NERACA MASSA DAN PENGEMBANGAN PROSES MANDIRI ENERGI PADA PABRIK CPO
HERMASLIN PASARIBU
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Maret 2015 Hermaslin Pasaribu NIM F34100021
ABSTRAK HERMASLIN PASARIBU. Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO. Dibimbing oleh TAJUDDIN BANTACUT. Pabrik kelapa sawit menggunakan energi dalam jumlah besar sehingga keterbatasan pasokan bahan bakar fosil di masa yang akan datang menjadi kendala produksi. Tujuan penelitian ini adalah menghitung kebutuhan energi rasional produksi CPO dan mengkaji kecukupan energi melalui pemanfaatan hasil samping. Model neraca massa dikembangkan untuk menggambarkan kebutuhan dan kecukupan energi tersebut. Hasil perhitungan model berdasarkan kinerja rasional, pabrik kelapa sawit 60 ton tandan buah segar/jam dapat menghasilkan rendemen sebesar 26,80%. Volume hasil samping biomassa yaitu tandan kosong, serat, cangkang, dan limbah cair masing-masing 14.265,3 kg, 4.612,9 kg, 1.958,7 kg dan 21.057 kg. Potensi energi yang dapat dimanfaatkan dari hasil samping tersebut adalah sebesar 65.006.768 kkal. Energi tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik pabrik 1.020 kWh dan uap panas 30 ton bahkan menghasilkan kelebihan energi sebesar 1.021,78 kWh. Dengan demikian, pabrik CPO dapat mandiri energi dengan pemanfaatan hasil samping sebagai sumber energi, sehingga dapat dibatasi dalam penggunaan bahan bakar fosil dan listrik dari jaringan umum. Kata kunci: biomass pabrik kelapa sawit, mandiri energi, model neraca massa
ABSTRACT HERMASLIN PASARIBU. Mass Balance and Development of Energy Independent Process in CPO Mills. Supervised by TAJUDDIN BANTACUT. Palm oil mill consumes large amounts of energy so that the limited supply of fossil fuels in the future become a production constraint. The purpose of this study was to calculate the rational energy requirements of CPO production and assess the adequacy of energy through the utilization by-products of byproducts. Mass balance model was developed to describe the need and the sufficiency of energy. The results of the model calculations based on the rational performance, palm oil mill with capacity of 60 tons fresh fruit bunches/hour produce crude palm oil at 26.80% yield. This production coupled with biomass by-products include empty bunches, fiber, shells, and liquid waste 1,4265.3 kg, 4,612.9 kg, 1,958.7 kg and 21,057 kg respectively. These by-product potentially consist of energy as much as 65,006,768 kcal. This energy can be used to meet the energy needs of 1,020 kWh of electrical plant and steam 30 tons with an excess energy of 1,021.78 kWh. Palm oil mills can be a surplus energy production system. Therefore it is recommended that palm oil mills should be restricted in using fossil energy and electricity from public network. Keywords: mass balanced model, oil palm’s biomass, self-help energy
NERACA MASSA DAN PENGEMBANGAN PROSES MANDIRI ENERGI PADA PABRIK CPO
HERMASLIN PASARIBU
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
Judul Skripsi : Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO Nama : Hermaslin Pasaribu NIM : F34100021
Disetujui oleh
Dr Ir Tajuddin Bantacut, MSc Dosen Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini ialah Neraca Massa dan Pengembangan Proses Mandiri Energi Pada Pabrik CPO. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Tajuddin Bantacut selaku pembimbing. Di samping itu, ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya termasuk juga teman-teman, dosen dan staf departemen Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2015 Hermaslin Pasaribu
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Kerangka Pemikiran
2
Jenis dan Sumber Data
3
Pemodelan Neraca Massa dan Energi
3
Pengolahan dan Analisis Data HASIL DAN PEMBAHASAN
10 10
Model Neraca Massa dan Energi Level I
10
Model Neraca Massa dan Energi Level II
10
Model Neraca Massa dan Energi Level III
11
Pemanfaatan Hasil Samping Industri Minyak Sawit
12
Rancangan Proses Produksi CPO Mandiri Energi
16
SIMPULAN DAN SARAN
17
Simpulan
17
Saran
17
DAFTAR PUSTAKA
17
LAMPIRAN
21
RIWAYAT HIDUP
27
DAFTAR TABEL Keterangan simbol pada Gambar 2 Faktor efisiensi pada model Level II Keterangan simbol pada Gambar 3 Faktor efisiensi model Level III Hasil perhitungan model Level I Hasil perhitungan model Level II Hasil perhitungan model Level III dan faktual pabrik Kandungan kalori tandan buah segar Potensi energi limbah cair kelapa sawit (LCPKS) Potensi energi biomassa pabrik kelapa sawit 60 ton/jam Potensi uap berbasis hasil samping pabrik kelapa sawit 60 ton/jam
4 6 7 9 10 11 11 12 14 15 15
DAFTAR GAMBAR Model neraca massa Level I Model neraca massa Level II Model neraca massa Level III Hasil perhitungan model Level III Sistem biogas berbasis LCPKS Sistem pemanfaatan biomassa kelapa sawit Diagram pengolahan kelapa sawit 60 ton/jam mandiri energi
3 3 6 12 14 15 16
DAFTAR LAMPIRAN Data Pengolahan Kelapa Sawit PT X bulan Juni Matriks Perhitungan Model Level II Hasil Perhitungan Matriks Model Level II Matriks Perhitungan Model Level III Hasil Perhitungan Matriks Model Level III Hasil Perhitungan potensi hasil samping pabrik kelapa sawit Sistem Pengolahan Kelapa Sawit Mandiri Energi
21 22 22 23 24 25 26
PENDAHULUAN Latar Belakang Proses produksi pada pabrik kelapa sawit membutuhkan energi dalam jumlah yang besar. Energi rata-rata pengolahan per ton tandan buah segar (TBS) adalah sebesar 17-20 kWh dan 0,35-0,5 ton uap panas (Chavalparit 2006; Vijaya et al. 2008; Sommart dan Suneerat 2011). Sejalan dengan kesinambungan dan mungkin pertambahan permintaan terhadap minyak sawit dan produk olahannya maka akan terjadi peningkatan kebutuhan energi. Pada proses produksi crude palm oil (CPO), sumber energi terbesar yang digunakan berasal dari bahan bakar fosil yang ketersediaannya mengalami penurunan setiap tahun (The Colorado River Comission of Nevada 2002). Di Indonesia, total cadangan minyak bumi diperkirakan habis dieksplorasi dalam 32 tahun mendatang (ESDM 2012). Oleh sebab itu, dalam beberapa tahun ke depan, terbatasnya persediaan bahan bakar fosil akan menjadi kendala utama proses produksi industri termasuk pabrik kelapa sawit. Tandan buah segar sebagai bahan baku memiliki kandungan energi yang tinggi. Sebagian energi tersebut terbuang ke lingkungan dalam bentuk hasil samping seperti tandan kosong, cangkang, serat, dan limbah cair. Berdasarkan basis kering, tandan kosong kelapa sawit mengandung heating value antara 9,619 MJ/kg, cangkang 17-21 MJ/kg, dan serat 4,6-5 MJ/kg (Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein 2002; Pleanjai et al. 2007; Kavalek et al. 2012; WURFBR 2013). Beragam kajian telah dilakukan dan merekomendasikan cara pemanfaatan hasil samping pabrik minyak sawit tersebut. Tandan kosong kelapa sawit, serat, dan cangkang dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler (Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein 2002; Pleanjai et al. 2007; Kavalek et al. 2012; Singh et al. 2013; WURFBR 2013). Tandan kosong dan serat dengan kelembaban masing-masing 60-70% dan 17-40% dikeringkan terlebih dahulu sebelum dimanfaatkan sedangkan cangkang dapat langsung dimanfaatkan (NL Agency 2003; Sing et al. 2010). Limbah cair kelapa sawit dengan sistem kolam anaerobik dapat menghasilkan biogas yang mengandung 40-70% metan (Ma 1999). Penelitian tersebut bersifat parsial sehinggga penerapannya dalam sistem terpadu sulit dilakukan. Oleh karena itu, penelitian terhadap sistem terpadu produksi CPO dengan memanfaatkan hasil penelitian tersebut perlu dilakukan. Penelitian ini mengkaji pemanfaatan hasil samping pabrik kelapa sawit untuk memenuhi kebutuhan energi pabrik. Analisis dilakukan dengan mengembangkan model neraca massa yang menghubungkan input, produk, dan hasil samping yang terbuang ke lingkungan. Dalam penelitian ini, pengembangan model didasarkan pada pendekatan hukum kekekalan massa. Model ini menghasilkan perhitungan kecukupan energi pabrik dari pemanfaatan hasil samping. Jika energi yang dapat diperoleh dari optimalisasi dan pemanfaatan hasil samping sama dengan atau melebihi energi yang diperlukan, maka pabrik tersebut dapat dikembangkan sebagai sistem produksi mandiri energi. Sebaliknya, jika energi yang dapat diperoleh tersebut lebih kecil dari kebutuhan, maka sistem produksi memerlukan input atau tambahan energi dari luar sistem sehingga sistem tersebut bergantung pada tambahan energi dari luar.
2 Tujuan Penelitian Tujuan utama penelitian ini adalah pengembangan rancangan proses produksi pabrik kelapa sawit mandiri energi. Kajian sistem produksi dari pengembangan aliran proses berdasarkan prinsip-prinsip kesetimbangan massa dan energi. Untuk mencapai tujuan ini, langkah-langkah utama yang dilakukan: 1. Menganalisis kesetimbangan massa dalam produksi CPO. 2. Menghitung potensi rasional energi yang dapat dihasilkan dari pemanfaatan hasil samping pabrik menggunakan model neraca massa dan energi. 3. Membangun aliran proses produksi mandiri energi serta minimal input (less input) dan optimal output.
Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini difokuskan pada aliran massa pada proses produksi berdasarkan prinsip-prinsip kekekalan massa, membuat perhitungan kebutuhan energi optimal, analisis potensi energi yang dapat dihasilkan dari hasil samping produksi CPO sebagai dasar perancangan aliran massa dan energi tertutup pada proses produksi CPO. Penelitian dilakukan pada pabrik kelapa sawit yang menghasilkan CPO dan kernel dengan kapasitas 60 ton tandan buah segar/jam. Oleh karena itu, model kesetimbangan massa dan energi fokus dan dibatasi pada pabrik tersebut.
METODE Kerangka Pemikiran Tandan buah segar (TBS) mengandung minyak/lemak, serat, cangkang, tandan kosong, yang dapat dikonversi menjadi energi (materials bearing energy). Oleh karena itu, pengolahan TBS menjadi CPO dapat dilakukan dengan memanfaatkan energi yang terkandung di dalamnya. Pada tahap pendahuluan, pemanfaatan hasil samping atau bahan yang belum dimanfaatkan secara optimal digunakan sebagai sumber energi. Apabila tidak mencukupi, maka tahap berikutnya adalah menggunakan sebagian kandungan utama (minyak/lemak) untuk energi. Untuk memudahkan, kajian dilakukan dengan membuat model kesetimbangan massa dan energi berdasarkan hukum kekekalan massa dan energi. Hubungan tersebut menunjukkan kuantifikasi massa dan energi dalam setiap tahapan proses sehingga diketahui jumlah potensial yang dapat dimanfaatkan dalam sistem produksi. Alat perhitungan pengembangan model menggunakan Microsoft Excel. Hasil perhitungan yang diperoleh digunakan untuk mengetahui kecukupan energi pabrik dari pemanfaatan hasil samping. Jika energi yang dapat diperoleh sama dengan atau melebihi energi yang diperlukan, maka pabrik tersebut dapat dikembangkan sebagai sistem produksi mandiri energi dengan rancangan proses tertutup. Sebaliknya, jika energi yang dapat diperoleh tersebut lebih kecil dari
3 kebutuhan, maka sistem produksi memerlukan input atau tambahan energi dari luar sistem sehingga sistem tersebut disebut dengan tidak mandiri energi.
Jenis dan Sumber Data Data yang digunakan adalah data primer dan data sekunder. Data primer diperoleh dari pengamatan langsung terhadap sistem input-output proses produksi CPO, kebutuhan energi selama proses, dan sumber energi yang digunakan untuk menggerakkan pabrik. Data sekunder berasal dari studi literatur seperti buku, sumber elekronik, jurnal nasional dan internasional, laporan penelitian, skripsi, majalah, laporan perusahaan dan buku statistik.
Pemodelan Neraca Massa Model Neraca Massa Level I Model sistem pengolahan CPO sederhana (Level I) dengan asumsi bahwa produksi CPO dalam satu kompartemen untuk melihat hubungan input, produk dan waste. Model neraca massa sederhana ini dapat dilihat pada Gambar 1. Perincian model menjadi model berikutnya adalah untuk memperbaiki akurasi perhitungan. Model ini mengacu pada proses produksi CPO dengan basis perhitungan pada kapasitas olah 60 ton TBS/jam. I
Sistem pengolahan CPO
P
W
Gambar 1 Model neraca massa Level I Keterangan: I= Input, P= Produk, W= Waste, sehingga I= P+L dan efisiensi (E)= P/I.
Model Neraca Massa Level II Pada level ini, model dikembangkan dengan membangun kompartemen 1Model neraca massa dan energi Level menurut stasiun Gambar proses pengolahan kelapa sawit sehingga mendekati keadaan faktual. Kompartemen tersebut adalah stasiun penerimaan buah, perebusan, perontokan buah, pengempaan, pemurnian minyak, dan stasiun pengolahan biji.
Gambar 2 Model neraca massa Level II (Keterangan simbol pada Tabel 1)
4 Tabel 1 Keterangan simbol pada Gambar 2 Kompartemen I II III IV V VI Input I1 = Tandan buah segar (TBS) Waste W1 = TBS ditolak W2 = Limbah cair perebusan W3 = TKKS (tandan kosong) W5 = Limbah cair pemurnian W6 = Cangkang
Keterangan (stasiun) Penerimaan tandan buah segar Perebusan Perontokkan buah Pengempaan Pemurnian minyak Pengolahan (pemecahan) biji Produk P5 = Minyak (Crude Palm Oil) P6 = Inti (Kernel) Aliran internal X1 = TBS olah X2 = Tandan buah rebus X3 = buah kelapa sawit X4 = minyak kasar hasil pengempaan X5 = serat buah dan biji
Model neraca massa Level II dapat dilihat pada Gambar 2. Pada model neraca massa Level II, terdapat 13 peubah yang terdiri dari 1 peubah bebas (I1) dan 12 peubah terikat (X1, X2, X3, X4, dan X5; P5 dan P6 ; W1,W2,W3,W5, dan W5) (Gambar 2). Peubah bebas merupakan input massa, sedangkan peubah terikat merupakan hasil output dari proses. Dari 13 peubah terikat didapatkan beberapa persamaan yang dapat diklasifikasikan menjadi persamaan kesetimbangan massa dan persamaan efisiensi. Berikut ini adalah persamaan matematika dan penjelasan dari 13 peubah yang digunakan pada model neraca massa Level II. Persamaan keseimbangan massa: Kompartemen 1 : I1 – X1 – W1 Kompartemen 2 : X1 – X2 – W2 Kompartemen 3 : X2 – X3 – W3 Kompartemen 4 : X3 – X4 – X5 Kompartemen 5 : X4 – W5 – P5 Kompartemen 6 : X5 – W6 – P6
= 0…………………(2.1) = 0…………………(2.2) = 0…………………(2.3) = 0…………………(2.4) = 0…………………(2.5) = 0…………………(2.6)
Persamaan efisiensi: Kompartemen 1 Efisiensi persamaan matematika pada penerimaan buah (a1) a1 =
𝑋1 I1
= 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑇𝐵𝑆 𝑦𝑎𝑛𝑔𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑆𝑡.𝑃𝑒𝑛𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎𝑎𝑛 𝐵𝑢𝑎 ℎ 𝑇𝐵𝑆 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝑘𝑒𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑆𝑡.𝑃𝑒𝑛𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎𝑎𝑛 𝐵𝑢𝑎 ℎ
Berdasarkan pengamatan di lapangan, rata-rata TBS yang tidak layak olah (mentah, rusak, dan sebagainya) sebesar 0,5%. Stasiun penerimaan buah
5 merupakan stasiun sebelum dilakukannya pengolahan terhadap kelapa sawit. TBS yang keluar dari stasiun ini yaitu 99,5%, sehingga nilai a1 adalah 0,99. Kompartemen 2 Efisiensi pada perebusan buah (a2) 𝑋2
a2 = X1 =
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝑆𝐹𝐵 𝑇𝐵𝑆 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑠𝑢𝑑𝑎 ℎ 𝑑𝑖𝑏𝑒𝑟𝑖 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑚 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝐵𝑆 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝑘𝑒𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑆𝑡𝑒𝑟𝑖𝑙𝑖𝑧𝑒𝑟
TBS yang keluar dari stasiun rebusan disebut sterilized fruit bunches (SFB). DitJend PPHP (2006) menyebutkan bahwa SFB yang dihasilkan dari stasiun perebusan yaitu 88,5%, jadi nilai a2 adalah 0,89. Kompartemen 3 Efisiensi pada perontokan buah (a3) X3
𝐵𝑟𝑜𝑛𝑑𝑜𝑙𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑟𝑜𝑛𝑡𝑜𝑘
a3 = 𝑋2 = 𝑆𝐹𝐵 𝑦𝑎𝑛𝑔
𝑑𝑖𝑜𝑙𝑎 ℎ (𝑑𝑖𝑟𝑜𝑛𝑡𝑜𝑘𝑘𝑎𝑛 )
Bobot brondolan dari tandan buah segar yaitu sebesar 64,5% masing-masing terdiri atas serat dan minyak (mesocarp), serta cangkang dan kernel (Pleanjai et al. 2004). Nisbah brondolan dengan SFB yang dirontokkan adalah 0,73. Jadi, nilai a3 adalah 0,73. Kompartemen 4 Efisiensi dalam pengolahan buah (a4) X4
a4 = 𝑋3 =
𝐶𝑟𝑢𝑑𝑒 𝑂𝑖𝑙 kasar 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝐵𝑟𝑜𝑛𝑑𝑜𝑙𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑜𝑙𝑎 ℎ
Minyak kelapa sawit yang berasal dari screw press terdiri atas campuran minyak (35-45%), air (45-55%) dan padatan lain dengan proporsi yang beragam (Singh et al. 2010). Dengan demikian, persentase minyak dengan kadar air tertentu (crude oil) terhadap tandan buah yaitu sebesar 50%. Bobot buah brondolan dari tandan buah segar yaitu sebesar 64,5% masing-masing terdiri atas serat dan minyak (mesocarp), serta cangkang dan kernel (Pleanjai et al. 2004). Nisbah crude oil dengan buah brondolan adalah 0,77 sehingga nilai a4 adalah 0,77. Kompartemen 5 Efisiensi dalam menghasilkan pure oil atau CPO (a5) P5
a5 = 𝑋4 =
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝑝𝑢𝑟𝑒 𝑜𝑖𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑟𝑢𝑑𝑒 𝑜𝑖𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑚𝑢𝑟𝑛𝑖𝑘𝑎𝑛
Minyak kelapa sawit yang berasal dari screw press terdiri atas campuran minyak (35-45%), air (45-55%) dan padatan lain dengan proporsi yang beragam (Singh et al. 2010). Jadi, nilai a5 adalah 0,50. Kompartemen 6 Efisiensi dalam menghasilkan kernel (a6)
6 P6
a5 = 𝑋5 =
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝑘𝑒𝑟𝑛𝑒𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑗𝑖 𝑢𝑡𝑢 ℎ 𝑑𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑜𝑙𝑎 ℎ
Persentasi kernel yang dihasilkan pada pengolahan kelapa sawit sebesar 6%, sedangkan biji utuh yang diolah 13% terhadap TBS (Lorestani 2006). Sehingga nilai a6 adalah 0,46. Berdasarkan uraian di atas, nilai faktor-faktor efisiensi dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Faktor efisiensi pada model Level II Simbol a1 a2 a3 a4 a5 a6
Nilai 0,99 0,89 0,73 0,77 0,50 0,46
Model Neraca Massa Level 3 Model Level III menggunakan rincian tahapan proses pada beberapa stasiun pengolahan kelapa sawit sebagai kompartemen seperti pada Gambar 3. Kompartemen pada level ini adalah stasiun penerimaan buah, stasiun perebusan, stasiun perontokan buah, pengempaan buah, penyaringan kotoran, pemisahan sludge, pengurangan kadar air minyak pada oil purifier, pengurangan kadar air
Gambar 3 Model neraca massa Level III (Keterangan simbol pada Tabel 3) minyak pada vacuum dryer, pemisahan serat, pemisahan cangkang, pengurangan kadar air kernel.
7 Tabel 3 Keterangan simbol pada Gambar 3 Kompartemen I II III IV V VI VII VIII IX X XI Input I1 = Tandan Buah Segar Waste W1 = TBS ditolak W2 = Limbah cair perebusan W3 = TKKS (tandan kosong) W5 = Kotoran W6 = Sludge W7, W8 = Air W9 = Serat W10 = Cangkang W11 = Air
Keterangan Stasiun penerimaan buah Stasiun perebusan Stasiun perontokkan buah Pengempaan buah Penyaringan kotoran Pemisahan sludge Pengurangan air pada oil pirifier Pengurangan air pada vacuum dryer Pemisahan serat Pemisahan cangkang Pengurangan kadar air kernel Produk P8 = Minyak (Crude Palm Oil) P11 = Inti (Kernel) Aliran internal X1 = TBS olah X2 = Tandan buah rebus X3 = buah kelapa sawit X4 = minyak kasar hasil pengempaan X5 = serat buah dan biji X6 = minyak kasar X7 = minyak kasar CST X8 = minyak
Model neraca massa Level III meliputi 23 peubah yang terdiri atas 1 peubah bebas (I1) dan 22 peubah terikat (X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10 ; P8 dan P11 ; dan W1, W2, W3, W5, W6, W7, W8, W9, W10, dan W11) (Gambar 3). Dari 22 peubah terikat didapatkan beberapa persamaan yang dapat diklasifikasikan menjadi persamaan kesetimbangan massa dan persamaan efisiensi. Berikut ini adalah persamaan matematika dan penjelasan dari 23 peubah yang digunakan pada model neraca massa Level III. Persamaan Keseimbangan Massa: Kompartemen 1 : I1 – X1 – W1 Kompartemen 2 : X1 – X2 – W2 Kompartemen 3 : X2 – X3 – W3 Kompartemen 4 : X3 – X4 – X5 Kompartemen 5 : X4 – X6 – W5 Kompartemen 6 : X6 – X7 – W6 Kompartemen 7 : X7 – X8 – W7 Kompartemen 8 : X8 – P8 – W8
= 0…………………(3.1) = 0…………………(3.2) = 0…………………(3.3) = 0…………………(3.4) = 0…………………(3.5) = 0…………………(3.6) = 0…………………(3.7) = 0…………………(3.8)
8 Kompartemen 9 : X5 – X9 – W9 Kompartemen 10 : X9 – X10 – W10 Kompartemen 11 : X10 – P11 – W11
= 0…………………(3.9) = 0…………………(3.10) = 0…………………(3.11)
Persamaan Efisiensi: Nilai faktor efisiensi a1 a2, a3, a4 pada model Level III sama dengan model Level II. Kompartemen 5 Efisiensi penyaringan (tahap awal pemurnian) crude oil (a5) X6
a5 = 𝑋4 =
𝐶𝑟𝑢𝑑𝑒 𝑜𝑖𝑙 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔𝑎𝑛 𝐶𝑟𝑢𝑑𝑒 𝑜𝑖𝑙 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑚𝑝𝑎𝑎𝑛
Singh et al. (2010) menyebutkan bahwa terdapat padatan (endapan) dengan proporsi yang beragam selain campuran minyak (35-45%), dan air 4555% pada minyak hasil pengempaan. Endapan pada proses pemurnian sekitar 24% terhadap TBS (Chavalparit et al. 2006; Lorestani 2006; Pleanjai et al. 2004) atau setara 5-7% terhadap CPO. Nisbah crude oil hasil penyaringan terhadap hasil pengempaan adalah 0,95. Jadi, nilai a5 adalah 0,95. Kompartemen 6 Efisiensi pada CST dan sludge separator (a6) a6 =
W6 𝑋6
=
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝑠𝑙𝑢𝑑𝑔𝑒 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑟𝑢𝑑𝑒 𝑂𝑖𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑚𝑢𝑟𝑛𝑖𝑘𝑎𝑛
Menurut Lorestani (2006), crude oil hasil pengempaan (43% terhadap TBS) mengandung slugde sebanyak 2 % terhadap TBS. Nisbah sludge terhadap total crude oil yang dimurnikan adalah 0,05, sehingga nilai a6 adalah 0,05. Kompartemen 7 Efisiensi pada pemurnian minyak (a7) X8
a7 = 𝑋7 =
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝐶𝑟𝑢𝑑𝑒 𝑜𝑖𝑙 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑟𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑘𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑟𝑢𝑑𝑒 𝑜𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑘𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 𝑡𝑒𝑟𝑡𝑒𝑛𝑡𝑢
Minyak kasar pada proses pemurnian selain padatan adalah sebesar 41% (Lorestani 2006) mengandung kadar air sisa sekitar 10-12% (Kramandita et al. 2014). Sehingga crude oil hasil pengurangan kadar air pada purifier adalah 31%. Nisbah crude oil hasil pengurangan kadar air dengan crude oil total adalah 0,75. Kompartemen 8 Efisiensi pada pemurnian minyak (a8) P8
a8= 𝑋8 =
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝐶𝑃𝑂 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑚𝑢𝑟𝑛𝑖𝑘𝑎𝑛
Crude oil hasil pengurangan kadar air pada purifier adalah 31%. Crude palm oil (CPO) yang terdapat pada TBS sekitar 25% (Ohimain et al. 2013). Nisbah CPO dengan total minyak yang dimurnikan adalah 0,80. Jadi, nilai a8 adalah 0,80.
9 Kompartemen 9 Efisiensi pada Depericarper (a9) X9
a9 = 𝑋5 =
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑗𝑖 𝑢𝑡𝑢 ℎ 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝑏𝑖𝑗𝑖 𝑢𝑡𝑢 ℎ 𝑑𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑜𝑙𝑎 ℎ
Persentasi biji utuh dan serat yang dihasilkan terhadap TBS pada pengolahan kelapa sawit sebesar 27%, sedangkan biji utuh yang dihasilkan 13% (Lorestani 2006). Sehingga nisbah dalam pemisahan serat (a9) yaitu 0,48. Kompartemen 10 Efisiensi pada pemisahan kernel dan cangkang (a10) a10 =
X10 𝑋9
=
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝑘𝑒𝑟𝑛𝑒𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑗𝑖 𝑢𝑡𝑢 ℎ 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑜𝑙𝑎 ℎ
Persentasi kernel yang dihasilkan pada pengolahan kelapa sawit sebesar 7%, sedangkan biji utuh yang diolah 13% (Lorestani 2006). Sehingga nisbah dalam menghasilkan kernel (a10) sebesar 0,54. Kompartemen 11 Efisiensi pada pengeringan kernel (a11) P11
a11 = 𝑋10 =
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎 ℎ 𝑘𝑒𝑟𝑛𝑒𝑙 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑘𝑒𝑟𝑛𝑒𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑛
Persentasi kernel terhadap TBS yang dihasilkan pada pengolahan kelapa sawit sebesar 7%, dengan kadar air 1% (Lorestani 2006). Sehingga nisbah dalam menghasilkan kernel kering (a11) adalah 0,86. Berdasarkan uraian di atas, faktor-faktor efisiensi dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Faktor efisiensi model Level III Simbol a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 a11
Nilai 0,99 0,89 0,73 0,77 0,95 0,05 0,75 0,80 0,48 0,54 0,86
10 Pengolahan dan Analisis Data Data kuantitatif dihitung dengan menggunakan perangkat computer Microsoft Excel. Efisiensi digunakan sebagai koefisien peubah. Kandungan energi hasil samping dihitung berdasarkan nilai kalor (heating value) masing-masing komponen. Kandungan energi total dihitung dengan mengalikan massa produk dengan nilai kalor komponen. Kandungan Energi (kkal) = Massa x Nilai kalor
HASIL DAN PEMBAHASAN Neraca Massa Level I Basis perhitungan neraca massa Level I berdasarkan kapasitas olah pabrik 60 ton tandan buah segar/jam. Neraca massa sederhana ini dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Hasil perhitungan model Level I Komponen Input Produk Kernel CPO Total Hasil Samping Rendemen minyak (%)
Model Level I Massa (kg) 60.000 3.600 15.690 19.290 40.710 26,15
Pada neraca massa Level I, rendemen CPO yang dihasilkan sebesar 26,15%. Nilai tersebut berada pada kisaran rendemen CPO terbaik yaitu 22-28% (Wijbrans dan Zupthen 2011; Ohimain et al. 2013). Berdasarkan hasil perhitungan, dapat dilihat bahwa terdapat peluang peningkatan produksi CPO. Selain itu, hasil perhitungan menunjukkan besarnya jumlah hasil samping proses. Perhitungan model ini hanya menghitung kesetimbangan massa secara garis besar dalam satu kompartemen sehingga perlu dikembangkan dengan merinci aliran massa yang mendekati proses faktual pada pabrik. Neraca Massa Level II Basis perhitungan pada neraca massa Level II sama dengan Level I. Nilai rendemen CPO yang dihasilkan dengan menggunakan perhitungan model neraca massa Level II (Tabel 6) yaitu 26,1%. Nilai rendemen ini tidak jauh berbeda dengan neraca massa Level I yaitu lebih kecil 0,05%. Tetapi, hal tersebut menunjukkan adanya koreksi dan peningkatan akurasi terhadap perhitungan.
11 Tabel 6 Hasil perhitungan model Level II Komponen Input Produk CPO Kernel Hasil samping Rendemen minyak (%)
Model Level II Massa (kg) 60.000 19.967 15.662 4.304 40.033 26,1
Neraca massa Level II memperlihatkan bahwa produk dihasilkan dari stasiun pemurnian minyak dan stasiun pabrik biji sedangkan hasil samping dihasilkan pada stasiun penerimaan buah, perebusan (pengukusan), perontokkan buah, pemurnian minyak, dan stasiun pabrik biji (Gambar 2). Namun, model Level II belum dapat menggambarkan aliran massa secara faktual.
Neraca Massa Level III Neraca massa Level III merupakan pengembangan neraca massa Level I dan II menghasilkan aliran massa yang lebih kompleks sehingga detail perubahan dan aliran massa terlihat lebih jelas. Sebagai contoh, pada kompartemen 4 sebelum diolah pada stasiun pemurnian minyak, terlebih dahulu dilakukan tahap pengendapan dan penyaringan dengan menggunakan sand trap tank dan vibrating screen. Neraca massa Level III dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7 Hasil perhitungan model Level III dan faktual pabrik Komponen Input Produk CPO Kernel Hasil samping Rendemen minyak (%)
Model Level III Massa (kg) 60.000
Faktual Pabrik Massa (kg) 60.000
16.081,61 1.977,40 41.940,99 26,80
15.007 3.600 42.262 25,01
Pada neraca massa Level III (Tabel 7), nilai rendemen CPO yang dihasilkan yaitu 26,80% lebih besar dari pada Level I,II dan faktual pabrik. Hasil perhitungan yang lebih baik menunjukkan bahwa pabrik masih dapat meningkatkan rendemen. Meningkatnya rendemen menunjukkan proses produksi yang semakin efisien. Oleh karena itu, hasil perhitungan model Level III digunakan sebagai dasar perhitungan pemanfaatan hasil samping pada pengembangan aliran proses mandiri energi. Aliran massa Level III dapat dilihat pada Gambar 4.
12
Gambar 4 Hasil perhitungan model Level III (Keterangan simbol pada Tabel 3) Pemanfaatan Hasil Samping Industri Minyak Sawit Hasil samping industri minyak sawit berupa limbah padat (biomassa) yakni cangkang, serat, dan tandan kosong kelapa sawit dan limbah cair. Beberapa kajian telah dilakukan terhadap pemanfaatan biomassa tersebut (Rushdan et al. 2007; Yong 2007; Singh et al. 2010; Ahmad et al. 2011; Pattanapangchai dan Limmeechokchai 2011; Singh et al. 2013). Pemanfaatan yang paling prospektif adalah sebagai sumber energi. Selain biomassa, limbah cair juga potensial sebagai sumber energi. Limbah cair pabrik kelapa sawit dapat menghasilkan biogas yang terdiri atas gas metan yang merupakan penyebab pemanasan global (Begum dan Mohd 2013). Limbah cair tersebut terutama berasal dari pemurnian minyak (60%), perebusan tandan buah segar (36%), dan hidrocyclone (4%) (Ma 2000). Tabel 8 menjelaskan kandungan kalori komponen kelapa sawit. Tabel 8 Kandungan kalori tandan buah segar Komponen TKKS Serat Cangkang CPO Kernel Air dan sludge
Persentase (%) 20-28,5 10-15 5-7 22-28 4-7 25-34
Nilai Heating Value (kkal/kg) 2.294 4.589 5.114 9.465 9,6
Referensi Prasertsan dan Prasertsan 1996; Pleanjai et al. 2007 Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein et al. 2002 Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein et al. 2002 Wijbrans dan van Zupthen 2011; Ohimain et al. 2013 Nasution et al. 2014; Calori24.com Nasution et al. 2014
Karakteristik Hasil Samping Industri Minyak Sawit a. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Setiap produksi satu ton crude palm oil (CPO) diperlukan 5,8 ton tandan buah segar dan menghasilkan tandan kosong kelapa sawit setara 20-28,5% (Pleanjai et al. 2004; Lorestani 2006; Kavalek 2012; Embrandini et al. 2013).
13 Alam et al. (2008) menambahkan bahwa TKKS mewakili 9% total produksi limbah padat kelapa sawit. Tandan kosong kelapa sawit, berdasarkan basis bobot kering mengandung bahan organik yang terdiri atas N, P, K dan Mg masing-masing 0,8%, 0,1-0,7%, 2,4-2,8%, dan 0,2-0,8% (Baharuddin et al. 2009). Oleh sebab itu, TKKS dapat digunakan sebagai pupuk organik yang dapat langsung disebar kelahan atau dengan terlebih dahulu diinsenerasi (Singh et al. 2010). Selain digunakan sebagai pupuk organik, tandan kosong kelapa sawit potensial dimanfaatkan sebagai bahan baku pulp dan industri kertas (Law dan Jiang 2001; Rushdan 2007; Singh et al. 2013). Pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit sebagai sumber energi terbarukan dilakukan dalam rangka pengurangan ketergantungan terhadap minyak bumi. Sebagai bahan bakar boiler, TKKS dengan kelembaban 60-70% harus dikeringkan terlebih dahulu sebelum digunakan (Singh et al. 2010). Energi pada TKKS sebesar 2.294 kkal/kg sehingga dari pabrik 60 ton dapat diperoleh 32.724.633 kkal. b. Serat Kelapa Sawit Komposisi berdasarkan bobot kering serat kelapa sawit terdiri dari N, P, K, Mg, dan Ca masing-masing 0,29-1,4%, 0,07-0,08%, 0,47-1,18%, 0,02%, dan 0,11% (NL Agency 2003; DitJen PPHP 2006). Selain itu, serat kelapa sawit juga mengandung komponen biokimia berupa selulosa, hemiselulosa, dan lignin masing-masing 34,5%, 31,8%, dan 25,7% (DitJen PPHP 2006). Komposisi serat tersebut memberi peluang industri pembuatan papan partikel. Serat kelapa sawit merupakan bahan bakar utama yang digunakan untuk boiler sebelum cangkang dan tandan kosong kelapa sawit dengan kandungan energi 4.589 kkal/kg (Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein 2002; Pleanjai et al. 2007) sehingga dari pabrik 60 ton dapat diperoleh energi 21.168.481 kkal. Serat tersebut dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi pembangkit listrik untuk menggerakkan pabrik. Sebelum dimanfaatkan, perlu dilakukan pengeringan terlebih dahulu karena serat masih mengandung kelembaban 17- 40% (NL Agency 2003). c. Cangkang Kelapa Sawit Cangkang kelapa sawit dihasilkan melalui proses pemecahan biji pada stasiun pabrik biji. Komposisi biokimia cangkang kelapa sawit berdasarkan bobot kering terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin masing-masing 20,8%, 22,7%, dan 50,7%. Komposisi cangkang yaitu N, P, K masing-masing yaitu 0,3-0,6%, 0,01%, dan 0,15% (WURFBR 2013). Oleh karena itu, cangkang dapat dimanfaatkan sebagai arang, karbon aktif dan papan partikel (Tim PT. SP 2000). Kegunaan utama cangkang kelapa sawit yaitu sebagai bahan bakar boiler karena kandungan mencapai 5.114 kkal/kg (Prasertsan dan Prasertsan 1996; Husein 2002; Pleanjai et al. 2007; Kavalek et al. 2012). Dengan demikian, pabrik dengan kapasitas olah 60 ton dapat menghasilkan energi sebesar 10.016.779 kkal. Kandungan K dan Cl cangkang sawit yang rendah membuat debu hasil pembakaran lebih sedikit (WURFBR 2013).
14 d. Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) LCPKS merupakan suspensi koloid yang terdiri atas 95-96% air, 0,6-0,7% minyak, 4-5% padatan total yang terdiri atas 2-4% padatan tersuspensi (Mohammad et al. 2008). LCPKS mengandung bahan organik BOD, COD, minyak dan grease, padatan total dan padatan tersuspensi dalam jumlah yang beragam (Rupani et al. 2012; Ma 1995,2000; Lohsomboon et al. 2002). Bahan organik yang terdapat pada LCPKS tersebut menimbulkan kerusakan lingkungan apabila tidak dilakukan penanganan. Penanganan dan pemanfaatan LCPKS yaitu sebagai pupuk cair dan sumber penghasil biogas. Pemanfaatan Hasil Samping Sebagai Sumber Energi Proses produksi pada pabrik membutuhkan energi listrik dan uap panas dalam jumlah besar. Pabrik kelapa sawit membutuhan energi sebesar 17-20 kWh dan 0,35-0,5 ton uap panas per ton tandan buah segar (Chavalparit 2006; Vijaya et al. 2008; Sommart dan Suneerat 2011). Pemenuhan kebutuhan energi tersebut dilakukan dengan pemanfaatan hasil samping. Hasil perhitungan neraca massa mendapatkan bahwa jumlah tandan kosong kelapa sawit, serat, cangkang dan limbah cair masing-masing adalah 14.265,3 kg, 4.612,9 kg, 1.958,7 kg dan 21.057 kg. Hasil samping tersebut dapat digunakan sebagai bahan bakar pembangkit energi. Potensi energi limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) dapat dilihat pada Tabel 9. Tabel 9 Potensi energi limbah cair kelapa sawit (LCPKS) Komponen Bobot LCPKS (kg) massa jenis LCPKS 1200 kg/m3 Volume LCPKS (m3) setiap m3 LCPKS menghasilkan 20-28 m3 biogas Volume biogass (m3) Biogas mengandung 45-70% metan Volume metan (m3) Nilai kalor metan 4,740-6,150 Total potensi energi metan (kkal)
Jumlah Referensi 21.058 Ahmad et al.2011 17,55 Ma et al.1999; Chotwattanasak dan Puetpaiboon 2011 438,75 Ma et al. 1999 219,375 Ma et al. 1999 1.096.875
Berdasarkan perhitungan pada Tabel 9, potensi energi metan yang dihasilkan pabrik 60 ton adalah 1.096.875 kkal. Potensi energi tersebut dapat dimanfaatkan dengan mengembangkan teknologi sistem biogas seperti pada gambar 5.
Gambar 5 Sistem biogas berbasis LCPKS Figure 2 (edit)
15 Limbah cair dengan potensi energinya tersebut menunjukkan bahwa LCPKS merupakan salah satu sumber energi selain biomass. LCPKS dan biomassa yaitu TKKS, serat dan cangkang memiliki potensi energi untuk pengembangan pabrik mandiri energi. Potensi energi biomassa pabrik 60 ton/jam berdasarkan nilai heating value komponen kelapa sawit (Tabel 8) dapat dilihat pada Tabel 10. Tabel 10 Potensi energi biomassa pabrik kelapa sawit 60 ton/jam Biomassa TKKS Cangkang Serat
Jumlah (kg) 14.265 1.959 4.613 Total 20.828
Potensi energi (kkal) 32.724.633 10.016.779 21.168.481 63.909.893
Berdasarkan Tabel 10, total potensi energi biomassa adalah 63.909.839 kkal, sehingga total potensi kalori hasil samping pabrik 60 ton/jam berdasarkan Tabel 9 dan Tabel 10 adalah 65.006.768 kkal. Potensi energi yang terkandung dalam biomassa tersebut dimanfaatkan dengan menjadikan biomassa sebagai bahan bakar boiler untuk menghasilkan uap panas yang dapat dikonversi menjadi energi listrik oleh turbin uap dan generator. Rangkaian proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Sistem pemanfaatan biomassa kelapa sawit (KESDM 2011) Hasil samping seluruhnya dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk pengembangan pabrik mandiri energi. Pabrik kelapa sawit dengan kapasitas olah Figure 3 60 ton/jam membutuhkan listrik 1.020 kWh dan 30.000 kg uap panas. Hasil perhitungan pada Tabel 11 menunjukkan bahwa total potensi uap faktual mampu memenuhi kebutuhan uap pabrik bahkan dapat dipenuhi dengan memanfaatkan TKKS saja. a
Tabel 11 Potensi uap berbasis hasil samping pabrik kelapa sawit 60 ton/jam Hasil samping TKKS Cangkang Serat LCPKS Total a
Jumlah (kg)
14.265 1.959 4.613 21.058 41.886
Potensi uap faktual (kg) 35.658,92 10.914,94 23.066,58 1.195,22 70.835,66
perhitungan lebih rinci pada Lampiran 6.
16 Surplus uap panas dikonversi menjadi energi listrik. Berdasarkan perhitungan potensi energi hasil samping (Tabel 11; Lampiran 6), potensi energi listrik dari hasil samping dapat memenuhi kebutuhan pabrik bahkan menghasilkan excess energi listrik sebesar 1.021,78 kWh. Excess energi ini dapat digunakan untuk keperluan diluar pabrik.
Rancangan Proses Produksi CPO Mandiri Energi Energi yang diperoleh dari pemanfaatan hail samping pabrik kelapa sawit kapasitas olah 60 ton TBS/jam melebihi energi yang diperlukan sehingga pabrik dapat dikembangkan sebagai sebuah sistem produksi mandiri energi. Berikut ini merupakan diagram pengolahan kelapa sawit mandiri energi (Gambar 7).
Gambar 7 Diagram pengolahan kelapa sawit 60 ton/jam mandiri energi (Diagram rinci pada Lampiran 7)
17
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Proses pengolahan kelapa sawit dapat dikembangkan menjadi mandiri energi. Hasil samping pabrik 60 ton/jam yaitu TKKS 14.265 kg, cangkang 1.959 kg, serat 4.613 kg, dan LCPKS 21.058 kg memiliki kalori sebesar 65.006.768 kkal. Energi tersebut dapat menghasilkan uap faktual sebanyak 70.835,66 kg. Uap faktual tersebut dapat memenuhi kebutuhan energi pabrik dengan kapasitas olah 60 ton/jam yaitu 1.020 kWh dan 30 ton uap panas bahkan surplus 1.022 kWh. Oleh karena itu, pabrik pengolahan kelapa sawit dapat dikembangkan sebagai sistem produksi mandiri energi. Pabrik pengolahan kelapa sawit tidak memerlukan input energi berupa bahan bakar minyak untuk operasional pabrik Saran Beberapa saran yang perlu diperhatikan untuk meningkatkan hasil penelitian yaitu: 1. Pengembangan model neraca massa yang lebih rinci sampai pada tahapan proses pada masing-masing alat/mesin pengolahan perlu dilakukan untuk meningkatkan akurasi perhitungan. 2. Pengembangan model perlu dilakukan pada pabrik kelapa sawit dengan kapasitas olah beragam seperti 30, 45, dan 90 ton TBS/jam. 3. Kebijakan pembatasan penggunaan bahan bakar fosil dan listrik umum untuk pabrik CPO dapat dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA Abdullah N, Sulaiman F. 2013. The Palm Oil Waste in Malaysia, Biomass NowSustainable Growth and Use. Tersedia pada http://www.intechopen.com/boks/biomass-now/sustainable-growth-and-use/the -oil-palm-waste-in-malaysia. Ahmad A, Ghufran R, Wahid Z A. 2011. Bioenergy from anaerobic degradation of lipids in palm oil mill effluent. Environ Sci Biotech. 10:353-376 Alam MZ, Muyibi SA, Kamaludin N. 2008. Production of activated carbon from oil palm empty fruit bunches for removal of zinc. In Twelfth International Water Technology Conference (IWTC12). Alexandria: Egypt. Begum S, M.Saad MF. 2013. Techno-economic Analysis of Electricity Generation from Biogas Using Palm Oil Waste. Asian J Sci research. 6(2): 290-298 Baharuddin AS, Wakisaka M, Shirai Y, Abd Aziz S, Abdul Rahman NA, Hassan MA. 2009. Co-composting of empty fruit bunches and partially treated palm oil mill effluents in pilot scale. Int J Agric Res. 4(2):69–78 Chotwattanasak J, Puetpaiboon U. 2011. Full Scale Anaerobic Digester for treating palm Oil Mill Wastewater. J Sust Energy Environ. 2:133-136
18 Chavalparit WH, Rulkens APJ, Mol S, Khaodir. 2006. Option For Environmental Sustainability Of The Crude Palm Oil Industry in Thailand Through Enhancement Of Industrial Ecosystem. Environ Dev Sust. 8:271-287 Chungsiriporn J, Prasertsan S, Bunyakan C. 2006. Minimization of water consumtion and process optimization of palm oil mills. Clean Tech Environ Policy. 8:151-158 [DJPHP] Direktorat Jenderal Pengolahan Hasil Pertanian. 2006. Pedaoman Pengelolaan Limbah Industri Kelapa Sawit. Jakarta (ID). Embrandiri A, H.Ibrahim M, Singh RP. 2013. Palm Oil Mill Wastes Utilization; Sustainability in the Malaysian Context. Int J Sci Research Public, Vol 3.Issue III. Husain Z, Zainal ZA, Abdullah M. Z. 2002. Briquetting of palm fibre and shell from the processing of palm nuts to palm oil. Biomass and Bioenergy. 22:505509 Kautsar FI. 2006. Aplikasi Produksi Bersih pada Industri Kelapa Sawit Studi Kasus di PT Z Provinsi Riau. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kavalek M, Bohumil H, Josef P. 2012. Analysis of Usability of shells from Processing of Palm Nuts to Palm Oil as Solid Fuel. Czech University of Life Science Prague. Kementrian ESDM. 2011. Indo-Bioenergi dan Revitalisasi Bio-energi Nasional. Seminar Nasional. Kramandita R, Bantacut T, Romli M, Makmoen M. 2014. Utilizatian of palm oil mills wastes as source of energy and water in the production process of crude palm oil. J of Chem and Materials Research. ISSN (Paper) 2224-3224. Law KN, Jiang XF. 2001. Comparative papermaking properties of oil palm empty fruit bunch. Tappi J. 84(1):1-13 Law KN, Wan Rosli WD. (2000). CMP and CTMP of a fast growing tropical wood: Acacia mangium. Tappi J. 83(7):61-68 Lohsomboon P, Palapleevalya P, Worathanakul P, Jirajjariyavech A, Liangsakul R. 2002. Competitiveness for Thai Industry through Environmental Management Benchmarking- Case Study: Palm Oil Idustry, Thailand Environmental Institute. Lorestani AA, Zinatizadeh. 2006. Biological treatment of palm oil mill effluent (POME) using an up-flow anaerobic sludge fixed film (UASFF) bioreactor [Thesis]. Malaysia: University Sains Malaysia. Ma AN. 1995. A novel treatment for palm oil mill effluent. Palm Oil Res Inst Malaysia (PORIM). 29:201-212 Ma AN. 1999. Treatment of palm oil mill effluent. Oil palm and environment: malaysia perspective. Malaysia Oil Palm Growers’Council, pp 277. Ma AN. 2000. Environmental management for the palm oil industry. Palm Oil Dev . 30:1-10 Mahajoeno E, Lay BW, Suthajho SH, Siswanto. 2008. Potensi Limbah Cair Pabrik Minyak Kelpa sawit untuk Produksi Biogas. Biodiversitas. 9:48-52 Ohimain, Elijah I, Sylvester C, Izah, Francis AU, Obieze. 2013. Material-mass Balance of Smallholder Oil Palm Processing in the Niger Delta, Nigeria. Adv J F Sci Tech. 5(3):289-294
19 Pattanapongchai A, Limmeechokchai B. 2011. Least cost energy planning in Thailand: A case of biogas upgrading in palm oil industry. Sci Tech. 33(6): 705-715 Pleanjai S, Gheewala SH, Garivait S. 2007. Environmental Evaluation of Biodisel Production from Palm Oil in a Life Cycle Perspective. Energy Environ, 8(2):15-32 Prasertsan S, Prasertsan P. 1996. Biomass residues from palm oil mills in Thailand: an overview on quantity and potential usage. Biomass and Bioenergy. 11(5):87-395 Puah CW, Choo YM, Ong SH. 2013. Production of Palm Oil with Methane Avoidance at Palm Oil Mill: A Case Study of Cradle-to- Gate Life Cycle Assessment. Am J Applied Sci. 10(11):1351-1355 Rahmat TA. 2002. Audit Energi pada Produksi Crude Palm Oil (CPO) di PTP. Nusantara VII (Persero) Unit Usaha Rejosari – Lampung selatan [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Rushdan I, Latifah J, Hoi WK, Mohd Nor MY. 2007. Commercial_ scale Production of Soda Pulp and Medium Paper From Oil Palm Empty Fruit Bunches. Tropical forest science. 19(3):121-126 Rupani PF,Singh RP, Ibrahim MH, Esa N. 2010. Review of Current Palm Oil Mill Effluent (POME) Treatmen Methods: Vermicomposting as a Sustainable Practice. World Applied Sciences. 11(1):70-81 Singh P, Sulaiman O, Hashim R, Peng LC, Singh RP. (2013). Using biomass residues from oil palm industry as a raw material for pulp and paper industry: potensial benefits and threat to the environment. Environ Dev Sustain. 15:367383 Singh RP, Ibrahim MH, Esa N. (2010a). Composting of waste from palm oil mill: A sustainable waste management practice. Review in Environ Sci Biotech. 9:331–344 Singh P, Sulaiman O, Hashim R, Rupani PF, Leh CP. (2010b). Biopulping of lignocellulosic material using different fungal species: A review. Review in Environ Sci Biotech. 9:165–172 Sommart K, Suneerat P. 2011. Assessment and Improvement of Energy Utilization in Crude Palm Oil Mill. IACSIT. Singapura Sudiyani Y. 2009. Utilization of Biomass Waste Empty Bunch Fiber of Palm Oil for Bioethanol Production. Research Workshop on Suistanable. Tim PT SP. 2000. Produksi Bersih Pengolahan Tandan Buah Segar di Pabrik Kelapa Sawit. Makalah Lokakarya Pelaksanaan Produksi Bersih pada Industri Minyak Sawit. Pekanbaru, 2-3 Maret 2000. Vijaya S, Ma AN, Choo YM, Nik Meriam NS. 2008. Life cycle inventory of the production of crude palm oil – A gate to gate case study of 12 palm oil mills. Oil palm research. 20:484-494 [UU] Undang-undang No 30.2007. Tentang Energi. Yong TLK, Keat TL, Mohamed AR, Bathia S. 2007. Potential of hydrogen from oil palm biomass as a source of renewable energy worldwide. Energy Policy.35:5692-5701 Wageningen UR, Food & Biobased Research. 2013. Valorization of palm oil (mill) residues. Netherland.
20 Wan RWD, Law KN. 2011. Oil palm fibre as paper making material: potential and challenges. Bioresources. 6(1):901-917 Wijbrans R, van Zupthen H. 2011. LCA GHG Emission in Production and Combustion of Malaysian Palm Oil biodiesel. J Oil Palm Environ. 2:86-92 Word Growth. 2011. Manfaat Minyak sawit bagi Perekonomian Indonesia. Bente AD, Rico-Hesse R. 2006. Model of dengue virus infection. Drug Discov Today Dis Models. 3(1):97-103. doi: 10.1016/j.ddmod. 2006.03.014 Zinatizadeh AAL, Mohamed AR, Abdullah AZ, Mashitah MD, Husnain Isa M, Najafpour GD . 2006. Process modeling and analysis of palm oil mill effluent treatment in an upflow anaerobic sludge fixed film bioreactor using response surface methodology (RSM). Water Res. 40:3193–3208
21
LAMPIRAN Lampiran 1Data Pengolahan Kelapa Sawit PT X bulan Juni Tanggal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
TBS Olah (kg) 1.175.272 1.430.016 1.072.652 772.296 980.512 1.017.036 1.002.024 1.076.596 1.007.748 1.118.280 1.026.816 1.005.156 960.960 843.640 888.960 1.037.904 880.608 767.088 1.365.596 921.400 850.632 962.208 996.624 1.000.836 -
Produksi minyak (kg) 290.827 354.860 266.713 192.199 244.459 253.865 249.739 267.319 251.205 279..012 256.950 251.803 240.493 211.272 222.838 260.471 220.832 192.739 343.429 232.048 214.355 242.677 251.112 251.879 -
Oil Extraktion Rate (%) 24,75 24,82 24,86 24,89 24,93 24,96 24,92 24,83 24,93 24,95 25,02 25,05 25.03 25,04 25,07 25,10 25,08 25,13 25,15 25,18 25,20 25,22 25,20 25.17 -
22
Lampiran 2 Matriks Perhitungan Model Level II Variabel X1 X2 X3 X4 X5 W1 W2 W3 W5 W6 P5 P6 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 2 1 -1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 3 0 1 -1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 4 0 0 1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 0 -1 0 6 0 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 0 -1 7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0.89 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0.73 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0.77 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0.50 0 0 0 0 0 0 -1 0 12 0 0 0 0 0.46 0 0 0 0 0 0 -1
Lampiran 3 Hasil Perhitungan Matriks Model Level II Persamaan Nilai Input Nilai Variabel 1 60000 59700.000 2 0 52834.500 3 0 40682.565 4 0 31325.575 5 0 9356.990 6 0 300.000 7 59700 6865.500 8 0 12151.935 9 0 15662.788 10 0 5052.775 11 0 15662.788 12 0 4304.215
Simbol X1 X2 X3 X4 X5 W1 W2 W3 W5 W6 P5 P6
23
24 Lampiran 5 Hasil Perhitungan Matriks Level III Persamaan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Nilai Input 60000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 59700 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Nilai Variabel 59700 52834.5 38569.185 29698.2725 8870.91255 28213.3588 23981.355 19784.6179 4258.03802 2299.34053 300 6865.5 14265.315 1484.91362 4232.00382 4196.73713 3956.92358 4612.87453 1958.69749 321.907675 15827.6943 1977.43286
Simbol X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 W1 W2 w3 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W11 P8 P11
25 Lampiran 6 Hasil perhitungan potensi hasil samping pabrik kelapa sawit Bahan Baku Biomassa
Model Level III
Aktual Pabrik
60 ton/jam 14.265 1.959 4.613
60 ton/jam 13.200 3.600 7.200
TKKS (kg) Cangkang (kg) Serat Kandungan energi bomassa: TKKS (kkal/kg) 2.294 (Pleanjai et al. 2007) Cangkang (kkal/kg) 5.114 (Husein et al. 2002) Serat (kkal/kg) 4.589 (Husein et al. 2002) Total potensi energi hasil samping: TKKS (kkal) 32.724.633 30.280.800 Cangkang (kkal) 10.016.779 18.410.400 Serat (kkal) 21.168.481 33.040.800 a LCPKS (kkal) 1.096.875 Total 65.006.768 81.732.000 Kebutuhan panas untuk produksi 1 kg uap, 30 bar dan temperatur saturated adalah 669,93 kkal Total potensi uap pembakaran hasil samping: TKKS (kg uap) 48.847,84 45.199,95 Cangkang (kg uap) 14.951,98 27.481,08 Serat (kg uap) 31.598,05 49.319,78 a LCPKS (kg uap) 1.637,29 Total 97.035,16 122.000,81 Rata-rata efisiensi boiler dalam menghasilkan uap adalah 73% Uap aktual yang dihasilkan boiler : TKKS (kg uap) 35.658,92 32.995,96 Cangkang (kg uap) 10.914,94 20.061,19 Serat (kg uap) 23.066,58 36.003,44 a LCPKS (kg uap) 1.195,22 70.835,66 89.060,59 Total Konversi uap panas pada single stage convertion turbine adalah sebesar 20 kg uap panas/kW Kebutuhan energi proses Listrik (kW) 1.020 1.020 Uap (kg uap) 30.000 30.000 Penggunaan uap untuk pemenuhan energi proses Uap untuk produksi Listrik (kg uap) 20.400 20.400 Uap untuk pengolahan (kg uap) 30.000 30.000 50.400 50.400 Total Uap berlebih (kg uap) 20.435,66 38.660,59 Potensi listrik dari uap berlebih (kWh) 1.021,78 1.993,03 a potensi energi LCPKS berasal dari perhitungan pada Tabel 9
26
27
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Simalungun, Sumatera Utara pada tanggal 26 mei 1992. Penulis merupakan anak ketiga dari pasangan Bapak Pentius Pasaribu dan Ibu Tiarma Hutajulu. Penulis memulai pendidikan di Sekolah Dasar Negeri 091697 Bukit Lima, Kecamatan Bosarmaligas, Kabupaten Simalungun, SUMUT dan lulus pada tahun 2004. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan pada sekolah menengah pertama di Sekolah Menengah Pertama Swasta PTPN IV Bukit Lima pada tahun 2004 hingga 2007. Setelah itu, penulis melanjutkan pendidikan menengah ke atas di Sekolah Menengah Atas Negeri 2 Pematangsiantar dan lulus pada tahun 2010. Pada tahun 2010 penulis diterima di Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor melaui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama menuntut ilmu di IPB, penulis sangat aktif dalam organisasi kemahasiswaan maupun kepanitiaan di lingkungan universitas. Pada tahun 2010-2011 penulis aktif sebagai pengurus dan anggota Keluarga Mahasiswa Katolik (KEMAKI) IPB. Setelah itu, pada tahun 2011-2012 penulis mendapat amanah untuk menjadi Ketua di Organisasi Mahasiswa Daerah IKANMASS (Ikatan Mahasiswa Siantar Sekitarnya). Penulis juga kerap kali mengikuti kepanitiaan yang ada di kampus baik internal maupun eksternal yaitu Siang Keakraban IKANMASS, malam Keakraban IKANMASS, Ziarah Rohani KEMAKI IPB, Paskah Mahasiswa Keuskupan Bogor, Hari Warga Industri HIMALOGIN, Suksesi Ketua Badan Pengurus HIMALOGIN, dan Natal Civitas Akademika (CIVA) IPB.Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum Teknologi Minyak, Emulsi dan Oleokimia.
