Bandung. Data ini kemudian diolah untuk kemudian didapatkan fraksi komponen penyusun sampah kota pada model campuran sampah kota. Gambar 5.1 menjelaskan alur pengerjaan dari pembuatan model campuran sampah kota.

73

Gambar 5.1 Alur pengerjaan pembuatan model sampah kota Bandung Pembuatan model campuran sampah kota Bandung diawali dengan  pengumpulan data mengenai sumber dari timbulan sampah kota bandung. Data sumber timbulan sampah Kota Bandung didapat dari Badan Pusat Statistik Kota Bandung. Tabel 5.1 menjelaskan sumber timbulan sampah di Kota Bandung pada tahun 2015. Tabel 5.1 Sumber timbulan sampah Kota Bandung [15] Sumber Timbulan Sampah

Pemukiman Pasar Kawasan Industri Jalan Daerah Komersil Institusi Total

Produksi Sampah (ton) 1.048,96 300,32 95,84 88,32 44,96 21,6 1600

Persentase Massa (%) 65.56 18.77 5.99 5.52 2.81 1.35 100

Data timbulan sampah Kota Bandung 2015 menunjukkan bahwa daerah  pemukiman merupakan penyumbang sampah paling besar di Kota Bandung. Sampah daerah pemukiman menyumbang sekitar 65% dari keseluruhan sampah yang ada di Kota Bandung. Dalam menentukan sumber mana yang yang akan dimodelkan untuk menjadi model campuran sampah kota Bandung, dipilih tiga sumber yang menyumbang sampah paling banyak di Kota Bandung. Daerah pemukiman, pasar, dan kawasan industri merupakan tiga sumber yang menghasilkan sampah paling besar di Kota Bandung. Namun, seperti yang

74

telah dijelaskan pada Bab 3, sampah yang digunakan pada penelitian kali ini hanya sampah organik. Hal ini membuat kawasan industri tidak menjadi pilihan karena sampah yang dihasilkan dari kawasan industri mayoritas merupakan sampah anorganik. Oleh karena itu, jalan dipilih menjadi pengganti kawasan industri sebagai sumber sampah yang akan dimodelkan karena mayoritas sampah  jalan adalah sampah organik. Sumber sampah yang akan diolah lebih lanjut adalah daerah pemukiman, pasar, dan jalan. Ketiga sumber sampah ini menyumbang sekitar 80% dari total sampah di Kota Bandung sehingga pemodelan dari ketiga sumber sampah ini disimpulkan dapat mewakili komposisi sampah di Kota Bandung. Jumlah sampah yang dihasilkan dari ketiga sumber yang dipilih masih merupakan campuran antara sampah organik dan anorganik. Oleh karena itu,  perhitungan fraksi massa organik pada tiap sumber sampah perlu dilakukan untuk memodelkan campuran sampah kota Bandung. Tabel 5.2 menjelaskan tentang fraksi massa organik dari tiap sumber sampah yang sebelumnya telah dipilih. Tabel 5.2 Persentase Massa Komponen Organik Sumber Timbulan Sampah Pemukiman Pasar Jalan

Persentase Massa Komponen Organik (%) 68,3 [22] 89,1 [23] 80

Persentase Massa Total Komponen Organik (%) 44,8 16,7 4.4

Data presentase massa sampah organik pada sampah daerah pemukiman dan  pasar diperoleh dari referensi, sedangkan persentase massa sampah organik pada sampah jalan diperoleh dari pengamatan. Fraksi organik dari sampah kota ini akan dibagi menjadi dua bagian besar, yaitu sampah makanan dan sampah pepohonan guna memudahkan pembagian fraksi massa komponen penyusun sampah kota  pada model sampah kota campuran. Sampah makanan yaitu nasi, kulit jeruk, dan kulit pisang. Sampah pepohonan yaitu daun dan ranting. Tabel 5.3 merupakan  persentase massa dari sampah makanan dan sampah pepohonan pada komponen organik sampah kota Bandung yang diperoleh dari hasil pengamatan, sedangkan

75

Tabel 5.4 meupakan persentase massa dari sampah makanan dan sampah  pepohonan pada model campuran sampah kota Bandung yang dibuat. Tabel 5.3 Persentase massa sampah makanan dan pepohonan pada tiap sumber sampah Sumber Timbulan Sampah

Persentase Massa Sampah Makanan (%)

Persentase Massa Sampah Pepohonan (%)

Persentase Total Massa Sampah Makanan (%)

Persentase Total Massa Sampah Pepohonan (%)

60 40 20

40 60 80

26.9 6.7 0.9 34.5

17.9 10.0 3.5 31.5

Pemukiman Pasar Jalan Total

Tabel 5.4 Persentase massa jenis sampah makanan dan sampah pepohonan pada model campuran sampah kota

Jenis Sampah

Persentase Massa pada Model (%)

Sampah Makanan Sampah Pepohonan

52 48

Penentuan persentae massa sampah makanan dan sampah pepohonan dilakukan dengan metode pengamatan dengan pengumpulan informasi. Penentuan fraksi massa sampah makanan dan sampah pepohonan pada tiap sumber adalah sebagai berikut: 

Pemukiman : Sampah yang berasal dari daerah pemukiman didominasi oleh sampah sisa makanan, seperti nasi, kulit buah, dan  juga sayuran. Pada penelitian ini daun mewakili sampah sayuran sehingga perbedaan fraksi massa antara sampah makanan dan sampah pepohonan tidak terlalu signifikan.



Pasar : Sampah yang berasal dari pasar didominasi oleh kulit buah dan juga sayuran sehingga pada sampah yang berasal dari pasar,  jenis sampah pepohonan sedikit lebih dominan ketimbang sampah makanan.

76



Jalan : Sampah yang berasal dari jalan sangat didominasi oleh sampah pepohonan yang berjatuhan dijalanan sehingga sampah yang  bersumber dari jalan didominasi oleh sampah pepohonan.

Setelah menjumlahkan fraksi total dari tiap jenis sampah yang berasal dari tiap sumber, didapatkan persentase massa dari tiap jenis pada model sampah kota Bandung. Sampah makanan menyumbang 52% massa dari total massa model campuran sampah kota, sedangkan sisanya disumbang oleh sampah pepohonan. Persentase massa dari setiap jenis masih harus dibagi menjadi beberapa komponen  penyusun jenis sampah tersebut. Penentuan persentase massa dari komponen penyusun sampah kota pada model campuran sampah kota Bandung dilakukan dengan menghitung potensi sampah dari tiap komponen penyusun sampah makanan, dan metode pengamatan  pada komponen penyusun sampah pepohonan. Tabel 5.5 dan 5.6 menjelaskan tentang pembagian persentase massa dari komponen penyusun sampah makanan dan sampah pepohonan secara berturut-turut. Tabel 5.5 Potensi produksi sampah makanan Komponen Penyusun

Potensi Sampah (Kg/orang/tahun)

 Nasi Kulit Pisang Kulit Jeruk

1.03 [24] 1.99 1.65

Persentase Massa pada Sampah Makanan (%) 22 43 35

Tabel 5.6 Komposisi sampah pepohonan pada tiap sumber sampah Sumber Sampah Pemukiman Pasar Jalan

Persentase Massa Komponen Daun (%) 70 90 50

Persentase Massa Komponen Ranting (%) 30 10 50

Penentuan persentase massa dari komponen penyusun sampah makanan  pada model campuran sampah Kota Bandung ditentukan melalui data potensi

77

 pembentukan sampah yang telah dibahas pada Bab 3. Nasi menyumbang 22%, kulit pisang menyumbang 43%, dan kulit jeruk menyumbang 35% dalam jenis sampah makanan model campuran sampah kota Bandung. Penentuan persentase massa dari komponen penyusun sampah pepohonan ditentukan melalui metode pengamatan. Komposisi komponen daun dan ranting akan berbeda di setiap sumber sampah. Oleh karena itu, penentuan komposisi sampah pepohonan dibedakan pada setiap sumber. Di daerah pemukiman dan  pasar didominasi oleh daun karena daun mewakili sampah sayuran, sedangkan komposisi daun dan ranting pada sampah jalan diasumsikan seimbang. Setelah menentukan persentase massa dari setiap komponen penyusun sampah kota, didapatkanlah komposisi model campuran sampah Kota Bandung. Tabel 5.7 menunjukkan komposisi model campuran sampah kota Bandung. Tabel 5.7 Komposisi komponen penyusun model campuran sampah kota Persentase Massa (%) 35 12 22 19 12

Komponen Daun Ranting Kulit Pisang Kulit Jeruk  Nasi

5.2

Prediksi Temperatur Operasi Optimum dan Nilai Kalor Maksimal Produk Torefaksi Campuran Sampah Kota

Setelah menentukan model campuran sampah kota Bandung, temperatur optimum merupakan parameter penting yang harus ditentukan. Temperatur optimum adalah temperatur yang dapat menghasilkan nilai kalor campuran yang  paling besar. Temperatur optimum harus terlebih dahulu ditentukan karena setiap komponen

penyusun

sampah

kota

mempunyai

temperatur

yang

dapat

menghasilkan nilai kalor maksimal yang berbeda-beda Tabel 5.8 menyajikan temperatur yang dapat menghasilkan nilai kalor maksimal dari tiap komponen sampah kota.

78

Tabel 5.8 Nilai kalor maksimal tiap komponen penyusun sampah kota Temperatur (˚C) 330 500 400 360 500

Komponen Daun Ranting Kulit Pisang Kulit Jeruk  Nasi

 Nilai Kalor Maksimal adb(kkal/kg) 4991 6122 5437 6300 7173

 Nilai kalor merupakan parameter yang sangat penting pada suatu bahan  bakar. Oleh karena itu, penentuan temperatur torefaksi campuran sampah kota sangat dibutuhkan untuk mendapatkan nilai kalor maksimal yang dapat dihasilkan oleh campuran sampah kota Bandung. Perumusan temperatur torefaksi campuran sampah kota dilakukan dengan dua cara, yaitu metode analitik terbatas dengan fraksi massa sebagai variabel dependen dan perhitungan nilai kalor campuran sampah kota pada tiap temperatur uji torefaksi. Pendekatan

analitik

adalah

pendefinisian

suatu

fenomena

dengan

menggunakan perhitungan matematika, sedangkan terbatas berarti bila pada  perhitungan terdapat nilai yang tidak diketahui diantara nilai yang diketahui melalui pengujian, nilai tersebut dapat dihitung dengan metode interpolasi linear. Metode pendekatan analitik terbatas didasari oleh temperatur yang dapat menghasilkan nilai kalor terbesar pada setiap komponen penyusun sampah kota. Pada metode analitik terbatas ini fraksi massa tiap komponen penyusun sampah kota dalam model campuran sampah kota Bandung dijadikan variabel untuk menentukan temperatur optimum. Persamaan 5.1 merupakan perumusan matematika untuk menentukan temperatur optimum proses torefaksi campuran sampah kota dengan metode analitik terbatas.

  

     

Keterangan: T(°C) : Temperatur optimum torefaksi campuran sampah kota X1 : Persentase massa komponen daun 79

( 5.1)

X2 : Persentase massa komponen ranting X3 : Persentase massa komponen kulit pisang X4 : Persentase massa komponen kulit jeruk X5 : Persentase massa komponen nasi Setelah perhitungan dilakukan, dengan sebelumnya memasukkan seluruh data yang dibutuhkan, didapat temperatur optimum proses torefaksi campuran sampah kota dengan metode analitik terbatas adalah sebesar 392 ˚C.

Setelah mendapatkan temperatur optimum dengan metode analitik terbatas, nilai kalor dari campuran sampah kota pada temperatur tersebut dapat dihitung. Dikarenakan temperatur 392°C bukan merupakan temperatur uji proses torefaksi komponen penyusun sampah kota, nilai kalor setiap komponen penyusun sampah kota harus dicari dengan menggunakan metode interpolasi linear. Tabel 5.9 menyajikan data nilai kalor tiap komponen sampah kota setelah perhitungan pada temperatur 392°C. Tabel 5.9 Nilai kalor komponen penyusun sampah kota pada temperatur 392 ˚C  Nilai Kalor adb (kkal/kg)

Komponen Daun Ranting Kulit Pisang Kulit Jeruk  Nasi

4783 5885 5428 6172 6896

 Nilai kalor campuran sampah kota pada temperatur 392˚C dapat dihitun dengan menggunakan Persamaan 5.2

  

     

 

(5.2)

Keterangan: HHV (kkal/kg) : Nilai Kalor torefaksi campuran sampah kota pada temperatur 392°C X1 : Persentase massa komponen daun X2 : Persentase massa komponen ranting

80

X3 : Persentase massa komponen kulit pisang X4 : Persentase massa komponen kulit jeruk X5 : Persentase massa komponen nasi Setelah dilakukan perhitungan, nilai kalor campuran sampah kota pada temperatur 392°C adalah sebesar 5575 kkal/kg

Cara kedua dalam menentukan temperatur optimum campuran sampah kota adalah dengan menghitung nilai kalor dari campuran sampah kota pada setiap temperatur uji proses torefaksi komponen penyusun sampah kota. Perhitungan nilai kalor di setiap temperatur uji menggunakan Persamaan 5.4

   

              

Keterangan: HHVT  (kkal/kg) : Nilai Kalor torefaksi campuran sampah kota pada temperatur tertentu HHVT 1 : Nilai kalor komponen daun pada temperatur tertentu HHVT 2 : Nilai kalor komponen ranting pada temperatur tertentu HHVT 3 : Nilai kalor komponen kulit pisang pada temperatur tertentu HHVT 4 : Nilai kalor komponen kulit jeruk pada temperatur tertentu HHVT 5 : Nilai kalor komponen nasi pada temperatur tertentu

Setelah dilakukan perhitungan, didapatlah nilai kalor campuran sampah kota  pada setiap temperatur uji proses torefaksi. Gambar 5.2 menyajikan grafik nilai kalor pada setiap temperatur uji, serta nilai kalor pada temperatur 392˚C, sedangkan Gambar 5.3 menunjukkan tren nilai kalor produk torefaksi campuran sampah kota.

81

Gambar 5.2 Nilai kalor produk torefaksi model campuran sampah kota

6000 5500     ) 5000    g     k 4500     /     l    a     k 4000     k     ( 3500     b     d 3000    a    r    o 2500     l    a    K 2000    i    a 1500     l    i    N1000 500 0 250

300

350

400

450

500

550

Temperatur

Nilai Kalor Campuran

Gambar 5.3 Tren nilai kalor produk model campuran sampah kota Pada gambar 5.2 terlihat nilai kalor produk torefaksi model campuran sampah kota yang sudah dianalisis dengan dua cara yang telah disebutkan sebelumnya. Nilai kalor produk campuran sampah kota terbesar dapat dicapai

82

 pada temperatur 400°C dengan nilai sebesar 5575 kkal/kg. Namun, temperatur optimum torefaksi model campuran sampah kota bukanlah 400°C. Pada gambar 5.3 terlihat kenaikan nilai kalor terbesar terjadi pada temperatur 360°C, sedangkan dari temperatur 360°C sampai

400°C terlihat konstan. Oleh karena itu,

temperatur 360°C dipilih sebagai temperatur optimum torefaksi model campuran sampah kota dengan nilai kalor produk torefaksi model campuran sampah kota sebesar 5545 kkal/kg.

Temperatur optimum proses torefaksi dan nilai kalor campuran produk torefaksi sampah kota telah berhasil ditentukan dengan perumusan. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, dibutuhkan validasi dengan metode eksperimen. Namun, mengingat kebutuhan untuk eksperimen yang cukup besar, validasi dengan eksperimen tidak dapat dilakukan pada penelitian ini.

5.3

Perbandingan Produk Torefaksi Sampah Kota

Pada subbab –   subbab sebelumnya telah dibahas mengenai proses torefaksi campuran sampah kota pada penelitian ini. Temperatur optimum proses torefaksi serta nilai kalor maksimal dari produk torefaksi campuran sampah kota pada temperatur dekomposisi selulosa dan lignin telah berhasil didapatkan. Pada subbab ini akan dibahas mengenai kesetaraan produk torefaksi campuran sampah kota dengan batubara, serta perbandingan produk torefaksi pada penelitian ini dengan penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya.

5.3.1 Perbandingan dengan Batubara

Seperti yang telah dijelaskan pada Bab 2, batubara sampai saat ini masih merupakan bahan bakar padat yang paling sering dimanfaatkan. Oleh karena itu,  produk torefaksi sampah kota pada penelitian ini harus dibandingkan dengan  batubara guna mendapatkan gambaran tentang potensi penggantian batubara dengan produk torefaksi sampah kota. Nilai kalor merupakan aspek yang akan dijadikan pembanding antara produk torefaksi sampah kota dengan batubara. Perbandingan dilakukan dengan kelas batubara seperti yang telah diatur di ASTM.

83

Bila melihat lagi kelas batubara pada Tabel 2.1, terlihat bahwa produk torefaksi model campuran sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin setara dengan batubara subbituminous B karena nilai kalor produk torefaksi model campuran sampah kota terletak diantara batas bawah dan atas batubara kelas subbituminous B, seperti terlihat pada Gambar 5.4.

Gambar 5.4 Perbandingan nilai kalor produk torefaksi sampah kota dengan  batubara

5.3.2 Perbandingan dengan Produk Torefaksi pada Penelitian Sebelumnya

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, penelitian ini bertujuan untuk mengidenitifikasi pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin pada proses torefaksi sampah kota. Untuk lebih melihat pengaruh dekomposisi selulosa dan lignin,  produk torefaksi pada penelitian kali ini dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Proses torefaksi pada penelitian sebelumnya berfokus pada daerah dekomposisi hemiselulosa. Tabel 5.10 menunjukkan nilai kalor produk torefaksi sampah kota pada penelitian sebelumnya.

84

Tabel 5.10 Nilai kalor produk torefaksi campuran sampah kota pada penelitian sebelumnya [2]  Nilai Kalor (kkal/kg) 5831 5741 5674 5743

Model Campuran Sampah Kota Kawasan Umum Pasar Pemukiman Rata-rata

Tabel 5.10 menyajikan nilai kalor produk torefaksi sampah kota pada tiap model campuran sampah kota. Pada penelitian sebelumnya, digunakan tiga model campuran sampah kota. Model tersebut berasal dari sumber  –   sumber sampah, seperti pemukiman, pasar, dan kawasan umum. Sumber kawasan umum didominasi oleh sampah pepohonan.  Nilai kalor produk torefaksi yang akan dibandingkan adalah nilai kalor rata  –   rata dari ketiga jenis model campuran sampah kota dengan nilai kalor produk sampah kota pada penelitian kali ini. Perbandingan tersebut dapat dilakukan karena model campuran sampah yang digunakan pada penelitian kali ini merupakan gabungan dari model –  model campuran sampah kota sebelumnya.  Nilai kalor rata  –   rata pada produk torefaksi campuran sampah kota pada  produk sebelumnya adalah 5743 kkal/kg sedangkan nilai kalor produk torefaksi campuran sampah kota pada penelitian ini adalah 5545 kkal/kg. Terjadi penurunan nilai kalor pada penelitian ini dibandingkan yang sebelumnya, walaupun senyawa organik yang terdekomposisi pada proses torefaksi pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin lebih banyak. Penurunan nilai kalor yang terjadi disebabkan oleh turunnya nilai kalor  produk torefaksi komponen daun seiring naiknya temperatur torefaksi. Daun merupakan komponen yang dominan pada model campuran sampah kota Bandung sehingga turunnya nilai kalor produk torefaksi komponen daun berdampak cukup  besar pada nilai kalor produk torefaksi model campuran sampah kota Bandung.

85

Bab 6 Kesimpulan dan Saran

6.1

Kesimpulan

1. Dekomposisi selulosa dan lignin pada proses torefaksi sampah kota di satu sisi dapat meningkatkan nilai kalor produk torefaksi sampah kota.  Namun,

di

sisi

lainnya

torefaksi

pada

daerah

tersebut

dapat

meningkatkan potensi terjadinya reaksi pembakaran terbatas. Reaksi tersebut dapat menurunkan nilai kalor produk torefaksi sampah kota.

2. Temperatur optimum proses torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin adalah sebesar 360˚C, dengan nilai kalor (HHV) sebesar 5545 kkal/kg. Produk torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin setara dengan batubara subbituminus B dengan nilai kalor (HHV) setara 5279-5828 kkal/kg. Uraian ini telah dibahas pada Bab 5. 3.  Nilai kalor produk torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi selulosa dan lignin lebih rendah bila dibandingkan dengan produk torefaksi sampah kota pada daerah dekomposisi hemiselulosa, yang dapat menghasilkan nilai kalor produk torefaksi sampah kota sebesar 5743 kkal/kg. Uraian ini telah dibahas pada Bab 5. 4. Penurunan nilai kalor produk torefaksi sampah kota disebabkan oleh turunnya

nilai

kalor

produk

torefaksi

komponen

daun

seiring

meningkatnya temperatur torefaksi. Penurunan nilai kalor produk torefaksi komponen daun ini diduga disebabkan oleh fenomena  pembakaran terbatas selama proses torefaksi. Diprediksi 5.9%db fixed carbon terbakar pada produk torefaksi daun pada temperatur 500˚C. Uraian ini telah dibahas pada Bab 4.

86

6.2

Saran

1. Perlu dilakukan uji analisis proksimat pada produk torefaksi untuk dapat meninjau

fenomena

pembakaran

terbatas

pada

proses

torefaksi

sebagaimana dijelaskan pada Bab 4 akhir. 2. Perlu dilakukan validasi terhadap perumusan torefaksi campuran dengan metode eksperimen sebagaimana dijelaskan pada Bab 5 akhir.

87

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ari Darmawan Pasek, Toto Hardianto, Willy Adriansyah, dkk., 2007,  Laporan Akhir Studi Kelayakan Pembangkit Listrik Dengan Bahan  Bakar Sampah Di Kota Bandung, LPPM ITB, Bandung. [2] Badan Pusat Statistik Provinsi DKI Jakarta,  Jakarta Dalam Angka 2014, Badan Pusat Statistik, Jakarta, 2014. [3] Badan Pusat Statistik Kota Surabaya, Surabaya Dalam Angka 2015, Badan Pusat Statistik, Surabaya, 2015. [4] Badan Pusat Statistik Kota Bandung,  Kota Bandung Dalam Angka 2015, Badan Pusat Statistik, Bandung, 2015 [5] Andarini,  Kajian Komposisi dan Karakteristik Sampah Kota Bogor, Tugas Sarjana, Teknik Lingkungan FTSL ITB, Bandung, 2012. [6] Badan Pusat Statistik Kota Semarang,  Kota Semarang Dalam Angka 2014, Badan Pusat Statistik, Semarang, 2014 [7] Adrian Rizqi Irhamna, Pengembangan Metode Pembuatan Bahan Bakar  Padat Setara Batubara Dari Sampah Kota Melalui Proses Torefaksi  Batch Simultan, Tugas Sarjana, Teknik Mesin FTMD ITB, Bandung, 2013. [8] Gary L Borman, Kenneth W. Ragland, 1998, Combustion Engineering, Mc-Graw-Hill, Amerika Serikat. [9] Bruce G Miller, 2005, Coal energy Systeem, Elsevier Academic Press, Britania Raya. [10] Enri Damanhuri, 2010, Diktat Kuliah TL-3104 Pengelolaan Sampah, ITB, Bandung. [11] Prabir Basu, 2013,  Biomass Gasification, Pyrolisis, And, Torrefaction, Elsevier, Amerika Serikat.

88

[12] P.F.H. Harmsen, W.J.J Huijgen, L.M. Bermudez Lopez, R.R.C. Bakker, 2010,  Literature Review Of Physical And Chemical Pretreatment  Processes For Lignocellulosic Biomass, BioSynergy, Eropa. [13] Dilya Izhharul Haq, Studi Karakteristik Perlakuan Panas Pada Nasi (Amilum) Sebagai Komponen Sampah Kota Dalam Rangka Konversinya  Menjadi Bahan Bakar Padat Melalui Torefaksi, Tugas Sarjana, Teknik Mesin FTMD ITB, Bandung, 2013 [14] J.S. Tumuluru, S. Sokhansanj, C.T. Wright, and R.D. Boardman,  Biomass Torrefaction Process Review and Moving Bed Torrefaction System Model Development, Research report for the U.S. Department of Energy at INL and ORNL, 2010. [15] K.W Ragland, K.M Bryden, Combustion Engineering 2 nd  Edition, CRC Press, New York, 2011. [16] Haryadi, Aryadi Suwono, Toto Hardianto dan A. Pasek,  Peningkatan  Nilai Kalor Gambut sebagai Bahan Bakar Padat Melalui Proses Torefaksi, Prosiding Dies Emas ITB, Bandung, 2009. [17] Wei-Hsin Chen, Po-Chih Kuo,  A Study On Torrefaction of Various  Biomass Materials and Its Impact on Lignocellulosic Structure Simulated by A Thermogravimetry, Energy 35 (2010) 2580-2586, 2010. [18] Francois-Xavier Collard, Joel Blin,  A Review on Pyrolisis of Biomass Constituents: Mechanisms and Composition of the Products Obtained  From the Conversion of Cellulose, Hemicelluloces and Lignin, Renewable and Sustainable Energy Reviews 38 (2014) 594-608, 2014. [19] Jeeban Poudel, Tae-In Ohm, Sea Cheon Oh,  A Study on Torrefaction of  Food Waste, Fuel 140 (2015) 275-281, 2015. [20] Basis Data Konsumsi Pangan menurut Susenas, Kementerian Pertanian, (Online), (https://aplikasi2.pertanian.go.id/konsumsi/tampil_susenas_kom2_th.php ) diakses pada tanggal 18 Juli 2015. [21] Chun-Yang Yin,  Prediction of Higher Heating Values of Biomass from  Proximate and Ultimate Analyses, Fuel 90 (2011) 1128-1132, 2011.

89

[22] Aditya Kaunan Ribath Fathoni,  Perencanaan Tipikal Rumah Kompos Untuk Pengolahan Sampah Pasar Tradisional (Studi Kasus di Kota Surabaya), Tugas Akhir, Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan ITS, Surabaya, 2011. [23] T. A. Ramadhani,  Analisis Timbulan dan Komposisi Sampah Rumah Tangga di Kelurahan Mekarjaya (Depok) Dihubungkan dengan Tingkat  Pendapatan, Pendidikan, Pengetahuan, Sikap, dan Perilaku Masyarakat , Universitas Indonesia, Depok, 2011. [24] Dini Anriany, Drajat Martianto,  Estimasi Sisa Nasi Konsumen di  Beberapa Jenis Rumah Makan di Kota Bogor, Bogor 16680 Jurnal Gizi dan Pangan, 2013

90