SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
ANALISA KUALITAS BRIKET ARANG KULIT DURIAN DENGAN CAMPURAN KULIT PISANG PADA BERBAGAI KOMPOSISI SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF Paisal 1), Muhammad Said Karyani. 2) 1),2) Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Ambon E-mail:
[email protected] Abstrak Dalam rangka mencari energi alternatif untuk bahan bakar, kami meneliti briket arang dari biomassa yang tak terpakai atau sampah yaitu kulit durian dan kulit pisang. Penelitian ini dilakukan dengan beberapa proses peningkatan kualitas briket arang dengan cara memperbaiki proses pengarangan (mengurangi abu), proses pengeringan (mengurangi kadar air) serta penggunaan ukuran partikel arang yang optimal serta proses pengepresan untuk mendapatkan kerapatan sesuai standart. Hasil yang didapatkan, sifat-sifat briket arang dari campuran kulit durian dan kulit pisang berupa kadar air (M) berkisar pada 6,62 % sampai 15,34 %, abu (ash) berkisar pada 15,85 % sampai 22,79 %, volatile matters (VM) berkisar 40,31 % - 59.60 % , fixed carbon (FC) berkisar antara 9,42 % - 29,37 % dan nilai kalor (HHV) berkisar antara 4584 kkal/kg - 5173 kkal/kg. kerapatan 0,36 - 0,45 gr/cm3, kuat tekan 72 gr/cm2. Kata kunci : briket arang, sampah kulit durian, sampah kulit pisang, kualitas komposisi campuran.
Pendahuluan Alam di negeri seribu pulau mendapatkan karunia yang sangat besar dengan tanah tropis yang subur yang ditanami berbagai jenis tumbuhan. Namun saat ini pemanfaatannya hanya sebatas pada bagian yang dapat dikomsumsi saja, sedangkan bagian lain yang tidak dapat dikonsumsi hanya sebagian kecil yang dimanfaatkan kembali, kebanyakan akhirnya hanya menjadi sampah. Contohnya antara lain sampah kulit durian, sesuai dengan pernyataan Kepala Bidang Persampahan dan Angkutan pada Dinas Kebersihan dan Pertamanan Kota Ambon Jopie Latuni di Ambon, bahwa volume sampah di Ambon terutama saat membanjirnya durian meningkat menjadi 700 m3, dibanding hari-hari biasanya yang hanya 523 m3 (Antaranews.com, Maret 2012). Dan juga sampah kulit pisang, dengan banyaknya pengusaha dan penjual panganan berbahan dasar pisang di kota Ambon menunjukkan setiap hari potensi kuantitas sampah kulit pisang juga cukup besar. Berdasarkan hasil penelitian-penelitian sebelumnya, sampah biomassa seperti kulit pisang dan kulit durian dapat dimanfaatkan sebagai sumber energy alternatif, dalam bentuk bahan bakar padat yaitu briket biomassa. Dengan mengubah sampah tersebut menjadi briket, maka akan meningkatkan nilai ekonomis bahan tersebut, menghemat energi, menciptakan peluang usaha, serta mengurangi pencemaran lingkungan. Keunggulan briket kulit durian adalah nilai kalornya relatif tinggi, tak berbau, tidak bersifat polutan, hasil penelitian menunjukkan, penggunaan 1 kg briket kulit durian dengan harga Rp. 1.500/kg mampu menghasilkan kalori 5.010 Kkal (Marjono, 2009). Pembuatan briket kulit pisang sangat mudah dan tanpa penggunaan perekat. Seperti yang dikatakan Mike Clifford peneliti dari Universitas Nottingham Inggris “pembuatan briket pisang ini menggunakan teknologi yang sangat sederhana. Kami membuatnya hanya dengan tangan dan tanpa bantuan peralatan mekanik” (muslimdayli.net). Briket dengan kualitas yang baik diantaranya memiliki sifat seperti tekstur yang halus, tidak mudah pecah, keras, aman bagi manusia dan lingkungan serta memiliki sifatsifat penyalaan yang baik. Sifat penyalaan ini diantaranya adalah mudah menyala, waktu nyala cukup lama, tidak menimbulkan jelaga, asap sedikit dan cepat hilang serta nilai kalor yang cukup tinggi. Lama tidaknya menyala akan mempengaruhi kualitas dan
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
KE07 - 1
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
efisiensi pembakaran, semakin lama menyala dengan nyala api konstan akan semakin baik (Jamilatun, 2008). Sedangkan faktor yang mempengaruhi kualitas briket adalah jenis bahan baku campuran briket, kekuatan tekan, besar partikel arang, variasi perekat (Gandhi, 2010), kadar air, kadar abu, keteguhan tekan (Triono, 2006) serta faktor lainnya seperti metode karbonisasi, lama pengeringan bahan baku, dan lama pengeringan briket sebelum digunakan. Sedangkan standar kualitas secara baku untuk briket arang Indonesia mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) dan juga mengacu pada sifat briket arang buatan Jepang, Inggris, dan USA seperti pada Tabel 1 berikut : Tabel 1 . Standarisasi sifat briket arang buatan Jepang, Inggris, USA, dan Indonesia Sifat arang briket
Jepang
Inggris
Amerika
SNI
Kadar air(moisture content) %
6-8
3,6
6,2
8
Kadar zat menguap (volatile matter content) %
15-30
16,4
19-28
15
Kadar abu (ash content) %
3-6
5,9
8,3
8
60-80
75,3
60
77
Kadar karbon terikat (fixed carbon content) %
Permen ESDM < 15 Sesuai bahan baku < 10 Sesuai bahan baku 65 4400
Kerapatan (density) g/cm3 1,0-1,2 0,46 1 Keteguhan tekan g/cm2 60-65 12,7 62 Nilai kalor(caloriffc value) 60007289 6230 5000 cal/g 7000 Sumber: Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan (1994) dalam Triono (2006)
Penelitian telah banyak dilakukan untuk mempelajari potensi energi dalam bentuk padat (briket) dari berbagai limbah atau sampah biomassa seperti, Agustina (2009)yang meneliti tentang manfaat briket biomassa yang membantu mengurangi laju ‘global warming’ karena mengurangi emisi gas metan yang diakibatkan oleh penimbunan sampah organik/biomassa dan mengurangi emisi CO2 sebagai akibat dari substitusi sumber energi fosil. Jamilatun (2008) melakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat penyalaan dari berbagai macam briket biomassa, yang meliputi kecepatan pembakaran, lama briket menyala sampai menjadi abu, waktu penyalaan awal, banyaknya asap atau senyawa volatil yang dihasilkan, nilai kalor dan lama waktu untuk mendidihkan 1 liter air. dengan 250 gram setiap semua jenis briket yang diuji membutuhkan waktu antara 5 sampai 7 menit. Ghandi (2010) mencari tahu tentang pengaruh variasi jumlah campuran perekat (0% – 8%) terhadap karakteristik briket arang.tongkol jagung yang mendapatkan hasil daya tahan terbaik dengan komposisi 6% keatas, dan sifat fisis serta kimia dimenangkan oleh komposisi tanpa campuran atau 0% namun kandungan abu paling tinggi. Metodologi Penelitian Pembuatan briket arang campuran kulit durian dan kulit pisang (musa sp.) dibentuk dalam 6 ( enam) komposisi campuran yaitu kulit pisang sebanyak 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, dan 60%. Ini karena kulit pisang berfungsi juga sebagai perekat dan berdasarkan literatur yang ada kulit pisang tidak dapat berdiri sendiri. Bentuk briket silinder dengan ukuran diameter 50 mm, satu buah lubang tengah dengan diameter 12 mm. Ukuran partikel arang yang digunakan adalah 40 – 60 mesh.
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
KE07 - 2
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
Gambar 1. Proses pembuatan briket arang dari kulit durian dan kulit pisang Penelitian ini juga dibatasi hanya menghitung sifat sifat fisik dan pembakaran serta sifat-sifat termal melalui analisis proksimasi yang terdiri atas : Moisture (M), abu (ash), volatile matters (VM), fixed carbon (FC), nilai kalor (HHV). Serta uji fisik dan pembakaran. Sedangkan usaha perbaikan mutu pembuatan briket dilakukan dengan mengurangi abu dan mengurangi kadar air. Hasil dan Pembahasan Hasil penelitian ini meliputi pembuatan briket, pengujian proksimasi dan nilai kalor, uji fisik dan uji pembakaran.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Gambar 3. Briket yang dibuat komposisi, (a) K1, (b) K2, (c) K3, (d) K4, (e) K5 dan (f) K6 Komposisi briket dibuat dengan asumsi penyusutan bubur kulit pisang sebesar 7/8 bagian, tediri dari Komposisi K1 dengan porsi bubur kulit pisang 60 %, K2 dengan porsi bubur kulit pisang 50 %, K3 dengan porsi bubur kulit pisang 40 %, K4 dengan porsi bubur kulit pisang 30 %, K5 dengan porsi bubur kulit pisang 20 %, dan K6 dengan porsi bubur kulit pisang 10 % Dari data uji fisik briket yang dibuat, dengan setiap komposisi sejumlah 6 (enam) sampel, setelah diestimasi dengan tingkat kepercayaan 95 % didapatkan hasil massa jenis yang diberikan pada table 2. Berdasarkan hasil pengujian pada tabel 2 nilai kerapatan terendah untuk briket pada sampel K6 kemungkinan sebesar 0,36 g/cm3 sedangkan nilai kerapatan tertinggi pada sampel K1 sebesar 0,447 gr/cm3 hal ini membuktikan pengaruh kadar kulit pisang pada briket dapat meningkatkan kerapatan briket dan lebih mudah dimampatkan. Tetapi nilai kerapatan briket arang yang dihasilkan belum memenuhi standart, karena nilai kerapatan Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
KE07 - 3
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
yang dihasilkan jauh lebih rendah. Hasil ini masih mungkin ditingkatkan dengan menggunakan alat press yang lebih baik tekanannya. Tabel 2. Massa jenis briket Komposisi K1 K2 K3 K4 K5 K6
ρbawah 0.434 0.397 0.390 0.396 0.371 0.360
ρ 0.440 0.407 0.398 0.402 0.378 0.365
ρatas 0.447 0.418 0.406 0.409 0.384 0.371
Pengujian proksimasi dan nilai kalor Pengujian proksimasi dan nilai kalor dilakukan di laboratorium Nutrisi dan Makanan Ternak Universitas Hasanuddin setelah diestimasi dengan tingkat kepercayaan 95 % didapatkan hasil yang diberikan pada table 3. Tabel 3. Rekapitulasi hasil proksimasi dan nilai kalor NO 1
2
3
4
5
6
Kode Komposisi µbawah µ µatas Komposisi µbawah µ µatas Komposisi µbawah µ µatas Komposisi µbawah µ µatas Komposisi µbawah µ µatas Komposisi µbawah µ µatas
Volatil
karbon
Nilai kalor (kkal/kg)
56.84 58.22 59.60
9.42 11.49 13.56
4733 4821 4909
50.86 51.99 53.12
15.10 15.79 16.49
4525 4697 4869
50.12 51.39 52.65
14.54 15.72 16.89
4584 4675 4766
47.57 48.12 48.66
19.88 20.74 21.59
4736 4792 4849
42.53 43.89 45.26
22.36 23.61 24.87
4731 4846 4960
40.31 41.37 42.43
24.56 26.97 29.37
4976 5074.333 5173
Komposisi (%) Air Abu K1 (bubur pisang 60 %) 6.62 20.29 8.75 21.54 10.89 22.79 K2 (bubur pisang 50 %) 10.47 17.88 12.80 19.42 15.14 20.95 K3 (bubur pisang 40 %) 12.35 17.64 13.84 19.05 15.34 20.46 K4 (bubur pisang 30 %) 11.15 15.85 13.23 17.91 15.31 19.98 K5 (bubur pisang 20 %) 11.67 18.42 12.98 19.51 14.28 20.61 K6 (bubur pisang 10 %) 10.62 17.74 11.76 19.90 12.90 22.06
Kadar air (moisture) Pada table 2 terlihat bahwa kemungkinan kadar air terendah pada penelitian ini sebesar 6,62 % diperoleh pada campuran arang dengan komposisi K1, sedangkan kadar air tertingginya sebesar 15,34 % dihasilkan pada komposisi K3. Hanya komposisi K1 yang Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
KE07 - 4
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
mungkin memenuhi standar briket jepang (6 – 8 %), dan SNI sebesar 8 %. Dan kemungkinan besar masih memenuhi standar Kemen. ESDM (<15 %). Kadar air yang masih cukup tinggi ini terjadi kemungkinan karena proses yang terlalu lama (masuk musim penghujan) dan tidak dilakukan pengeringan setelah pengarangan. Kadar air dalam pembuatan arang diharapkan serendah mungkin agar tidak menurunkan nilai kalor, tidak sulit dalam penyalaan, dan briket tidak banyak mengeluarkan asap pada saat penyalaan. Kadar Abu Pada table 2. terlihat bahwa kemungkinan kadar abu terendah pada penelitian ini sebesar 15,85 % diperoleh pada campuran arang dengan komposisi K4, sedangkan kadar air tertingginya sebesar 22,79 % dihasilkan pada komposisi K1. Untuk semua komposisi kadar abu tidak memenuhi standart Kadar abu yang tinggi ini terjadi kemungkinan karena proses pengarangan yang masih kurang baik dan perlu disempurnakan. Karena penambahan porsi kulit pisang tidak terlalu mempengaruhi hasil kadar abu, hal ini terlihat pada komposisi K1 (bagian kulit pisang 60 %) dan K6 (bagian kulit pisang 10 %) tidak terlihat perbedaan yang mencolok dari kadar abu. Volatile Matter Volatile matters dalam bahan bakar berfungsi untuk stabilisasi nyala dan percepatan pembakaran arang. Semakin besar nilai volatile matter pada bahan bakar maka akan semakin cepat terbakar dan waktu penyalaan bahan bakar akan semakin singkat dan sebaliknya semakin kecil nilai volatile matter maka akan sulit dalam penyalaan awal bahan bakar briket. Berdasarkan hasil pengujian terhadap kadar zat menguap briket arang, kandungan volatile matters d a l a m b r i k e t k o mp o s i s i K1 paling besar yaitu dapat mrncapai 59.60 % dan terendah pada komposisi K6 sampai 40,31 %. Namun belum memenuhi standart yang ada. Dari hasil pada table 2 terlihat adanya penurunan kadar zat menguap dengan pengurangan kadar kulit pisang dalam briket. Kadar Karbon Terikat Berdasarkan hasil pengujian terhadap kadar karbon terikat pada tabel 2, terlihat bahwa kadar karbon terikat terendah pada sampel K1 yaitu sampai 9,42 %, sedangkan kemungkinan tertinggi pada sampel K6 yaitu 29.37 %. Rendahnya kadar karbon terikat pada komposisi K1 disebabkan karena tingginya kadar abu dan kadar zat terbang pada komposisi. Apa bila dibandingkan dengan kadar karbon terikat buatan Jepang (60%80%), Amerika (60%), Inggris (75,3%), dan Indonesia (77%). Maka kadar karbon terikat briket arang hasil penelitian ini tidak memenuhi standar briket yang ada. Nilai Kalor Berdasarkan hasil pengujian pada table 2, nilai kalor briket arang pada penelitian ini berkisar antara 4584 kkal/kg - 5173 kkal/kg . Kemungkinan hasil hanya memenuhi standart SNI (5000 kkal/kg) dan Kemen ESDM. Nilai kalor tertinggi kemungkinan terdapat pada komposisi K6 karena memiliki kadar karbon terikat yang paling besar , kadar zat terbang yang paling kecil, serta komposisi kadar abu dan air yang kurang. Nilai kalor sangat dipengaruhi oleh semua komposisi pengujian , kadar air, abu , zat terbang dan karbon terikat. Sehingga usaha-usaha untuk memperbaiki komposisi kandungan briket pasti akan meningkatkan nilai kalor briket. Pengujian pembakaran briket Hasil pengujian pembakaran briket pada kompor briket dengan metode pendidihan air sebanyak 1 kg pada setiap komposisi briket diberikan pada table 3. Hasil yang kami dapatkan pada tabel 3. selanjutnya dibandingkan dengan penelitian kami sebelumnya Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
KE07 - 5
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
dari briket yang sama dan beberapa penelitian briket arang lainnya, diperlihatkan pada tabel 4. Dari tabel 3 dan tabel 4 diatas dapat dikatakan bahwa dibandingkan dengan briket arang yang lain bahwa briket arang campuran kulit durian dan kulit pisang yang dibuat masih perlu ditingkatan nilai kalor-nya namun kadar volatile yang jauh lebih rendah dari bahan biomassa lainnya Tabel 3. Data Pengujian pembakaran briket kulit durian dan kulit pisang No 1 2
3 4
Subjek Lama asap hilang (menit) Lama masak air 1 liter (menit) Nilai Kalor (kal/g) Kadar volatile (%)
K1 Putih (banyak) 15
K2 Putih (banyak) 15
K3 Putih (banyak) 13
K4 Putih (banyak) 13
K5 Putih (banyak) 13
K6 Putih (banyak ) 14
14
14
14
14
15
15
4821
4697
4675
4792
4846
5074
58,22
52
51,39
48,12
43,89
41,37
Tabel 4. Data Perbandingan Pengujian briket kulit durian dan kulit pisang terdahulu dan penelitian lainnya No
Subjek
K. durian
Tempurung kelapa
Serbuk Gergaji kayu jati Putih (banyak) 20,08
Puth Hitam Lama asap (banyak) hilang (banyak) 37,04 (menit) 7 2 Lama 14 7,19 6,19 masak air 1 liter (menit) 3 Nilai Kalor 5105 5780 5479 (kal/g) 4 Kadar 41,09 89,85 89,88 volatile (%) Sumber : Penelitian terdahulu, dan Jamilatun (2008) 1
Sekam padi
Bonggol Jagung
Hitam (banyak) 29,49
Putih (banyak) 17,59
5,15
5
3073
5351
78,79
85,57
Kesimpulan Sifat-sifat briket arang yang dihasilkan dari campuran kulit durian dan kulit pisang berupa kadar air (M) berkisar pada 6,62 % sampai 15,34 %, abu (ash) berkisar pada 15,85 % sampai 22,79 %, volatile matters (VM) berkisar 40,31 % - 59.60 % , fixed carbon (FC) berkisar antara 9,42 % - 29,37 % dan nilai kalor (HHV) berkisar antara 4584 - 5173 kkal/kg. kerapatan 0,36 - 0,45 gr/cm3, kuat tekan 72 gr/cm2. Hasil perbaikan kualitas mengindikasikan adanya peningkatan nilai kalor namun terjadi juga peningkatan kadar zat terbang. Dibandingkan dengan briket arang yang lain bahwa briket arang campuran kulit durian dan kulit pisang yang dibuat masih perlu ditingkatkan nilai kalor-nya namun kadar volatile yang jauh lebih rendah dari bahan biomassa lainnya. Berdasarkan standart yang ada pada tabel 1 maka untuk kadar air hanya komposisi K1 yang mungkin memenuhi standar briket jepang (6 – 8 %), dan SNI sebesar 8 %. Dan kemungkinan besar masih memenuhi standar Kemen. ESDM (<15 %). Untuk semua komposisi kadar abu, kadar volatile matters dan kadar karbon terikat briket arang hasil penelitian ini tidak memenuhi Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
KE07 - 6
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
standar briket yang ada. Untuk nilai kalor Kemungkinan hasil hanya memenuhi standart SNI (5000 kkal/kg) dan Kemen ESDM. Daftar Pustaka Anonim, 2009, Kulit Pisang Jadi Bahan Bakar, muslimdaily.net/rmd/vvnws Gandhi B.A., 2010. Pengaruh Variasi Jumlah Campuran Perekat Terhadap karakteristik Briket Arang Tongkol Jagung. Jurnal Profesional Vol. 8, No. 1, Mei 2010. Jamilatun S., 2008. Sifat-Sifat Penyalaan dan Pembakaran Briket Biomassa, briket batu bara dan Arang Kayu. Jurnal Rekaya proses., Vol. 2, no. 2, 2008. Marjono, staff TTG Bapermas Provinsi Jateng , 2009 Kulit Durian sebagai Energi Alternatif, Green Action.com. Triono A., 2006. Karakteristik Briket Arang Dari Campuran Serbuk Gergajian kayu Afrika dan Sengon dengan Penambahan Tempurung Kelapa. Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan, IPB, 2006.
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
KE07 - 7
