PEMANFAATAN LIMBAH SEKAM PADI MENJADI BRIKET SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF DENGAN PROSES KARBONISASI DAN NON-KARBONISASI
Yunus Zarkati Kurdiawan / 2310100083 Makayasa Erlangga / 2310100140
Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M.Eng
BAB I : PENDAHULUAN Latar Belakang, Tujuan, Manfaat, Batasan Masalah
Latar Belakang
Konsumsi energi di dunia sangat bergantung pada bahan bakar fosil (± 80%)
Hasil limbah pertanian berupa sekam padi yang sangat besar (± 17juta ton/tahun)
Briket Sekam Padi
Mengetahui rasio terbaik bahan perekat untuk pembuatan briket dari sekam padi
Tujuan Penelitian
Mengetahui nilai heating value dan uji tekan briket dari sekam padi
Mengetahui efektifitas waktu bakar tiap 1 kg briket
Manfaat Penelitian
Memberikan informasi tentang pembuatan briket dari sekam padi sebagai energi alternatif untuk meningkatkan nilai tambah dari sekam padi serta menciptakan lingkungan bersih dari limbah sekam padi di sekitar area pertanian.
Bahan baku pembuatan briket merupakan sekam padi dari Desa Kedondong, Kecamatan Kebonsari, Madiun
Bahan perekat yang digunakan adalah tepung tapioka
Proses yang digunakan adalah karbonisasi dan non-karbonisasi
Batasan Masalah
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA Sekam Padi, Briket, Proses Karbonisasi, Parameter Kualitas Briket, Penelitian Terdahulu
Sekam Padi
Sekam adalah bagian dari bulir padi-padian berupa lembaran kering bersisik yang melindungi bagian dalam bulir padi. Pada proses penggilingan padi, sekam akan terpisah dari butir padi dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20% - 30% dari bobot awal gabah.
Kandungan Sekam Padi
(Suharno,1979) Sekam memiliki bulk density 125kg/ m3, nilai kalori antara 3300 3600 kkal/kg sekam dengan konduktivitas panas 0,271 BTU .
Briket
Briket adalah suatu bahan berupa serbuk potongan-potongan kecil yang dipadatkan dengan menggunakan mesin press dengan dicampur bahan perekat sehingga menjadi bentuk solid. Perubahan ukuran material tersebut dilakukan melalui proses penggumpalan dengan penekanan dan penambahan atau tanpa penambahan bahan pengikat.
Syarat mutu briket arang kayu sesuai Standar Nasional Indonesia (SNI)
1. 2. 3. 4.
Kadar air maksimal 8 % Bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC maksimal 15 % Kadar abu maksimal 8 % Kalori (atas dasar berat kering) minimal 5000 kkal/kg
Parameter Kualitas Briket 1. Nilai Kalori 2. Kadar air 3. Kandungan zat terbang (volatile matters) 4. Kadar abu
Proses Karbonisasi
Karbonisasi biomassa atau yang lebih dikenal dengan pengarangan adalah suatu proses untuk menaikkan nilai kalor biomassa serta menghasilkan pembakaran yang bersih dengan sedikit asap. Hasil karbonisasi adalah berupa arang yang tersusun atas karbon dan berwarna hitam.
Penelitian Terdahulu No
1.
Peneliti
Nama Jurnal/Judul Penelitian
Hasil Penelitian
Feri Puji dan
Skripsi Jurusan Teknik Kimia Fakultas - Kondisi Optimal : suhu = 390oC (90 menit)
Fathul Alim
Teknik Universitas Diponegoro. 2012.
- Nilai kalor = 5609,453 kal/gram
Optimasi Kondisi Operasi Pirolisis Sekam Padi Sebagai briket. 2.
Dylla
Skripsi Jurusan Teknik Kimia FTI- -
Briket non karbonisasi dengan perekat sagu
Chandra dan
ITS.
memiliki nilai kalor = 6883,18 kkal/gram,
Ragil
Tongkol
Jagung
Purwaningsih
Kelapa
Menjadi
2011.
Pemanfaatan dan
Limbah
Tempurung
Briket
Sebagai
kadar air = 5,1%, volatile solid = 88,8% , kadar abu = 6,1% , kuat tekan = 0,952kg/cm2.
Sumber Energi Alternatif dengan -
Briket karbonisasi dengan perekat sagu
Proses
memiliki nilai kalor = 4112,88 kkal/gram,
Karbonisasi
Karbonisasi.
dan
Non-
kadar air = 7,1%, volatile solid = 77,4% , kadar abu = 15,5% , kuat tekan = 0,611 kg/cm2.
Penelitian Terdahulu No
3.
Peneliti
Siti Jamilatun
Nama Jurnal/Judul Penelitian
Hasil Penelitian
Jurnal Rekayasa Proses Vol. 2 No. 2 Dibandingkan dengan briket biomassa Teknik Kimia Universitas Ahmad Dahlan lain , briket tempurung kelapa memiliki Yogyakarta. 2008. Sifat-Sifat Penyalaan waktu pembakaran paling lama dengan
dan Pembakaran Briket Biomassa, Briket nilai kalor cukup tinggi yaitu sebesar Batubara dan Arang Kayu
5.780 kal/gram, nyala api yang besar dan relatif mudah dinyalakan.
4.
Pallavi.H.V , Srikantaswamy.S, Kiran B.M, Vyshnavi.D.R and Ashwin.C.A
Journal
Dept
of
Environmental Nilai kalor briket dari bagasse = 10439
Engineering, AIT, Chikmagalur, India. kJ/kg,
coffe husk = 11380 kJ/kg,
2013. Briquetting Agricultural Waste as campuran bagasse dan coffe husk
an Energy Source.
dengan rasio 3:1 = 11126 kJ/kg .
BAB III : METODOLOGI Kondisi Operasi, Variabel, Alat dan Bahan, Prosedur Penelitian
Kondisi Operasi
Suhu pengeringan Suhu karbonisasi Sekam padi Perekat Pelapis
: 100°C : 400°C : 30 kg : Tepung Tapioka perbandingan tepung dan air = 250 gram / 1liter air : Bentonit perbandingan bentonit dan air = 0,5 kg / 1 liter air
Proses yang digunakan • Metode Karbonisasi • Metode Non Karbonisasi
Ratio komposisi sekam padi dan bahan perekat (massa) • 90 : 10 • 85 : 15 • 80 : 20 • 75 : 25 • 70 : 30
Variabel Penelitian
Peralatan Briket dari limbah sekam padi
Furnace
1
2
4
3
5
Alat pencetak briket Keterangan : 1. Penekan briket 2. Tempat input bahan baku 3. Hydraulic Pump
4. Tuas Hydraulic Pump 5. Pressure Gauge
Sekam Padi Diperoleh dari Desa Kedondong, Kecamatan Kebonsari, Madiun
Bentonit Sebagai pelapis briket agar tidak menyerap air dan lebih keras
Tepung tapioka Sebagai bahan perekat briket sekam padi
Bahan Penelitian Briket dari limbah sekam padi
Sekam Padi - Analisa komposisi - Analisa kadar air
-
Analisa kadar air Analisa volatile matters Analisa kadar abu Analisa heating value Analisa kuat tekan
Uji pembakaran briket
Karbonisasi
Non-Karbonisasi
Karbonisasi sekam padi hingga menjadi arang sekam padi pada furnace
Pencampuran bahan baku dengan bahan perekat (sesuai variabel)
Pelapisan briket dengan bentonit
Produk Briket terbentuk
Pencetakan briket dengan ukuran diameter = 10 cm, tinggi = 5,5 cm
Pengeringan briket selama 2-3 hari dengan sinar matahari
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Bahan dan Mutu Briket
Uji Bahan Sekam Padi Komposisi Sekam Padi dari Desa Kedondong, Kecamatan Kebonsari, Madiun Hasil Uji Laboratorium Parameter Uji Kadar air Kadar abu Protein Serat Kasar Karbohidrat Lemak Lain-lain
Hasil Uji (%) 10,84 27,35 4,08 16,48 11,38 0,21 29,66
Hasil Analisa Mutu Briket
Hasil Analisa Kadar Air Grafik Kadar Air Briket Karbonisasi
8,00
7,80
7,00
7,70
6,00
7,60
5,00
%Kadar Air
% Kadar Air
Grafik Kadar Air Briket Non Karbonisasi
4,00 3,00
7,50 7,40 7,30 7,20
2,00 7,10 1,00
7,00
0,00 0
5
10
15
20
% Bahan Perekat
Analisa Kadar Air
25
30
35
6,90 0
5
10
15
20
25
30
35
% Bahan Perekat
Analisa kadar air untuk mengetahui kandungan air produk briket. Analisa ini dilakukan dengan memanaskan sampel briket dalam oven dengan temperatur 100°C.
Hasil Analisa Volatile Matter Grafik Volatile Matter Briket Karbonisasi
Grafik Volatile Matter Briket Non Karbonisasi
46,40
61,50
46,20 61,00
% Volatile Matter
% Volatile Matter
46,00 60,50
60,00
59,50
45,80 45,60 45,40 45,20
59,00 45,00 58,50
44,80
0
5
10
15
20
25
% Bahan Perekat
Analisa Volatile Matter
30
35
0
5
10
15
20
25
30
35
% Bahan Perekat
Analisa volatile matter dilakukan untuk mengetahui bagian yang hilang dari briket menjadi gas/uap pada saat proses pembakaran dengan suhu 900°C selama 15 menit pada cawan terbuka.
Hasil Analisa Kadar Abu Grafik Kadar Abu Briket Karbonisasi
Grafik Kadar Abu Briket Non Karbonisasi 16,10
12,00
16,00 11,80 15,90
%Kadar Abu
% Kadar Abu
11,60 11,40 11,20 11,00
15,80 15,70 15,60 15,50 15,40
10,80 15,30 10,60 0
5
10
15
20
25
% Bahan Perekat
Analisa Kadar Abu
30
35
15,20 0
5
10
15
20
25
30
35
% Bahan Perekat
Abu yang terkandung dalam bahan bakar padat adalah mineral yang tidak dapat terbakar dan tertinggal setelah proses pembakaran dan reaksi-reaksi yang menyertainya selesai.
Hasil Analisa Fixed Carbon Grafik Fixed Carbon Briket Non Karbonisasi
Grafik Fixed Carbon Briket Karbonisasi 32,20
24,00
32,00 23,50
% Fixed Carbon
% Fixed Carbon
31,80 23,00
22,50
22,00
31,60 31,40 31,20 31,00 30,80
21,50
30,60 21,00 0
5
10
15
20
% Bahan Perekat
Analisa Fixed Carbon
25
30
35
30,40 0
5
10
15
20
25
30
35
% Bahan Perekat
Fixed carbon adalah komponen yang bila terbakar tidak membentuk gas atau bisa juga disebut kandungan karbon tetap yang terdapat pada bahan bakar padat yang berupa arang.
Hasil Analisa Heating Value Grafik Heating Value Briket Non Karbonisasi
Grafik Heating Value Briket Karbonisasi
6000
7000 6000
Nilai Kalori (kkal/kg)
Nilai Kalori (kkal/kg)
5000
4000
3000
2000
1000
5000 4000 3000 2000 1000
0
0 0
5
10
15
20
% Bahan Perekat
Analisa Heating Value
25
30
35
0
5
10
15
20
25
30
35
% Bahan Perekat
Analisa heating value dilakukan untuk mengetahui nilai kalor yang terkandung dalam setiap produk briket. Nilai kalor adalah nilai yang menyatakan jumlah panas yang terkandung dalam bahan bakar.
Hasil Analisa Waktu Penyalaan Grafik Waktu Penyalaan Briket Non Karbonisasi
Grafik Waktu Penyalaan Briket Karbonisasi
12
5,00
10
Waktu Penyalaan (menit)
Waktu Penyalaan (menit)
4,50
8
6
4
2
4,00 3,50 3,00 2,50
2,00 1,50 1,00 0,50
0 0
5
10
15
20
% Bahan Perekat
Analisa Waktu Penyalaan
25
30
35
0,00 0
5
10
15
20
25
30
35
% Bahan Perekat
Analisa titik nyala dilakukan untuk mengetahui lama waktu yang dibutuhkan briket untuk menyala.
Hasil Analisa Lama Pembakaran Grafik Lama Pembakaran Briket Karbonisasi
126
120,00
124
100,00
Lama Pembakaran (menit)
Lama Pembakaran (menit)
Grafik Lama Pembakaran Briket Non Karbonisasi
122 120 118 116 114
112
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00 0
5
10
15
20
% Bahan Perekat
Analisa Lama Pembakaran
25
30
35
0
5
10
15
20
25
30
35
% Bahan Perekat
Analisa lama pembakaran dilakukan untuk mengetahui berapa lama waktu yang dibutuhkan briket terbakar habis menjadi abu.
Hasil Analisa Kuat Tekan Grafik Kuat Tekan Briket Non Karbonisasi
Grafik Kuat Tekan Briket Karbonisasi
3,5
0,50 0,45 0,40
Kuat Tekan (kg/cm2)
Kuat Tekan (kg/cm2)
3 2,5 2 1,5
1
0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10
0,5
0,05 0 0
5
10
15
20
25
% Bahan Perekat
Analisa Kuat Tekan
30
35
0,00
0
5
10
15
20
25
30
35
% Bahan Perekat
Analisa kuat tekan briket dilakukan untuk mengetahui seberapa besar daya tahan briket yang berpengaruh pada saat pengemasan, pengangkutan dan pemasarannya.
Briket Terbaik Hasil Penelitian
Berdasarkan hasil yang didapat, briket dengan hasil terbaik ditunjukkan pada briket dengan variabel rasio perekat sebesar 80:20 karena mempunyai hasil heating value dari briket tersebut cukup besar serta kuat tekan yang cukup baik. Bila dibandingkan dengan variabel perekat yang lebih rendah heating value dari briket akan lebih besar, namun kuat tekan dari briket sangatlah kecil sehingga tidak dapat membentuk sebuah briket karena rapuh. Begitu pula dengan variabel perekat yang lebih tinggi, kuat tekan dari briket cukup besar namun memiliki heating value yang kecil.
Perbandingan standar kualitas briket hasil penelitian, briket arang kayu sesuai SNI dan batubara Parameter Nilai kalor (kkal/kg) Kadar air (%) Volatile matter (%)
Kadar Abu (%)
Kuat tekan (kg/cm2)
Briket Sekam Padi
Briket Sekam Padi
Briket Arang Kayu
Batubara
non Karbonisasi
Karbonisasi
SNI
(PT. Bukit Asam)
3922
5190
5000
6900
5,758
7,381
<8
12
59,459
45,714
< 15
36,5
11,594
15,635
<8
<8
0,646
0,269
-
20
Analisa Ekonomi Harga Produksi Briket (per 1 kg Briket) Bahan Baku : Sekam Padi (Rp3000/50kg) Tepung Tapioka (Rp6500/kg) Bentonit (Rp4000/kg) Jasa Produksi + Utilitas + Alat Pencetak
= Rp 60 /kg briket = Rp 1625 /kg briket = Rp 40 / kg briket = Rp 140 / kg briket TOTAL = Rp 2000 / kg briket
Harga Batu Bara (PT. Bukit Asam)
= Rp 830 / kg
Harga LPG
= Rp 15000 / 3kg = Rp 5000 / kg
Analisa Ekonomi Perbandingan Kebutuhan Batu Bara dan Briket Sekam Padi (Skala Industri) Heating Value Batu Bara Heating Value Briket Sekam Padi Karbonisasi Q Batu Bara : Q Briket
= 6900 kkal / kg = 5190 kkal / kg
= 6900 : 5190 1 : 1,33
Kebutuhan Briket untuk menggantikan kebutuhan 1 kg Batu Bara adalah 1,33 kg Harga Briket Alternatif Batu Bara = 1,33 x Rp 2000 = Rp 2660
Ditinjau dari segi ekonomi, batu bara tidak layak digantikan dengan briket sekam padi karena harga briket yang lebih mahal Rp 1830 dari harga batu bara
Analisa Ekonomi Perbandingan Kebutuhan LPG dan Briket Sekam Padi (Skala Rumah Tangga) Heating Value LPG Heating Value Briket Sekam Padi Karbonisasi Q LPG : Q Briket
= 11200 kkal / kg = 5190 kkal / kg
= 11200 : 5190 1 : 2,158
Kebutuhan Briket untuk menggantikan kebutuhan 1 kg LPG adalah 2,158 kg Harga Briket Alternatif LPG = 2,158 x Rp 2000 = Rp 4316 Ditinjau dari segi ekonomi, LPG layak digantikan dengan briket sekam padi karena harga briket yang lebih murah Rp 684 dari harga LPG
Analisa Ekonomi Rekomendasi untuk alternatif bahan bakar untuk skala industri Heating Value Batu Bara = 6900 kkal / kg Heating Value Sekam Padi = 4000 kkal / kg Q Batu Bara : Q Sekam Padi = 6900 : 4000 1 : 1,725 Kebutuhan Sekam Padi untuk menggantikan kebutuhan 1 kg Batu Bara adalah 1,725 kg Harga Sekam Padi Alternatif Batu Bara = 1,725 x Rp 60 = Rp 103,5
Lampiran Gambar Briket Karbonisasi
Briket Non-Karbonisasi
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan 1. Briket sekam padi terbaik hasil penelitian ini adalah briket karbonisasi dengan variabel sekam padi : perekat sebesar 80 : 20 . 2. Nilai kalori dan kuat tekan briket : Metode non karbonisasi Variabel sekam padi : perekat = 80 : 20 mempunyai nilai kalori = 3922 kkal; kuat tekan = 0,646 kg/cm2 Metode karbonisasi Variabel sekam padi : perekat 80 : 20 mempunyai nilai kalori = 5190 kkal ; kuat tekan = 0,269 kg/cm2 3. Lama pembakaran briket : Metode non karbonisasi Variabel sekam padi : perekat = 80 : 20 mempunyai lama pembakaran 117 menit Metode karbonisasi Variabel sekam padi : perekat = 80 : 20 mempunyai lama pembakaran 98 menit
Saran Pada penelitian selanjutnya dapat ditambahkan variasi campuran bahan baku atau perekat yang lain untuk mendapatkan karakteristik briket yang lebih baik, serta mencari temperatur dan waktu ideal proses karbonisasi untuk dapat memaksimalkan hasil karbonisasi dari bahan baku.
TERIMA KASIH
