GASIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT : Konversi Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Sumber Energi Terbarukan

196

PROSIDING SEMINAR NASIONAL INOVASI PERKEBUNAN 2011

GASIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT :

Konversi Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Sumber Energi Terbarukan 1

Bambang Purwantana1 dan Bambang Prastowo2 Fakultas Teknologi Pertanian UGM Jogja, 2 Puslitbang Perkebunan Bogor [email protected] dan [email protected] ABSTRAK

Dalam pengolahan tandan buah segar (TBS) menjadi minyak kelapa sawit (crude palm oil, CPO), dihasilkan limbah berupa tempurung, serabut, dan tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Setiap pengolahan 1 ton TBS akan dihasilkan TKKS sebanyak 22 – 23% TKKS atau sebanyak 220 – 230 kg TKKS. Jumlah limbah TKKS seluruh Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan mencapai 18.2 juta ton. Jumlah yang luar biasa besar. Namun demikian potensi ini belum dimanfatkan secara optimal. Gasifier merupakan alat atau instrumen yang dapat mengkonversi berbagai bahan padat maupun cair seperti misalnya biomassa dari tandan kosong kelapa sawit menjadi bahan bakar gas. penelitian ini adalah untuk mengetahui kararteristik gasifikasi tandan kosong kelapa sawit sebagai upaya konversinya sebagai sumber energy terbarukan. Penelitian difokuskan pada rancangbangun gasifier tandan kosong sawit untuk menghasilkan prototipe gasifier yang dapat berfungsi atau menghasilkan gas. Dengan mempertimbangkan tingkat teknologi dan kemudahan pengoperasiannya dirancang gasifier dengan system aliran kebawah (downdraft gasifier). Konstruksi dan pengujian dilakukan di unit teknologi mekanik Laboratorium Energi dan Mesin Pertanian Jurusan Teknik Pertanian UGM. Pada variasi ukuran tenggorokan dan panjang ruang reduksi gasifier antara 120 – 150 mm dan tekanan pemadatan sekitar 0,03-0,05 kg/cm2 maka suhu optimal antara 345 – 440 oC dapat tercapai, dengan laju gas hasil gasifikasi sekitar 140 – 155 lpm. Rancangan downdraft gasifier yang dicoba belum menghasilkan karakteristik yang stabil dan masih beragam pada parameter ukuran cacahan bahan, ukuran tenggoroan dan ruang reduksi serta laju pemasukan bahan dan pemadatan bahan yang masuk. Namun pada prisnsipnya, gasifikasi tandan kosong kelapa sawit dapat dilakukan menggunakan downdraft gasifier dengan variasi ukuran tenggorokan dan tinggi ruang reduksinya. Kata kunci : tandan kosong kelapa sawit, gasifikasi, energy terbarukan

PENDAHULUAN Indonesia merupakan salah satu negara penghasil utama kelapa sawit dunia. Disamping volume produk berupa minyak yang sangat besar maka terdapat potensi limbah yang juga sangat besar. Seperti diketahui, dalam proses pengolahan tandan buah segar menjadi minyak sawit sekitar 45% bahan akan menjadi limbah padat berupa seresah, serbuk, serabut, tempurung, dan tandan kosong. Sekitar 50% dari limbah padat tersebut adalah tandan kosong. Pemanfaatan limbah berupa tandan kosong sebagai bahan bakar sampai saat ini masih sangat terbatas. Hal ini terutama disebabkan tingginya nilai kadar air bahan serta dampak berupa polusi yang dihasilkan (Kittikun, et al., 2000). Pemanfaatan limbah secara sepadan akan mengurangi masalah bahkan dapat mendatangkan keuntungan bila dapat mengotimalkan nilai tambah limbah tersebut. PROSIDING SEMINAR NASIONAL INOVASI PERKEBUNAN 2011

197

Dalam pengolahan tandan buah segar (TBS) menjadi minyak kelapa sawit (crude palm oil, CPO), dihasilkan limbah berupa tempurung, serabut, dan tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Setiap pengolahan 1 ton TBS akan dihasilkan TKKS sebanyak 22 – 23% TKKS atau sebanyak 220 – 230 kg TKKS. Jumlah limbah TKKS seluruh Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan mencapai 18.2 juta ton. Jumlah yang luar biasa besar. Namun demikian potensi ini belum dimanfatkan secara optimal.

Gasifier merupakan alat atau instrumen yang dapat mengkonversi berbagai bahan padat maupun cair seperti misalnya biomassa menjadi bahan bakar gas. Gasifier merupakan reaktor kimia dimana berbagai proses kimia dan fisika yang kompelks dapat terjadi, seperti: pengeringan, pemanasan, pirolisis, oksidasi parsial, dan reduksi. Melalui gasifikasi, bahan padat karbonat (CH1,4O0,6) dipecah menjadi bahan-bahan dasar seperti CO, H2, CO2, H2O dan CH4. Gas-gas yang dihasilkan selanjutnya dapat digunakan secara langsung untuk proses pembakaran maupun disimpan dalam tabung gas. Bahan bakar gas yang dihasilkan dalam proses gasifikasi terutama merupakan hasil dari proses pirolisa dan pembakaran. Dengan demikian efektifitas gasifier akan sangat ditentukan oleh rancangbangun bagian atau zone pirolisa dan pembakaran tersebut. Rancangbangun suatu gasifier sangat dipengaruhi oleh jenis bahan baku yang digunakan. Gasifier dengan bahan bakar kulit gabah (Hoki et. al, 2002) misalnya mempunyai rancangbangun yang berbeda dengan gasifier berbahan bakar seresah tebu (Rajeev dan Rajvanshi, 1997). Bridgewater, 2003, menyatakan bahwa bahan bakar gas dapat diperoleh melalui suatu proses panas menggunakan oksidasi parsial, uap air (steam), atau gasifikasi pirolisis (pyrolystic gasification). Konversi thermo-khemis biomassa padat menjadi bahan bakar gas ini secara umum disebut gasifikasi biomassa. Stassen (1995) menyatakan bahwa di negaranegara berkembang, prospek pengembangan gasifier biomassa masih terkendala oleh lebih murah dan mudahnya sumber bahan bakar biomassa dan bahkan minyak, serta biaya awal yang relatif besar, serta belum dijadikannya faktor kelestarian lingkungan dalam seluruh aspek kehidupan. Meskipun demikian dalam jangka panjang, khususnya dengan semakin mahal dan langkanya minyak, dan dengan semakin meningkatnya taraf hidup masyarakat, gasifikasi merupakan salah satu alternatif yang perlu terus dikembangkan. Dengan demikian maka terbuka peluang melakukan konversi termal tandan kosong kelapa sawit menjadi bahan bakar nabati bentuk gas, sekaligus memanfaatkan limbah olah kelapa sawit sebagai sumber energi alternatif di sektor pertanian. McKendry, 2002a, menyimpulkan bahwa gasifikasi biomassa merupakan proses pengkonversian biomassa menjadi bahan bakar berbentuk gas karena adanya proses oksidasi parsial (sedikit oksigen) dari biomassa tersebut pada suhu tinggi antara 800-900C. Gas yang dihasilkan antara lain terdiri dari unsur-unsur hidrogen, karbon monoksida, methan, karbon dioksida, uap air, senyawa hidrokarbon lain dalam jumlah yang kecil, serta bahan-bahan nonorganik (Lim dan Sims, 2003). Gas yang dihasilkan ini mempunyai nilai kalori yang rendah (1000-1200 kCal/Nm3) tetapi dapat dibakar engan efisiensi yang tinggi dengan kontrol yang mudah dan tidak menghasilkan emisi asap (Anonymous, 2006). Setiap kilogram biomassa kering-udara (kadar air ± 10%) mengandung sekitar 2,5 Nm3 bahan bakar gas. Dalam terminologi energi, efisiensi konversi pada proses gasifikasi biomassa berkisar antara 60 – 70% (McKendry, 2002b). Konversi biomassa padat menjadi bahan bakar gas mempunyai beberapa keuntungan seperti murah, pembakaran yang bersih, peralatan pembakaran yang

198


kompak, efisiensi panas yang tinggi, dan kemudahan pengaturan. Teknologi gasifikasi biomassa juga ramah lingkungan, karena dapat mereduksi emisi CO2. Berdasarkan pertimbangan tersebut maka penelitian untuk memanfaatkan limbah tandan kosong kelapa sawit secara sepadan dengan mekanisme gasifikasi perlu dilakukan. Gas yang dihasilkan dapat digunakan secara langsung untuk tujuan pemanasan dalam pengeringan produk pertanian atau digunakan sebagai campuran bahan bakar motor untuk mesin pertanian. Teknologi ini perlu diteliti dan dicoba pengembangannya. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kararteristik gasifikasi tandan kosong kelapa sawit sebagai upaya konversinya sebagai sumber energy terbarukan.

BAHAN DAN METODE Berdasarkan pertimbangan proses yang terjadi pada gasifikasi, maka downdraft gasifier yang dirancang secara garis besar digambarkan melalui skema seperti ditunjukkan pada Gambar 1 berikut. Udara

Gas

Gasifier Siklon

Auger

Outlet abu

Kotoran

Gambar 1. Skema rancangan dasar gasifier biomassa untuk tandan kosong sawit Cara penelitian 1. Bahan 1) Tandan kosong buah kelapa sawit, dicacah sampai ukuran 6-10 cm 2) Plat eser (1x1200x2400), (3x1200x2400), (3x1200x2400), plat strip (5x60x6000), plat siku (5x50x50x6000), kanal (50X70x600) PROSIDING SEMINAR NASIONAL INOVASI PERKEBUNAN 2011

199

3) 4) 5) 6) 7)

Pipa stainless (d=1”), Pipa air (d=1”, d=2”), Pipa poros (d=1”) Bahan las (las rod), Oksigen, Asetilen Mur, baut, kran, kaca, t-drat, sock-drat, isolator, bor, gerinda, lem Termokopel, manometer, termometer, bak, tabung gas, pipet Blower, kompor, standard gas metan

2. Alat 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10)

Perangkat perancangan (komputer, printer, meja gambar) Mesin las (karbit dan listrik) Mesin rol Perkakas perbengkelan Strain amplifier Data logger / data recorder Analog-Digital Converter Komputer Gas analyzer (Gas Chromatography) Ayakan

3. Prosedur pelaksanaan Penelitian difokuskan pada rancangbangun gasifier tandan kosong sawit untuk menghasilkan prototipe gasifier yang dapat berfungsi atau mrenghasilkan gas. Pelaksanaan penelitian terdiri atas perancangan, pembuatan gasifier, uji fungsional, pengukuran (pengambilan data dan sample gas) dan pengujian sampel gas yang dihasilkan. 1) Pengujian sifat fisik dilakukan di Laboratorium Energi dan Mesin Pertanian FTP-UGM. Pengujian sifat kimia berupa uji proximat bahan juga dilakukan di FTP-UGM. 2) Perancangan. Dengan mempertimbangkan tingkat teknologi dan kemudahan pengoperasiannya dirancang gasifier dengan system aliran kebawah (downdraft gasifier). Detail rancangan digambar melalui gambar teknik menggunakan AutoCad. 3) Pembuatan Berdasarkan gambar rancangan, dibuat konstruksi gasifier. Konstruksi dilakukan di unit teknologi mekanik Laboratorium Energi dan Mesin Pertanian Jurusan Teknik Pertanian UGM. Pekerjaan konstruksi terdiri atas pemotongan bahan, rolling untuk pembuatan tabung, dan pengelasan. 4) Uji Fungsional Sebelum dilakukan pengujian, pengambilan data dan pengujian sampel gas, dilakukan uji fungsional terhadap alat untuk melihat apakah alat dapat berjalan atau bekerja sesuai rancangan. 5) Pengujian Pengamatan yang dilakukan meliputi: a. Pengamatan suhu. Pengamatan dilakukan dengan merekam perkembangan suhu menggunakan termokopel selama proses gasifikasi dengan menggunakan data logger atau data recorder dan secara manual. Disamping pengukuran suhu di dalam ruang gasifier, diukur juga suhu di luar atau di sekeliling alat.

200


b. Pengamatan abu pembakaran Untuk mengamati efektifitas pembakaran dilakukan pengukuran dimensi abu yang dihasilkan serta prosen sisa bahan bakar yang tidak terbakar habis. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan ayakan (sieve). c. Pengamatan gas hasil pembakaran Gas hasil pembakaran atau gasifikasi diambil dan ditampung dalam kantong atau tabung sampel gas menggunakan gas injektor. Komposisi gas dianalisis dengan menggunakan gas kromatograf. d. Pengukuran kinerja gasifikasi Pengukuran dilakukan untuk menghitung kinerja gasifikasi yang meliputi laju aliran gas, nilai pemanasan gas, energi yang dihasilkan dan energi yang dimasukkan, kemudahan operasi, dan periode operasi per siklus. Pada penelitian ini pengembangan baru dilakukan sampai pada tahap menghasilkan gas bakar.

HASIL DAN PEMBAHASAN Dimensi dasar gasifier rancangan dapat dilihat pada Gambar 2. Gasifier yang dirancang selanjutnya juga dilengkapi dengan sistem pembersihan udara dan pendinginan gas yang terdiri dari dua bua siklon dan satu scrubber. Perlakuan pengaruh penggunaan siklon dan scrubber belum dilakukan pada penelitian ini.

Gambar 2. Skema dan dimensi dasar gasifier rancangan Berdasarkan gambar rancangan yang telah dibuat kemudian dilakukan pekerjaan konstruksi. Beberapa visualisasi pekerjaan konstruksi dapat dilihat pada Gambar 3 berikut.


201

Cyclone-1, cyclone-2, water scrubber

Rangkaian cyclone dan water scrubber

Gas blower

Valve regulator

Gambar 3. Konstruksi gasifier Berdasarkan mekanisme operasional gasifier tersebut telah dilakukan uji kinerja gasifikasi dengan beberapa perlakuan terbatas. Beberapa parameter kinerja yang diamati antara lain suhu, abu pembakaran, gas produksi, dan kapasitas produksi gas. Contoh gas produksi sebelum dan setelah dinyalakan adalah seperti pada Gambar 4. Beberapa perlakuan untuk memperoleh kinerja optimal gasifikasi akan dilakukan pada tahap penelitian berikutnya.

202


Gambar 4. Contoh gas sebelum dan setelah dinyalakan Hasil pengamatan laju bahan, suhu dan gas pada beberapa diameter tenggorokan dan panjang ruang reduksi yang berbeda adalah seperti Tabel 1, 2 dan 3 berikut. Tabel 1. Kinerja suhu, gas produksi dan laju bahan pada beberapa diameter tenggorokan gasifier No 1 2 3

Diameter tenggorokan (mm) 90 120 150

Sugu gas produksi (°C)

Gas CH4 (%)

Laju bahan bakar (kg/jam)

320-370 345-425 370-440

0,2-2,4 0,2-2,6 0,2-2,1

4,23 5,28 5,54

Tabel 2. Kinerja suhu, gas produksi dan laju bahan pada beberapa panjang ruang reduksi gasifier No 1 2 3

Panjang ruang reduksi (mm) 100 200 300

Sugu gas produksi (°C)

Gas CH4 (%)

Laju bahan bakar (kg/jam)

295-380 365-440 370-425

0,2-2,6 0,2-2,2 0,4-2,6

6,24 5,64 5,62

Tabel 3. Kinerja suhu, gas produksi dan laju bahan pada beberapa ukuran bahan No

Ukuran panjang Sugu gas produksi Gas CH4 Laju bahan bakar bahan (°C) (%) (kg/jam) (mm) 1 60 340-430 0,2-1,8 5,64 2 100 325-390 0,3-2,1 4,68 Proses konversi biomassa tandan kosong kelapa sawit menjadi gas produksi belum stabil, yang ditunjukkan belum kontinyunya nyala gas yang dibakar di bagian outlet. Dari pengamatan suhu proses gasifikasi di beberapa titik pengamatan seungguhnya sudah PROSIDING SEMINAR NASIONAL INOVASI PERKEBUNAN 2011

203

memenuhi kriteria dalam hal tingginya suhu yang dicapai namun fluktuasinya masih cukup besar. Suhu optimal sekitar 340 – 430 oC pada ukuran bahan kurang dari 6 cm dengan laju bahan sekitar 5,64 kg/jam dan menghasilkan gas methan sekitar 0,2 – 1,8 %. Pada variasi perlakuan ruang reduksi lainnya bahkan dapat sampai 2,6 %. Ukuran tenggorokan yang optimal terlihat antara 120-150 mm yang menghasilkan suhu optimum yaitu sekitar 345 – 425 oC dengan hasil gas methan antara 2,1 – 2,6 % pada laju bahan sekitar 5,26 kg/jam. Laju gas dapat tercatat sekitar 140 – 155 lpm. Berdasarkan hal ini maka gasifikasi memang belum stabil. Diperhitungkan bahwa faktor kepadatan bahan memegang peran penting terhadap fenomena ini. Oleh karena itu perbaikan kedepan akan dilakukan pada faktor pengaturan kepadatan bahan ini. Pemadatan akan menghasilkan proses gasifikasi yaitu pada tekanan terhadap bahan (cacahan tandan kosong sawit dalam ruang pemasukan) sebesar 0,03 – 0,05 kg/cm2. Untuk menghasilkan proses gasifikasi yang stabil maka ukuran bahan, tingkat pemadatan bahan yang masuk serta laju pemasukan bahan masih perlu dikaji lebih lanjut.

KESIMPULAN 1. Pada variasi ukuran tenggorokan dan panjang ruang reduksi gasifier antara 120 – 150 mm dan tekanan pemadatan sekitar 0,03-0,05 kg/cm2 maka suhu optimal antara 345 – 440 oC dapat tercapai, dengan laju gas hasil gasifikasi sekitar 140 – 155 lpm. 2. Rancangan downdraft gasifier yang dicoba belum menghasilkan karakteristik yang stabil dan masih beragam pada parameter ukuran cacahan bahan, ukuran tenggoroan dan ruang reduksi serta laju pemasukan bahan dan pemadatan bahan yang masuk. Namun pada prisnsipnya, gasifikasi tandan kosong kelapa sawit dapat dilakukan menggunakan downdraft gasifier dengan variasi ukuran tenggorokan dan tinggi ruang reduksinya

SARAN Perlu diperoleh ukuran optimal dari cacahana bahan, tenggorokan dan ruang reduksi serta besarnya tekanan yang harus duiberikan kepada bahan cacahan tandan kosong kelapa sawit yang masuk ke gasifier. DAFTAR PUSTAKA Anonymous, 2006. http://static.teriin.org/division/eetdiv/beta/biomass.htm Bridgewater, A. 2003. Renewable fuels and chemicals by thermal processing of biomass. Chemical Engineering Journal, Vol. 91:87-102 Hoki, M., Sato, K., Miao, Y., Nishidate, J., 2002. The study of biomass gasification system – temperature control of rice husk gasifier. Proceeding of the International Agricultural Engineering Conference, Wuxi, China, November 28-30, 2002:578-582 Kittikun, A.H. Prasertsan, P. Srisuwan, G. Krause. 2000. Environmental Management for Palm Oil mil. Conference on Material Flow Analysis of Integrated Bio-System. Lim, K., Sims, R. 2003. Liquid and gaseous biomass fuels, in R Sims (ed.), Bioenergy option for a cleaner environment, Elsevier, the United Kingdom

204


McKendry, P. 2002a. Energy production from biomass (part 2): conversion technologies. Bioresource technology. Vol. 83:47-54 McKendry, P. 2002b. Energy production from biomass (part 3): gasification technologies. Bioresource technology. Vol. 83:55-63 Rajeev J. And Rajvanshi, A.K. 1997. Sugarcane leaf-bagasse gasifier for industrial heating application. Biomass and Bioenergy Vol.13, No.3:141-146 Stassen, H.E. 1995. Small-scale biomass gasifier for heat and power; a global review. The World Bank: 49-50.


205

GASIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT : Konversi Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Sumber Energi Terbarukan

Recommend Documents