TEKNOLOGI PEMBUATAN ARANG, BRIKET ARANG DAN ARANG AKTIF SERTA PEMANFAATANNYA Oleh: Gustan Pari, Mahfudin & Jajuli
I. PENDAHULUAN Keterbatasan pengadaan bahan bakar minyak dan gas yang harganya makin mahal dan sifatnya yang tak dapat dipulihkan (non renewable), akan mendorong pemakaian kearah bahan bakar lain dan pengembangan bahan bakar yang dapat diperbarui seperti kayu, limbah pembalakan, limbah perkebunan dan pertanian serta biomassa lainnya. Sampai saat ini untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar sehari-hari dari ± 70% masyarakat Indonesia yang tinggal didaerah pedesaan masih menggunakan kayu bakar. Kayu bakar tersebut diperoleh dari berbagai tempat disekitarnya dimana tempat mereka tinggal seperti pekarangan rumah, kebun, kawasan hutan atau tanaman pertanian dan perkebunan. Di beberapa daerah di Indonesia masyarakatnya sudah ada yang menggunakan arang sebagai keperluan sehari-hari karena lebih panas dan tidak memerlukan tempat yang khusus Limbah-limbah seperti limbah pembalakan, limbah industri pengolahan kayu, dan limbah perkebunan/pertanian seperti tempurung kelapa, tempurung kemiri, sabut kelapa, batang dan bonggol jagung, batang dan kulit kacang tanah, jerami, sekam padi, dll dapat menjadi sumber energi dipedesaan. Nilai kalor bakar cukup tinggi yaitu bekisar 3000-5000 kal/gram, dan bila dimanfaatkan sebanyak 4 kg nilainnya kurang lebih sama dengan panas yang dihasilkan dari 1,3 kg minyak bakar (minyak tanah). Pemakaian limbah sebagai bahan bakar ini masih menggunakan peralatan secara sederhana/tradisional yang mempunyai kelemahan dengan ditunjukan oleh sifat pembakaran yang kurang menguntungkan antara lain banyak timbul asap, abu, dan efesiensinya sangat rendah. Dengan keterbatasan sumber energi dipedesaan dan harga energi yang berasal dari posil cukup tinggi masyarakat cenderung memanpaatkan sumber energi dari kayu bakar meskipun terdapat beberapa kelemahan oleh karena itu perlu dilakukan pembaharuan dan modifikasi peralatan dan sumber energi seperti dengan memperluas tanaman hutan tanaman energi memperbaharui/memodifikasi alat penghasil energi, penyempurnaan bentuk bahan baku, perbaikan sistim pengangkutan dan penyimpanan, sehingga akan diperoleh bahan bakar yang telah dikembangkan dengan teknologi yang sederhana dan praktis seperti arang briket, penyempurnaan tungku pembakaran dengan menghasilkan energi panas yang tinggi. Arang merupakan suatu produk yang dihasilkan dari proses karbonisasi dari bahan yang mengandung karbon terutama biomass kayu. Produk ini utamanya banyak digunakan sebagai sumber energi. Proses pembuatan arang sesungguhnyah dapat dihasilkan berbagai arang yang mempunyai kegunaan berbeda misalnya arang biasa hasil dari pembakaran hanya dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk menghasilkan panas. Sedangkan arang dengan memlalui proses pengaktifan fungsinya dapat berubah untuk kesehatan, pertanian, kecantikan, elektronik, dll. Indonesia telah lama diketahui sebagai produsen arang ekspor di pasar dunia, tercatat Indonesia termasuk nomor satu dari lima negara pengekspor arang terbesar di dunia yaitu China, Malaysia, Afrika Selatan dan Argentina. Tercatat tahun 2000, Indonesia mengekspor arang sebanyak 29.867.000 kg yang terdiri dari arang tempurung kelapa (15,96%), arang mangrove (22,31%) dan arang kayu (61,73%)
II. TEKNOLOGI PEMBUATAN A. Teknologi Pembuatan Arang Berbagai cara dapat ditempuh untuk merubah bahan bakar tradisional menjadi bahan bakar konvesiona. Salah satu diantaranya adalah dengan cara menyempurnakan teknik peralatan pembakaran, misalnya menggunakan tungku bakar yang dapat meningkatkan efesiensi dan mutu pembakaran.cara lain dapat pula ditempuh dengan merubah sifat bahan bakar tersebut sehingga menjadi lebih praktis dalam pemakaian. 1. Pembuatan arang dengan tungku drum hasil modifikasi. - Limbah pembalakan, sebetan dan potongan ujung dari limbah industry pengolahan kayu diarangkan dalam tungku drum hasil modifikasi yang terbuat dari drum bekas pakai (gambar1) - Tungku drum terdiri dari 4 bagian yaitu badan drum yang dibuka salah satu ujungnya, tutup kiln atas, cerobong asap dan lubang-lubang udara pada bagian bawah drum, yang berpungsi juga sebagai tempat pembakaran pertama. - Limbah industri pengolahan kayu dipotong-potong dengan ukuran panjang maksimum 20 cm, lalu dimasukan kedalam tungku drum pada bagian atas dan ditata sedemikian rupa, kemudian dinyalakan dengan cara membakar bagian lubang udara dengan umpan bakar ranting-ranting ayu. - Sesudah bahan baku menyala dan diperkirakan tidak akan padan maka kiln ditutup dan cerobong asap dipasang. - Pengarangan dianggap selesai apabila asap yang keluar dari cerobong menipis dan berwarna kebiru-biruan. Selanjutnya tungku diturunkan sejajar dengan tanah dan cerobong asap ditutup dengan kertas atau kain yang sebelumnya dibasahi dengan air.
Gambar 1. Proses pembuatan arang dengan tungku drum hasil modifikasi 2. Pembuatan arang dengan tungku tradisional dimodifikasi Pembuatan arang secara sederhana dapat dilakukan dengan cara system timbun dengan tanah (cara tradisional yang dimodifikasi): - Tahap pertama pembuatan kotak tanah dengan ukuran 300x200 cm dengan kemiringan tanah 10 dengan kedalaman tanah bagian depan 50 cm dan bagian belakang 20 cm. - Dibagian tengah dibuat jalur berupa selokan yang berukuran 5x15 cm sebanyak tiga jalur arahnya memanjang terhadap kotak tanah. - Ketiga jalur tersebut saling berhubungan dibagian ujung kotak yang paling dangkal(bagian belakang), yang kemudian dihubungkan dengan sebuah cerobong asap yang fungsinya
-
-
-
-
untuk menyalurkan asap. Jalur tengah digunakan untuk tempat pembakaran awal sedangkan jalur bagian kiri dan kanan digunakan untuk sirkulasi udara. Untuk penataan kayu bagian samping bawah kiri dan kanan terlebih dahulu dipasang kayu secara memanjang seukuran dengan panjang kotak tanah kayu bakar ditumpuk melebar terhadap panjang kotak tanah, diatur serapat mungkin agar tidak ada celah diantaranya. Bagian pinggir tumpukan kayu semuanya dipasak dengan kayu untuk menahan dedaunan dan tanah yang akan ditimbunkan dibagian atas tumpukan kayu bakar yang akan dibuat arang. Tahapan selanjutnya yaitu memasukan umpan bakar berupa ranting atau kayu bakar kering pada tempat pembakaran awal yang ada dibagian depan sejajar dengan jalur tengah dan pembakaran selanjutnya dinyalakan lalu dibiarkan sampai membara dan sampai terlihat asap keluar dari cerobong, kemudian lubang pembakaran dan lubang udara ditutup sebagian. Pengarangan dianggap selesai apabila asap yang keluar dari cerobong sudah menipis dan berwarna kebiru-biruan. Semua lubang udara ditutup dan cerobong diangkat, kemudian dilakukan pendinginan selama 2 hari
3. Pembuatan arang dari serbuk gergajian kayu dengan tungku semi kontinyu - Serbuk kayu gergajian diarangkan dalam tungku semi kontinyu yang terbuat dari logam - Serbuk kayu gergajian dimasukan ke dalam tungku yang bagian bawahnya dilengkapi dengan rak yang terbuat dari besi behel ukuran 10 dan 12 mm yang berbentuk persegi panjang. - Proses pengarangan dilakukan di bagian bawah tungku dengan cara mengaduk serbuk yang turun pada bagian atasnya. - Arang yang dihasilkan dimatikan dengan cara melewatkan arang membara kedalam bak yang berisi air. - Dalam satu hari kerja (8 Jam kerja) dapat diarangkan sebanyak 500-1000 kg serbuk gergajian kayu kering udara.
Gambar 3. Alat dan proses pembuatan arang dari serbuk gergajian dengan tungku semi kontinyu dan produknya
4. Pengarangan serbuk gergajian kayu dengan tungku model bak (datar) skala industri - Serbuk kayu gergajian diarangkan dengan tungku yang terbuat dari bata merah yang dilengkapi dengan sirkulasi udara, cerobong asap dan ruang penarik asap. - Pada Tahap pertama diberi amparan ranting-ranting kayu kering 2-3,5 cm kemudian serbuk kayu gergajian ditaburkan ke dalam bak secara merata dengan ketebalan 5 – 10 cm.
- Pada bagian depan tungku dibuat lobang untuk pembakaran awal sebanyak 6 buah dengan 10 cm, kemudian diberi minyak tanah secukupnya dan dibakar sampai membara dan keluar asap dari cerobong asap. - Untuk membantu menarik asap kecerobong pada bagian bawah cerobong dipanaskan dengan cara dibakar dan selanjutnya dilakukan penambahan serbuk gergajian kayu jika sudah terlihat warna serbuk menjadi hitam kecoklatan setiap 2 jam sekali.
Gambar 4 Pengarangan serbuk gergajian kayu dengan tungku model bak Tabel kualitas arang dari limbah kayu Kadar (%) No
Jenis limbah
air
abu
Zat terbang
karbon
Nilai kalor (kal/g)
Rendemen rata-rata (%)
1
Limbah pembalakan hutan tanaman produksi dari kayu campuran (tungku drum)
6,53
2,64
19,56
77,80
6621
26,50
2
Limbah pembalakan hutan tanaman produksi dari kayu puspa (tungku drum)
4,01
2,94
17,31
79,77
6925
25,42
3
Limbah pembalakan hutan tanaman produksi dari kayu jati (tungku kubah)
4,06
3,75
8,64
87,61
6805
28,35
4
Limbah sebetan kayu, potongan ujung dan limbah pada pembuatan komponen meubel kayu campuran (tungku tradisional
5,21
3,42
16,56
84,81
6651
27,73
5
Serbuk gergajian kayu campuran (tungku)
15,85
18,57
19,82
68,29
-
26,15
6
Serbuk gergajian dari kayu campuran (tungku bak)
2,71
1,19
22,25
75,70
-
-
7
Standar Nasional Indonesia (SNI)
6
4
30
-
-
-
B. Teknologi Pembuatan Briket Arang Briket arang merupakan bahan bakar alternatif yang terbuat dari hasil proses pembakaran bahan yang memiliki ukuran/ diameter kecil (ranting, serbuk, serpih, sebetan, tempurung kelapa, tempurung kemiri dll). Limbah dari pengarangan yang berupa bongkah arang yang berukuran kecil atau serbuk dapat diubah menjadi bentuk briket arang yang akan dapat memperbaiki sifat fisiknya terutama kerapatan, kebersihan dan ketahanan tekan serta memperlambat kecepatan pembakaran sehingga bentuk produk tersebut akan mempunyai ukuran yang sama dan lebih disenangi konsumen. Mengubahan komponen kimia kayu menjadi bentuk karbon (arang) ternyata dapat memperbaiki nilai pembakarannya ditinjau dari nilai kalor bakar, mutu pembakaran dan kebersihan. Sifat pembakaran arang lebih menguntungkan dibandingkan dengan asalnya, antara lain nilai kalor bakar lebih tinggi (6000-7000 kkal/kg) serta asap dan kotoran tersisa
lebih sedikit perubahan kayu menjadi arang akan lebih luas penggunaannya sebagai bahan bakar untuk rumah tangga dan industri. Teknologi pembuatan briket arang sudah dilakukan di PUSTEKOLAH dengan menggunakan sistem kempa hidroaulik secara manual dan semi manual. Proses pembuatan briket arang terdiri dari 4 tahap pengerjaan yaitu: pembuatan serbuk dan pengayakan, pencampuran serbuk arang dengan zat pengikat, pengeringan dan pengemasan. Proses pembuatan briket arang adalah sbb: - Pengarangan (Limbah pembalakan, limbah sebetan dan potongan ujung, serbuk gergaji) dengan kadar air 15 – 30% - Arang yang berukuran kecil (tidak laku dijual), digiling kemudian diayak hingga didapat serbuk arang berukuran 20-60 mesh. - Arang serbuk dicampur dengan perekat kanji tapioka (2,5-5% berdasarkan berat) kemudian diaduk sampai rata. - Dimasukan kedalam lubang cetakan briket dan dikempa. - Briket arang yang masih basah dikeringkan dalam open pada suhu 60c selama 24 jam, atau dapat dilakukan dengan cara dijemur dibawah panas matahari selama 2-3 hari.
A B Gambar 5. Mesin briket kempa manual (A) dan lubang pencetak briket arang kontinyu (B) C. Pembuatan Arang Aktif Arang aktif dapat dibuat dari semua bahan yang mengandung karbon, baik itu bahan yang berasal dari bahan organic maupun dari bahan non organic seperti tulang, resin, kayu serbuk gergaji, sekam padi, gambut, batu bara, tempurung kelapa dan tempurung biji-bijian lainnya (Pari, 1995). Ada dua macam cara pembuatan arang aktif yaitu dengan bahan baku arang dan bahan baku aslinya. Tahapan kerja pembuatan arang aktif sbb: 1. Pembuatan granular Arang yang dihasilkan dari proses pengarangan dibuat menjadi bentuk granural dengan ukuran sebesar krikil (Ø 2-3 cm) dengan menggunakan alat pemukul. Untuk serbuk gergaji tidak memerlukan penghalusan ukuran partikel, kegiatan memperkecil bentuk arang adalah untuk memperbesar bidang kontak antara bahan baku dengan bahan pengaktif. 2. Perendaman dalam bahan kimia Arang atau bahan baku lain dimasukan kedalam bak yang didalamnya sudah merisi larutan kimia seperti: ZnCl2, CaCl2 , Mg Cl2, NaOH,H3PO4dalam konsentrasi yang berbeda-beda
tergantung dari jenis bahan. Lama perendaman sekitar 12-24 jam dan kemudian ditiriskan dengan meletakan ditempat terbuka sambil sesekali dibalikan sampai air permukaan hilang. Untuk menghemat larutan kimia dapat juga dengan melakukan meletakan bahan di atas saringan yang bagian atasnya dilapisi kacanyamuk, sehingga larutan sisa dapat digunakan kembali dengan menambah larutan baru. 3. Pengaktipan dengan uap air panas Butiran arang yang selesai ditiriskan dimasukan ke dalam ruangan pengaktif melalui pintu, kemudian pintu ditutup dan dibagian luar ditahan dengan bata merah. Setelah suhu ruang pengaktif mencapai 900oC selanjutnya diberi uap panas ± 36 jam sampai suhu terus meningkat hingga mencapai 1100 oC. Apabila suhu menjadi turun, penyemprotan uap dihentikan sampai suhu meningkat kembali. Pemberian uap secara periodic setiap selang 1520 menit agar suhu ruangan tetap konstan. Setelah penyemprotan selesai, pemanasan masih terus dilakukan selama 12 jam untuk mengeringkan bahan dan kemudian dikeluarkan dari tanur sambil langsung disemprot air agar tidak terbakar. Waktu yang dibutuhkan untuk pengaktipan adalah 48-50 jam. 4. Pengemasan Arang aktif yang sudah kering dikemas dikemas dalam karung plastic yang terlindung dari udara masuk. Pengemasan dalam ukuran besar dapat menggunakan karung plastic pada bagian dalamnya dilapisi lagi dengan lembaran plastic. 5. Kualitas arang aktif Berdasarkan Standat Industri Indonesia kualitas arang aktif harus dapat memenuhi syarat sbb: Uraian
Syarat kualitas Butiran Serbuk
Bagian yang hilang pada pemanasan 950oC (%) Kadar air %
Maks. 15 Maks.4,5
Maks.25 Maks.15
Kadar Abu %
Maks.2,5
Maks.10
Bagian yang tidak mengarang
0.
0.
Daya serap terhadap 12 (mg/g)
Min 750.
Min 750.
Karbon aktif murni (%)
Min 80.
Min 65.
Daya serap terhadap bezana (%)
Min 25.
-.
Daya serapp terhadap biru metilen (mg/g)
Min 60.
Min 120.
Berat jenis curah (g/ml)
0,45-0,55
0,30-0,35
-
Min 90
Jarak mesh (%)
90
-
Kekerasan (%)
80
-
Lolos mesh 325 (5)
D. Kelebihan dan manfaat Arang 1. Arang Biasa: a b c d
Sebagai bahan bakar pengganti Minyak dan kayu bakar Praktis, mudah dan murah untuk diperoleh Mudah dipindah-pindah Memiliki daya bakar yang lebih baik dibanding kayu bakar
2. Arang Briket: a. Bersih dan tidak berdebu. b. Mengeluarkan sedikit asap dan tidak berdebu. c. Abu sisa pembakaran kecil. d. Menghasilkan kalor panas yang tinggi dan konstan. e. Menyala terus tanpa dikipas f. Ramah lingkungan g. Bahan baku briket arang melimpah. 3. Arang Aktif: a. Dapat berfungsi sebagai filter b. Dapat mengurangi zat beracun c. Dapat menyerap emisi gas formaldehida dari formalin d. Dapat menetralisir dari keracunan e. Dapat mengurangi pengaruh pembekuan cahaya f. Dapat meningkatkan presentase pertumbuhan tanaman (semai, anakan) g. Dapat digunakan sebagai pengawet bahan pangan i. Dapat dibuat menjadi sabun, cat tembok, pakan ternak, norit
E. Nano Karbon Nilai tambah yang paling besar dari pemanfaatan limbah kehutanan dan perkebunan ini adalah pembuatan nano karbon untuk keperluan industri outomotive, elektronik, pesawat ruang angkasa, biosensor dan kedokteran. Pada prinsipnya arang yang dibuat masuarakat dapat diolah lebih lanjut dengan memanaskan kembali arang tersebut sampai suhu 8000C untuk mendapatkan karbon dengan kemurnian tinggi yang selajutnya di aliri arus plasma dengan teknologi Spark Plasma Sintering (SPS) pada suhu 900-15000C. Hasil penelitian sementera menunjukkan arang yang disintering pada suhu 900oC dan 1300oC, menunjukkan derajat kristalinitasnya meningkat dari 15,42% menjadi 72,04% dan 79,18%. Hal ini menunjukkan adanya perubahan struktur dari atom karbon yang semula bersifat amorf atau strukturnya tidak beraturan menjadi pola struktur yang teratur dengan nilai tahanan sebesar 1,2 Ω.. Nanao karbon ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk membuat biosensor, batere HP, elektroda, dll
Gambar 6. Tungku arang aktif dan sintering
III. KESIMPULAN Tungku untuk proses pembuatan arang tergantung dari bahan baku yang digunakan. Tungku drum hasil modifikasi digunakan untuk pembuatan arang dari ranting, tempurung (kelapa, sawi, kemiri) dan limbah industry pengolahan kayu ( sebetan, potongan ujung, serutan). Tungku semi kontunyu dan tungku bak (datar)_ digunakan untuk pembuatan arang dari serbuk gergajian kayu. Sedangkan tungku tradisional yang dimodifikasi dapat digunakan untuk pembuatan arang dari limbah pembalakan. Penggunaan tungku tersebut sangat ramah lingkungan karena asap yang terjadi dikondensasikan menjadi asap cair. Briket arang dapat dibuat dengan cara kempa manual dan extruder . Cara kempa manual dapat dikembangkan untuk industry briket arang skala kecil, sedang cara extruder untuk industri briket arang skala menengah Arang aktif adalah arang yang sudah diproses lebih lanjut sehingga pori-porinya lebih terbuka dan permukaannya lebih bertambah besar namun memiliki kadar karbon dan keaktifan yang berpariasi tergantung pada saat aktifasi dan lamanya waktu aktifasi yang diberikan pada saat pengaktifan. Arang aktif dapat digunakan untuk penjernihan air, norit, sabun, cat tembok, kertas karbon untuk pengawet bahan pangan. Nano karbon dapat dibuat dari arang pada suhu 13000C sehingga konduktivitasnya tinggi dan dapat digunakan sebagai bahan biosensor, bater HP dan elektroda
IV. PENUTUP Hasil penelitian tersebut tidak akan berarti tanpa disebarluaskan kepada masyarakat pengguna. Untuk hal ini perlu dilakukan serangkaian ujicoba, maupun alih teknologi kepada masyarakat dengan tujuan selain untuk mempertanggung jawabkan hasil penelitian kepada masyarakat yang telah membiaya kegiatan penelitian ini melalui penerimaan pajak yang disetorkan kepada negara juga untuk memberikan bekal ilmu pengetahuan dan teknologi yang pada akhirnya masyarakat dapat membuat dan mengolah sendiri bahan-bahan yang belum termanfaatkan, minimal untuk kebutuhan sendiri. Hasil sosialisasi baik pada penyuluh maupun kelompok tani telah menghantarkan mereka menjadi juara tingkat nasional dalam hala aplikasi arang kompos pada lahan gerhan dan cuka kayu. BAHAN BACAAN 1.
Hendra, Dj. 2007. Teknologi tepat guna pembuatan arang, briket dan tungku hemat energi. Puslitbang Hasil Hutan. Bogor
2.
Sudrajat dan S. Soleh. Petunjuk teknis pembuatan arang aktif. Puslitbang hasil Hutan dan Sosek klehutanan, Bogor.
3.
Standar Nasional Indonesia. 1995. Arang aktif teknis. SNI 06-3730-1995. Badan Standardisasi Nasional Indonesia, Jakarta.
4.
BPS. 2002. Statistik perdagang dalam dan luar negeri. Jakarta
GELAR TEKNOLOGI TEPAT GUNA Semarang, 2 Oktober 2012
TEKNOLOGI PEMBUATAN ARANG, BRIKET ARANG DAN ARANG AKTIF SERTA PEMANFAATANNYA Oleh: Gustan Pari, Mahfudin & Jajuli
KEMENTERIAN KEHUTANAN BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KEHUTANAN
