PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2004 ISSN : 1411 - 4216
ARANG BRIKET BIOMASA DARI SAMPAH KOTA SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF Dwi Suheryanto dan Tri Haryanto Peneliti pada Balai Besar Kerajinan dan Batik Badan Penelitian dan Pengembangan Industri dan Perdagangan Departemen Perindustrian dan Perdagangan Jl. Kusumanegara No 7 Yogyakarta – 55166, Telp. (0274) 546111, 546222, 546333 Fax (0274) 543582
Abstrak Arang briket biomasa diperoleh dengan membakar biomasa kering kedalam suatu bejana bermulut sempit. Bejana itu berupa drum (berupa drum bekas minyak tanah) dengan tinggi 85 cm, diameter55 cm dengan tutup atasnya terdapat lubang kecil dengan diameter 25 cm. Biomasa kering dapat diperoleh dari sampah kota , dimana komposisi terbesar mengandung 41 – 61 %. biomasa. Biomasa dari sampah kota dapat dimanfaatkan menjadi bahan bakar arang briket yang merupakan salah satu sumber energi alternatif. Arang briket biomasa dapat diperoleh melalui proses pengarangan, pengarangan terjadi bila suatu benda yang dipanasi didalam suatu ruangan mencapai titik bakarnya sehingga benda terlihat membara, kemudian suply oksigen dibatasi agar benda tidak terbakar menjadi abu. Dari hasil uji-coba pembuatan arang briket dari berat kering sampah biomasa 25 kg akan diperoleh bubuk arang biomasa basah rata-rata 10,386 kg (41,54 %), setelah dikeringkan akan diperoleh 7,141 kg (28,56 %) dengan kandungan kadar air 31,25 %. Bubuk arang kering dicetak dengan bahan perekat menjadi arang briket biomasa, nilai kalori yang dihasilkan rata-rata 6946,32 kal/g dengan daya bakar atau pemanas rata-rata 10,456 lt/kg. Kata kunci: arang briket; biomasa; bahan bakar, pengarangan, sampah kota. Pendahuluan Sampah kota termasuk salah satu jenis sampah yang digolongkan menurut lokasinya. Sebagian terbesar sampah kota terdiri atas bahan-bahan biomasa, biomasa dari sampah kota antara lain dapat dimanfaatkan untuk pembuatan arang briket yang selanjutnya dapat dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi alternatif. Sampah pada dasarnya dapat digolongkan menurut beberapa kriteria, yaitu penggolongan berdasarkan: asal, komposisi, bentuk, lokasi, proses terjadinya, sifat dan jenisnya. Penggolongan sampah ini diperlukan guna mengetahui macam-macam sampah dan sifatnya, serta sebagai dasar penanganan dan pemanfaatan sampah, penggolongan tersebut adalah : penggolongan berdasarkan asalnya, seperti; sampah dari hasil kegiatan rumah tangga atau perumahan, asrama, rumah sakit, hotel dan kantor. Sampah dari hasil kegiatanpertanian, sampah dari hasil kegitan perdagangan, sampah dari hasil kegiatan pembangunan dan sampah jalan raya. Penggolongan sampah berdasarkan komposisinya dibedakan menjadi 2 (dua) macam yaitu; sampah yang seragam dan sampah yang tidak seragam (campuran). Penggolongan sampah berdasarkan bentuknya,seperti ; sampah berbentuk padatan (solid) misalnya kertas, karton, daun, kaleng, plastik, sampah berbentuk cairan (ternasuk bubur), sampah berbentuk gas. Penggolongan sampah berdasarkan lokasinya dan penggolongan sampah berdasarkan sifatnya, seperti sampah biomasa (daun-daunan, kayu, kertas, karton, tulang, sisa makanan ternak, sayuran, buah), dan sampah non-biomasa (kaleng, plasktik, besi dan logamlogam lain). Namun demikian komposisi umum sampah kota dilihat pada tabel dibawah ini; Tabel 1 Komposisi umum sampah kota Serat besar Lemak Abu (mineral) Amonia Senyawa nitrogen organik Total nitrogen Protein pH JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
41 – 61 % 3–9% 4 – 20 % 30 – 60 % 0,5 – 1,4 mg/g sampah 4,8 – 14 mg/g sampah 7 – 17 mg/g sampah 5-8 I-2-1
Pengarangan Telah diketahui bahwa sampah kota sebagian besar terdiri atas bahan-bahan yang mengandung biomasa, seperti dedaunan, ranting, rerumputan, limbah pertanian. Bioarang ialah arang yang diperoleh dengan membakar biomasa kering kedalam suatu bejana bermulut sempit. Bejana itu dapat berupa suatu drum bekas minyak tanah, dimana tutup bagian atas dapat dibuka-tutup mempunyai lubang dengan diameter 25 cm. Proses pengarangan terjadi bila ada suatu benda yang dipanasi sampai mencapai titik bakarnya sehingga benda terlihat membara, kemudian pemasukan oksigen dihentikan/dibatasi dengan menutup sebagian lubang agar benda tersebut terbakar menjadi abu. Untuk mendapatkan hasil pengarangan yang baik perlu diperhatikan beberapa pertimbangan , antara lain : a. Karakteristik sampah terutama kandungan airnya. Besarnya kandungan air akan berpengaruh pada lamanya pengarangan. Apabila sampah mengandung kadar air cukup tinggi, maka perlu dilakukan proses pengeringan terutama untuk sampah yang mempunyai kadar air 20-50%. Sampah-sampah yang berkadar air kurang dari 20% dapat langsung dimasukan dalam proses pengarangan. b. Besarnya energi yang diperlukan. Besarnya energi dapat dinyatakan dalam kalori atau British Thermal Unit (btu). Perhitungan energi diperlukan agar pengarangan dapat berlangsung secara efektif dan efesien. Besarnya energi yang diperlukan terutama tergantung pada besarnya kadar air sampah. Selain tergantung pada kadar air sampah, besarnya energi yang diperlukan juga tergantung pada kandungan energi sampah. Berbagai jenis sampah mempunyai kandungan energi yang berbeda-beda seperti yang disajikan pada tabel dibawah ini. Tabel 2 Kandungan energi berbagai jenis sampah No 1 2 3 4 5 6 7 8
Jenis Sampah Kertas karton Kayu, kotak, tatal Ranting Daun-daunan Rumput-rumputan Sisa sayur dan kuah Kain tekstil Karet
Kandungan Energi (btu) 7.600 7.825 7.190 4.900 3.820 1.820 6.440 12.240
Efektifitas pengeringan dan pengarangan ditentukan oleh empat hal yaitu : a. Kecepatan dispersi uap air sampah b. Tingginya diferensiasi suhu, yaitu kenaikan suhu bertahap yang diperlukan c. Pengadukan untuk mempercepat pemindahan panas d. Ukuran sampah, bila ukuran sampah kecil (misalnya digiling), berarti permukaannya menjadi lebih luas sehingga air dapat menguap lebih cepat. e. Jumlah udara yang diperlukan, pengarangan dilakukan dengan menggunakan udara panas. Jumlah udara yang diperlukan dapat diperhitungkan. Panas pembakaran tiap jenis sampah berbeda-beda, apabila sampah mengandung air, maka panas pembakaran menjadi lebih tinggi. Sampah organik pada umumnya banyak mengandung selulosa. Panas pembakaran selulosa adalah 8.000 btu/lb f. Perekat, yang dimaksud dengan perekat adalah agar hasil pencetakan arang briket tidak mudah pecah. Banyak jenis dedaunan yang dapat dipergunakan sebagai campuran perekat. Untuk mengetahui dedaunan dapat dipergunakan sebagai bahan perekat , yaitu dengan menumbuk dedaunan hingga mengeluarkan getah. Beberapa jenis daun yang dapat dipergunakan sebagai bahan perekat, seperti ; daun waru, daun kembang sepatu, daun kapok, daun keladi mentah, daun kamboja, daun lamtoro mentah, daun batang akar enceng gondok. Beberapa macam arang briket Arang briket dapat dibuat dari berbagai bahan seperti; serbuk kayu dan serbuk arang .Proses pebuatannya adalah sebagai berikut : a. Briket kayu, briket kayu adalah bahan baker padat yang dibuat dari serbuk kayu dengan cara pres dengan atau tanpa pemanas, serta dengan atau tanpa menggunakan bahan perekat. Jenis limbah yang sesuai untuk pembuatan briket kayu adalah serbuk gergaji.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-2-2
b. Briket arang, briket arang ini dibuat dari serbuk arang yang telah dicampuri perekat kemudian dipres pada suhu kamar. Tekanan berkisar antara 1.000 s/d 1.500 kg/cm2 tergantung pada kualitas yang diinginkan. c. Briket enceng gondok, briket arang ini dibuat dari bubuk arang enceng gondok yang dicampuri perekat lalu dipres pada suhu kamar. Beberpa contoh urutan proses pembuatan arang briket dapat digambarkan sebagai berikut: -Pembuatan arang briket kayu Serbuk gergaji Penyaringan I (3-6 mesh)
Penyaringan II ( 10-120 mesh)
Pengemasan
Pencampuran
Proses pendinginan ( 1 – 2 hari)
- Pembuatan arang briket enceng gondok Tumbuhan enceng gondok Dipanen pemotongan Daun dan akar Pengemasan
Pengeringan
Pengepresan
Pengeringan (Kadar air 10%)
Pengepresan ( tek. 1000 s/d 1500 kg/cm2)
Pengepresan Pencetakan
Pengeringan
Pengayakan
Pengarangan &Penumbukan
Kandungan energi beberapa jenis arang Arang briket yang dibuat dari berbagai bahan seperti : serbuk kayu dan serbuk arang kandungan energinya cukup besar, hal ini dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3 Kandungan energi berbagai jenis arang No
Jenis Arang
1 2 3 4 5
Briket Kayu Briket Arang Arang Kayu Ulin Arang Kayu Bengkirai Arang Kayu Kalaban
Nilai Kalori (Kal/g) 4000-4700 6500-7800 8191-9546 8191-9546 8753
Kadar Abu (%) 3-4 2-5 2,695-2,715 1,035-3,028 2,979
Kadar Air (%) 5,154-4,642 4,646-5,364 6,312
Kadar Air Mudah Terbang (%) 8,806-9,14 4,61-8,412 5,972
Karbon Terikat (%) 83,01-83,80 85,11-86,98 84,736
Metode Penelitian Pelaksanaan penelitian pembuatan arang briket biomasa dari sampah kota dilakukan beberapa tahap, yaitu ; pengambilan contoh sampah kota; sortasi, pengeringan; pengarangan; penyaringan dan penghalusan; pencetakan arang dan pengujian. Diagram alir pelaksanaan penelitiannya adalah sebagai berikut :
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-2-3
Gb. 1 Skema Diagram Alir Pembuatan Arang Briket Biomasa dari Sampah Kota Sampah kota (basah) Sortasi
Dll (kotoran,logam, kaca dan plastik)
Kertas
Biomasa
Pengeringan
Biomasa basah
Biomasa kering
Pengarangan
Penumbukan & Saring
Arang kasar basah
Arang kasar Arang halus
Pencetakan/Pres
Arang briket basah
Pengujian laboratories Dan daya bakar
Penumbukan ditambah perekat
Adonan cetak basah Pengeringan
Arang briket kering
Pengemasan Pelaksanaan penelitian a. Pengambilan contoh sampah kota Contoh sampah kota diambil dari beberapa lokasi TPS (tempat penampungan sementara) yang dapat dianggap mewakili yang ada di perkotan dengan menggunakan truk sampah, kemudian sampah kota yang telah terkumpul ditimbang beratnya. b. Seleksi (Pemisahan/Sortasi) Pemisahan sampah hendaknya dikerjakan dua tahap, pada tahap pertama terlebih dahulu dipisahkan antara sampah organik (biomassa) dan sampah anorganik. Kemudian pada tahap kedua sampah-sampah tersebut JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-2-4
dipisahkan lagi berdasarkan jenisnya sesuai dengan maksud tujuan untuk arang briket dari bahan-bahan bioamasa sampah kota. Pada proses seleksi, hasil dari proses pemisahan masing-masing unsur ditimbang untuk mengetahui prosentase berat dari masing- masing unsur tersebut . Setelah diketahui masing-masing unsur tersebut , unsur sampah kota yang mengandung biomasa dikeringkan, sedangkan sampah kota yang termasuk anorganik dikumpulkan pada suatu tempat. c. Pengeringan Sampah kota yang mengandung biomasa yang masih basah (berat masing-masing sample 10 kg) kemudian dikeringkan dengan jalan disebarkan pada suatu tempat yang terkena sinar matahari langsung. Tebal tumpukan sampah diusahakan agar seragam, kemudian setiap 4 jam diaduk dengan alat garuk hingga bagian bawah penumpukan akan berada diatas agar pengeringan dapat berlangsung merata. Sampah kota biomasa yang telah kering (kadar air dibawah 20 %) dipisahkan dan ditimbang. Untuk mengetahui kadar air yang terkandung dalam sampah biomasa, dapat menggunakan rumus sebagai berikut : Kadar Air Sampah Biomasa = berat sampah biomasa basah - berat sampah biomasa kering x 100% Berat sampah biomasa d. Pengarangan Sampah biomasa yang telah kering kemudian diarangkan melalui proses pengarangan. Dalam proses pengarangan diperlukan persiapan peralatan serta bahan-bahan yang akan diolah, antara lain : 1. Alat Peralatan terdiri dari ; Drum tempat pengarangan, tongkat pengaduk, stop-watch, timbangan, pematik (korek api) dan masker. Tempat pengarangan biomasa berupa drum besar (isi 200 liter). Permukaan bagian atas drum dilubangi (Ǿ 20 cm), sedang alas bawah/dasar dipotong. Potongan bekas alas ini dapat digunakan sebagai penutup lubang atas untuk mencegah masuknya oksigen/udara (untuk menghindari terjadinya proses pengabuan). Tongkat pengadukan berupa kayu/besi berfungsi untuk mengaduk dan penumbuk biomasa yang sedang dibakar agar proses pengarangan dapat berlangsung sempurna. 2. Bahan-bahan Bahan yang diarangkan adalah berupa sampah biomasa yang telah kering perlu dipersiapkan lebih dahulu mengingat pembakaran/pengarangan dilakukan secara berangsur-angsur atau bertahap penyuapannya. 3. Cara kerja Sampah biomasa yang telah kering dimasukan kedalam alat pengarangan secara bertahap sampai mencapai ketebalan 10 cm, kemudian dibakar. Setelah sampah terbakar selama kurang lebih 10 menit masukan lagi sampah berikutnya sambil diaduk-aduk agar lapisan sampah dibagian bawah terbakar menjadi arang. Apabila timbul nyala api yang berlebihan, lubang atas alat pengarangan (drum) ditutup untuk membatasi masuknya oksigen/udara kedalam udara. Pengarangan yang berhasil dapat dilihat dengan timbulnya kepul asap yang tebal sebagai indikasi tidak terjadi nyala api melainkan timbulnya bara api. Apabila pemasukan sampai telah mencapai 25 kg, penambahan sampah dihentikan, biarkan proses pengarangan terus berlanjut dengan memperhatikan terjadinya kepul asap. Bila seluruh bahan biomasa didalam drum telah berubah menjadi arang (dapat dilihat dengan cara memasukan nyala api), siram air secukupnya untuk memadamkan bara api. Kemudian hasil pengarangan ditumbuk dengan menggunakan alat pengaduk untuk mempercepat matinya bara api dan memudahkan pengambilan hasil pengarangan ,sehingga pada saat pengambilan bubuk arang tidak berterbangan. Hasil pengarangan dikumpulkan dan ditimbang, data-data yang diamati meliputi; waktu pengarangan persatuan berat; kapasitas pengarangan, temperatur pengarangan, berat hasil pengarangan. 4. Penyaringan dan penghalusan Hasil pengarangan disaring dengan menggunakan saringan yang mempunyai skala mesh 196 per sq.inch, kemudian sisanya ditimbang. Sisa hasil penyaringan ditumbuk atau dihaluskan, kemudian disaring kembali sisanya ditimbang dan disisihkan. Data yang diamati meliputi; waktu penyaringan, kapasitas penyaringan, berat bubuk arang biomasa hasil penyaringan, berat sisa penyaringan, waktu penumbukan dan kapasitas penumbukan. 5. Pencetakan arang a. Bahan Bahan yang diperlukan disiapkan meliputi: bubuk arang biomasa dan bahan perekat. Bahan perekat yang dipergunakan menggunakan daun (yang masih basah) kembang sepatu. b. Alat Alat yang digunakan alat pencetak yaitu alat pres type 9 lubang dan alat pres dari bambu (briket batangan) , alat penumbuk, tongkat pemampat dan timbangan
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-2-5
c. Cara kerja Siapkan bahan perkat (daun bunga sepatu) dan bubuk arang biomasa dengan perbandingan berat : 12,5% perekat dan 97,5 arang. Daun ditumbuk sampai halus lalu bubuk arang masukan dan ditumbuk terus sehingga kedua bahan tercampur rata. Selanjutnya kedalam campuran tersebut dituangkan air secukupnya (± sebanyak 750 cc per kg adonan) lalu diaduk hingga rata. Selanjutnya adonan dicetak menjadi 2 macam bentuk arang briket, yaitu arang briket type 9 lubang dan arang briket batangan. Arang briket 9 lubang menggunakan alat cetak 9 lubang, sedangkan yang batangan menggunakan bambu yang dibelah dua. Gb. 2 Arang briket 9 lubang dan Arang Briket Batangan
Arang Briket Batangan
Arang Briket 9 Lubang Data-data yang diamati; lama penumbukan bahan perekat persatuan berat, lama pencampuran bahan perekat dan bubuk arang biomasa persatuan berat, waktu pencetakan arang briket, berat arang briket basah dan kering dan waktu pengeringan. 6. Pengujian (Evaluasi) Hasil pengarangan sampah biomasa dievaluasi sesuai dengan Standard Nasional Indonesia yaitu “ Cara Pengujian Arang Kayu Untuk Peleburan Logam”, yaitu kadar air; kadar abu; kadar zat mudah terbang; karbon terikat dan Nilai kalori. Selain itu arang briket biomasa diuji daya-pemanasan atau daya-bakarnya kemudian dibandingkan dengan daya baker arang kayu dan minyak tanah. Pada pengujian ini data yang diamati adalah berat bahan baker yang akan diuji, suhu air dalam ketel, suhu nyala api (dibawah ketel, ± 1 cm diatas bara api), jumlah air yang berhasil dipanasi sampai mendidih, dan lamanya pemanasan. Hasil Penelitian Hasil pengamatan penelitian meliputi data mengenai sortasi sampah kota, pengeringan, pengarangan sampah biomasa, penyaringan dan penumbukan, pencetakan, pengeringan, uji nilai kalori, dan daya bakar. a. Sortasi Tabel 4 Data rata-rata hasil sortasi sampah kota (basah) No 1 2 3 4 5
Berat rata-rata Sampah basah (kg) 10 10 10 10 10 Rata-rata (%)
Kertas 0,95 0,76 0,88 0,50 1,13 8,42
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
Berat hasil sortasi (kg) Plastik Daun (biomasa) 0,95 5,00 0,85 4,50 1,00 5,50 0,60 5,00 0,78 4,00 8,35 48,00
Lain-lain (logam,plastik dll) 3,15 3,99 3,13 3,90 4,10 36,53
I-2-6
b. Pengeringan Tabel 5 Data rata-rata hasil pengeringan sampah No 1 2 3 4 5 X
Berat awal (biomasa & kertas kering) (kg) 5,950 5,260 6,375 5.500 5,125 5,642
Berat pengeringan (kg) 2,050 2,620 2,250 1,850 2,050 2,164
Prosentase berat kering thd berat basah (%) 34,45 49,81 35,29 33,64 40,00 38,64
c. Pengarangan Tabel 6 Data rata-rata hasil pengarangan No 1 2 3 4 5 X
Berat awal biomasa & kertas kering (kg) 25 25 25 25 25 25
Berat bubuk arang basah (kg) 10,770 9,245 9,750 11,852 10,315 10,386
Berat bubuk arang kering (kg) 7,404 6,356 6,703 8,148 7,092 7,141
Kadar air (%) 31,25 31,25 31,25 31,25 31,25 31,25
Lama pengarangan (menit) 480 450 440 450 460 456
d. Penyaringan Tabel 7 Data rata-rata hasil penyaringan dan penumbukan Hasil penyaringan I Hasil penyaringan II Berat awal pengarangan basah (kg) Halus (kg) Kasar (kg) Halus (kg) Kasar (kg) 1 10,620 7,013 3,607 2,676 0,931 2 9,095 5,674 3,421 2,501 0,920 3 9,600 6,588 3,012 2,086 0926 4 11,702 8,157 3,545 2,631 0,914 5 10,165 7,050 3,115 2,195 0,920 X 10,236 6,896 3,34 2,418 0,922 Jumlah arang halus = 46,571 kg atau 90,99 % dari hasil pengarangan,Jumlah kotoran 4,611 kg atau 9,01 % dari hasil pengarangan. Proses penumbukan I dan saring I perlu waktu = 20 menit. Proses penumbukan II dan saring perlu waktu = 25 menit. Saringan yang dipakai 196 mesh/sqin, ukuran 60 x 100 cm dan kapasitas penyaring 1,5 kg, kapasitas penumbuk 0,5 kg No
e. Pencetakan dan Pengeringan Arang Briket Bubuk arang yang telah disaring kemudian dicampur bahan pelekat dan dicetak menjadi arang briket bentuk 9 lubang dan batangan dan selanjutnya dikeringkan dibawah sinar matahari. Tabel 8 Data rata-rata hasil pencetakan arang briket 9 lubang No 1 2 3 4 5 6 X
Berat sebelum dicetak (kg) 2,831 2,621 2,787 2,604 1,991 1,889 2,454
Berat arang briket hasil cetakan (kg) 2,142 1,970 2,105 1,957 1,457 1,375 1,834
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
Waktu pencetakan (menit) 14 12 10 15 13 12 12,67
Air yang hilang saat pencetakan (%) 24,36 24,82 24,45 24,86 26,79 27,23 25,42 I-2-7
Tabel 9 Data rata-rata hasil pencetakan arang briket batangan No
Berat sebelum dicetak (g)
1 2 3 4 5 6 X
286,83 263,72 282,49 273,63 276,24 273,54 276,08
Berat arang briket hasil cetakan (g) 214,35 210,27 225,24 218,17 220,25 218,10 217,73
Waktu pencetakan (menit) 3,25 3,42 3,08 3,17 3,17 3,17 3,21
Air yang hilang saat pencetakan (%) 25,27 20,27 20,27 20,27 20,27 20,27 21,10
Tabel 10 Data rata-rata hasil pengeringan arang briket 9 lubang No
Berat sebelum dicetak (g)
1 2 3 4 5 6 X
286,83 263,72 282,49 273,63 276,24 273,54 276,08
Berat arang briket hasil cetakan (g) 214,35 210,27 225,24 218,17 220,25 218,10 217,73
Waktu pencetakan (menit) 3,25 3,42 3,08 3,17 3,17 3,17 3,21
Air yang hilang saat pencetakan (%) 25,27 20,27 20,27 20,27 20,27 20,27 21,10
Tabel 11 Data rata-rata hasil pengeringan arang briket batangan No 1 2 3 4 5 6 X
Berat arang briket basah (g) 286,83 263,72 282,49 273,63 276,24 273,54 276,075
Berat arang briket kering (g) 141,47 138,78 148,66 143,49 145,36 143,95 143,62
Kadar air setelah pengeringan (%) 51,52 51,51 51,51 52,05 51,52 51,51 51,60
Lama pengeringan (hari @ 6 jam) 3 3 3 3 3 3 3
f. Pengujian/Evaluasi arang briket biomasa Pengujian nilai kalori arang briket dan unsur-unsur yang terkandung dilainnya diakukan di Laboratorium Kimia Fisika Universitas Gajah Mada Yogyakarta, adapun hasilnya sebagai berikut :
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-2-8
Tabel 12 Pengujian kandungan energi rata-rata arang briket biomasa sampah kota No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Macam/Jenis Uji Nilai kalori pembakaran Kadar air bhn. kasar (%) Kadar air bhn. halus (%) Kadar abu bhn. kasar (%) Kadar abu bhn. halus (%) Kadar zat mudah terbang bhn. kasar (%) Kadar zat mudah terbang bhn. halus (%) Kadar karbon terikat bhn. kasar (%) Kadar karbon terikat bhn. halus (%)
I 7530,25 28,59 6,57 45,00 46,40 40,76
Pengamatan II 6515,80 23,47 6,35 56,15 41,92 37,40
III 6846,90 23,00 7,69 58,49 42,27 35,65
44,26
42,85
42,19
43,10
-14,35
-17,02
-17,14
-16,17
2,14
8,70
7,85
6,23
Hasil Rata-Rata 6964,32 cal/g 24,82 6,93 53,21 43,53 37,94
g. Pengujian daya bakar arang briket biomasa sampah kota Tabel 13 Pengujian rata-rata daya bakar arang briket biomasa sampah kota No. Uji
Bahan bakar
Alat
1 2 3 4 5 6 7 8
M.Tanah Bubuk arang A.briket bat. A.briket bat. A.briket 9L A.briket 9 L Arang kayu Arang kayu
Kompor 21 S
T. gerabah T. Besi T. gerabah T. Besi T. gerabah T. gerabah T. Besi
Berat bahan bakar (kg) 0,35 lt 0,9 1 0,872 1,057 1,082 0,5 0,5
Jml.air mendidih (lt) 11 0 10 9 11 12 8 8
Lama pemanas an (menit) 88,5 45 64,5 75,5 78,75 73,5 40 39,75
Daya Pemanas an (Lt/kg) 31,429 0,000 10,000 10,321 10,412 11,091 16,000 16,000
Suhu maks. (oC) 469 680 690 650 791 680 683 680
Sisa debu Pembakar an (gr) 466,7 405,4 512,18 497,9 98,2 100
Pembahasan Berdasarkan data hasil penelitian pembuatan arang briket biomasa menjadi arang briket maka ada beberapa hal yang perlu dibahas : a. Sortasi Hasil sortasi sampah kota pada table 4 menunjukan bahwa sebagian besar merupakan sampah biomasa dengan total rata-rata 56,42 % (48 % biomasa dan 8,42 kertas, sedang sisanya merupakan bahan anorganik (seperti: plastik, gelas, logam dll). Komposisi hasil sampah kota dapat berbeda antara kota satu dengan kota yang lainnya. Hal ini dapat dimengerti karena sampah kota mencerminkan hasil samping dari pola hidup masyarakat perkotaan. Dengan demikian komposisi sampah kota besar akan berbeda dengan komposisi sampahkota kecil, demikian pula komposisi sampah kota dinegara maju akan berbeda pula dengan komposisi sampah kota dinegara berkembang. b. Pengeringan Pada proses selanjutnya sampah biomasa yang masih basah perlu dikeringkan dahulu sebelum dijadikan arang. Proses pengeringan dilakukan terhadap sampah biomasa yang mengandung air dengan kadar air lebih dari 20 % , sedang sampah yang dibawah 20 % kandungan airnya dapat langsung diarangkan. Pengeringan dilakukan dengan cara menebarkan sampah biomasa yang masih basah ditempat terbuka langsung terkena sinar matahari, tebal penumpukan 5 cm dan setiap 4 jam dibalik denganalat garuk, hal ini agar sampah dapat kering secara cepat dan merata. Pengeringan cara ini cukup murah akan tetapi memerlukan areal yang cukup luas dan kecepatan keringnyya sangat tergantung adanya sinar matahari (cuaca). Pada table 5 dapat dilihat bahwa sampah basah yang beratnya mula-mula 5,642 kg setelah JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-2-9
dikeringkan menjadi 2,164 kg. Hal ini menunjukan bahwa kadar air yang hilang selama pengeringan sebesar 38,64 %. c. Pengarangan Untuk mendapatkan hasil pengarangan yang baik perlu diperhatikan kondisi sampah biomasa yang akan dijadikan arang. Sampah biomasa yang kandungan airnya tinggi akan memerlukan energi pengarangan yang lebih tinggi pula. Selain itu besarnya energi yang diperlukan pada proses pengarangan juga tergantung pada kandungan energi jenis sampah yang akan dijadikan arang. Pada table 2 dapat dilihat bahwa tiap jenis sampah mempunyai kandungan energi yang berbeda. Faktor kebutuhan oksigen/udara juga merupakan factor yang sangat menentukan pada proses pengarangan. Bila terjadi kelebihan suplai oksigen maka akan terjadi proses pengabuan, hal ini dapat ditandai dengan terjadinya nyala api, timbulnya nyala api akan mengurangi kepul asap. Pengarangan yang berhasil dapat ditandai dengan timbulnya kepul asap yang tebal sebagai indikasi tidak terjadinya nyala api, melainkan timbulnya bara api. Untuk mengupayakan hal tersebut sebagian lubang atas perlu diutup untuk membatasi jumlah oksigen atau udara yang masuk. Sedang untuk mengambil hasil pengarangan perlu dilakukan penyiraman dengan air, hal ini dimaksudkan untuk memadamkan bara api yang terjadi selama berlangsungnya proses pengarangan sehingga mencegah terjadinya proses pengabuan lebih lanjut. Selain itu juga akan memudahkan pengambilan arang bubuk. Pada table 6 dapat dilihat data hasil proses pengarangan, dari 25 kg sampah biomasa akan diperoleh arang bubuk basah sebanyak 10,386 kg atau arang bubuk kering sebanyak 7,141 kg dengan waktu pengarangan 456 menit. Dengan demikian kadar air yang terjkandung dalam arang bubuk basah sebanyak 31,25 %. d. Penyaringan dan penumbukan Bubuk arang yang dihasilkan pada proses pengarangan masih belum seragam ukurannya, hal ini disebabkan ukuran sampah biomasa yang dijadikan arang tak seragam ukurannya (walaupun sudah dilakukan proses sortasi). Oleh karena itu perlu dilakukan proses penumbukan dn penyaring (pengayakan). Alat penyaring yang digunakan mempunyai ukuran 196 kubang per sq.inch (196 mesh).Hasil penyaringan dapat dilihat pada table 7 . Pada penyaringan I dari penyaringan 10,2364 kg hasil pengarangan diperoleh 6,896 bubuk arang halus (atau sebesar 67,37%) dan arang kasar 3,34 kg (32,63 %). Selanjutnya arang kasar tersebut dihaluskan lagi kemudian disaring lagi. Pada penyaringan II diperoleh lagi arang halus sebanyak 2,418 kg sedang sisanya berupa kotoran arang sebanyak 0,922 dibuang. Dengan demikian dari 10,2364 kg arang hasil proses pengarangan dapat diperoleh arang halus 9,314 kg (lolos saringan 196 mesh) atau sebesar 90,99% dan sisa arang sebanyak 0,922 kg (tak lolos saringan 196 mesh) atau sebesar 9,01 %. e. Pencetakan Arang halus yang diperoleh pada proses penyaringan selanjutnya dicetak menjadi arang briket. Untuk keperluan itu maka arang halus tersebut dicampuri perekat lebih dahulu. Hal ini dimaksudkan agar hasil cetakan tak mudah hancur menjadi serbuk kembali,terutama pada waktu pemindahan arang briket ke tempat lain. Perekat arang briket dibuat dari dedaunan tanaman (daun sepatu) yang masih segar banyak mengandung getah,daun tersebut ditumbuk dahulu, kemudian tambah air lalu ditambah arang halus. Pencampuran rata/homogen, perbandingan berat sebagai berikut : arang halus 87,5 %, daun sepatu/perakat 12,5 %, dan air secukupnya (sekitar 700 cc per kg adonan). Pada table 8 dan 9 disajikan hasil data pencetakan arang briket 9 lubang dan batangan. Pada kedua table tersebut terlihat bahwa berat bubuk arang yang dicetak berkurang setelah dicetak menjadi arang briket. Hal ini terjadi karena pada waktu pencetakan ada air yang keluar pada saat dipres, air yang keluar antara 21,1 % s/d 25,42 % Proses pencetakan dilakukan dengan dua macam bentuk arang briket, pada cara pertama maka arang briket dicetak menjadi bentuk silindris yang berlubang (9 buah lubang didalamnya), lubang-lubang itu dimaksudkan untuk memudahkan masuknya udara/oksigen pada waktu pembakaran. Pencetakan arang briket type 9 lubang dilakukan menggunakan alat prss sistim ulir, pada pencetakan dengan alat ini maka air yang terperas keluar dari arang briket dapat mencapai 25,42%. Pilihan kedua bentuk arang briket dari sampah biomasa adalah berbentuk silindris (batang), bentuk ini diperkirakan akan mudah didalam pencetakannya, demikian pula bentuk selindris bila disusun berdiri maka sela-sela diantara batang silindris tersebut akan menghasilkan saluran udara dari bawah keatas, sehingga diharapkan arang briket bentuk batangan ini dapat menghasilkan pembakaran yang baik. Pencetakan arang briket type batangan dilakukan secara manual dengan mengunakan batang bambu (diameter dalam 30 s/d 35 mm).Pada cara ini jumlah air yang terperas keluar dari arang briket mencapai 21,1 %. Dari table 8 dan 9 bahwa produktifitas pencetakan arang briket type 9 lubang : 8,689 kg per jam dan produktivitas arang briket batangan : 4,0723 kg per jam. f. Pengeringan arang briket Pengeringan dilaksanakan dengan cara penjemuran dibawah sinar matahari langsung. Penjemuran dilakukan mulai jam 08.00 pagi hingga 16.00 selama beberapa hari. Data proses pengeringan arang briket disajikan pada Tabel 10 dan 11. Setelah dijemur selama 4 hari maka air yang hilang/menguap dariarang
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-2-10
briket type 9 lubang sebesar 66,03 %, sedang arang briket type batangan setelah dijemur selama 3 hari maka air yang hilang/menguap mencapai 51,60 %. g. Evaluasi kandungan energi dan daya bakar/pemanas Berdasarkan data yang disajikan pada table 12 pengujian kandungan energi rata-rata yang dilakukan di Laboratorium Kimia Fisika Universitas Gajah Mada Yogykarta menunjukan bahwa Nilai kalori arang briket biomasa sampah kota 6964,32 cal/g masih lebih besar dari pada energi briket kayu (4.000-4.700 cal/g), dan hampir setara dengan energi briket arang (6.500-7.800 cal/g). Demikian pula pada table 13 mengenai uji daya bakar atau pemanas arang briket sampah biomasa rata-rata sebesar 10,456 lt/kg air relatip lebih kecil bila dibanding daya-pemanas arang kayu sebesar 16 liter air per kg arang. Hal ini mungkin disebabkan arang briket bioamasa mengandung kadar air lebih besar dari pada arang kayu, sehingga sebagian energi/daya bakarnya dipergunakan untuk menguapkan air yang terkandung dalam arang briket biomasa. Hal ini sesuai dengan hasil pengamatan yang menunjukan adanya titik-titik air yang menempel didasa ketel pada awal pemanasan sampai dengan menit ke 15. Kesimpulan dan Saran 1. Sampah biomasa merupakan bagian terbesar dari sampah kota hampir mencapai 56,42 % 2. Nilai kalori yang terkandung dalam arang briket biomasa sampah kota tak jauh berbeda dengan kandungan energi yang terkandung dalam arang kayu, yaitu 6964,32 kal/gr. 3. Daya bakar atau daya pemanas arang briket biomasa dapat mencapai rata-rata 10,456 lt/kg. Saran 1. Kepul Asap yang diitimbulkan pada saat proses pengarangan bermasalah bagi lingkungan, sehingga perlu dilakukan pencegahan dengan memanas asap yang timbul. 2. Untuk proses pengeringan diperlukan areal lahan yang cukup luas, sehingga perlu dilakukan kerja sama dengan pemerintah daerah untuk dapat menggunakan tanah-tanah kas desa yang tidak produktif atau melakukan penelitian peralatan untuk proses pengerinang Daftar Pustaka 1. Anonim, , “Profil Gas Bio Dari Sampah”, kerjasama antara Fakultas Teknologi Pertanian U.G.M. dengan Badan Koordinasi Penanaman Modal Daerah Prop. DIY, Yogyakarta, 1989. 2. BBKB, “Pemanfaatan Enceng Gondok untuk Industri Kerajinan”, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Industri Kerajinan dan Batik, Yogyakarta, 1988. 3. Departemen Perindustrian, “ Standard Industri Indonesi”, SII 2041-87, Cara Pengujian Arang Kayu untuk Peleburan”, Jakarta, 1987. 4. Febrianto.,E.Y,T.Salim., B.Prasetya.,”Pengkajian Kayu untuk Bahan BAkar Briket Arang di Kabupaten Sukabumi”, Proceeding Seminar Nasional Hasil Penelitian dan Pengembangan Fisika Terapan danLingkungan, LIP,1996. 5. Hadiwiyoto.,Soedewo., Ir., “Penanganan dan Pemanfaatan Sampah”, Yayasan IDAYU, Jakarta, 1983. 6. Patoni A.Gafar., “Pembuatan Briket Arang dari Limbah Pertanian dengan Campuran Batubara”., Buletin BalaiPenelitian dan Pengembangan Samarinda, No.5. Vol.3, 1995. 7. Rachmad Mulyadi.,Taufiq Sastrawinata., “Teknologi Dasar Pembakaran Batubara”., 1982 8. Soeyanto, T., “Cara Membuat Sampah Menjadi Arang dan Kompos”., Penerbit Yudhistira, Yogyakarta,1982. 9. Sudrajat, R., “ Profil Industri Energi dari Limbah Kegiatan Perkayuan”., Makalah Balai Penelitian Hasil Hutan, disampaikan pada Diskusi Industri Kalimantan Timur, 15 – 24 Desember, Banjarmasin. 10. Sudrajat, R., S.Soleh., “ Petunjuk Teknis Pembuatan Arang Aktif”., Balai Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 1994. 11. Salim T, B.Prasetya, E.Y. Fabrianto.,”Potensi dan Peluang Pemanfaatan Serbuk Gergaji untuk Pembuatan Briket Arang di Sukabumi”., Proceeding Lokakarya Teknologi Tepat Guna Energi NonKomersional Untuk Pembangunan di Indonesia:.,LIPI,1995. 12. Seran, Julis, Bra., “Bioarang untuk Memasak”.,Edisi Pertama, Penerbit Liberty Yogyakarta, Yogyakarta,1990. 13. Widarto dan Suryanta.,”Membuat Bioarang dari Kotoran Lembu”.,Penerbit Kanisius, Yogyakarta,1995.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-2-11
