PEMBUATAN BRIKET ENERGI TINGGI DARI CANGKANG KAKAO YANG DIAKTIVASI DENGAN MIKROWAVE

JURNAL APLIKASI FISIKA

VOLUME 13 NOMOR 1

PEBRUARI

2017

PEMBUATAN BRIKET ENERGI TINGGI DARI CANGKANG KAKAO YANG DIAKTIVASI DENGAN MIKROWAVE I Nyoman Sudiana1, Lina Lestari1, Muhammad Zamrun F. 1, Yuni Ariyani Koedoes2, Gusti Eric Sandra1, Yustin Biringgalo1, La Arfad1, Purwo Aditya Setyo1 , Endang Safitri1 1

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Halu Oleo, Kendari Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo, Kendari Email :[email protected]

21

Abstrak Charcoal briquettes from cocoa shell have been producting. Composition of glue and cacao shell as well as their microstructure (pores and grains) are optimized in order to obtain briquettes with high calor energy. The optimation of microstructure is performed by microwave activation. High glue content affect to the briquette’s moisture. The composition of glue material and cocoa shell charcoal which give highest calor energy found in this research is 5:95 %. From microstructure evaluation we found that at the pores diameter of 552 micrometer in average and grain size of 152 micrometer, the average energy of activated charcoal cocoa shell is 10,321 kkal/kg. Keywords: Cocoa shell, briquettes, calor energy, charcoal, microstructure, microwave I.

rumah tangga dan warung sebagai pengganti energi dari minyak tanah. Nilai energi briket limbah cangkang kakao diharapkan lebih unggul dibandingkan briket batubara yang mengandung energi 5.500 kkal/kg, minyak tanah 8,900 kkal/kg, dan elpiji 11,900 kkal/kg [7-9]. Dilihat dari perbandingan harga saat ini di Sulawesi Tenggara, biaya konsumsi elpiji sekitar Rp. 11.000/kg, minyak tanah Rp. 8000/l, dan briket batubara Rp. 5.000/kg, sedangkan briket arang hanya Rp. 50.000/karung yang beratnya sekitar 20 kg satu karungnya atau rata-rata Rp. 2.500/kg. Dengan demikian, penggunaan briket limbah cangkang kakao sangat prosfektif sebagai sumber energi pengganti minyak tanah karena memberi nilai ekonomis dan membantu menekan terjadinya perusakan hutan. Briket merupakan bahan bakar padat yang menjadi bahan bakar alternatif kayu bakar atau bahan bakar minyak lainnya. Definisi briket itu sendiri adalah suatu bahan

PENDAHULUAN

Sebagai salah satu penghasil kakao terbesar di Indonesia Timur, cangkang kakao di Sulawesi Tenggara sangat banyak dan belum dimanfaatkan hanya menjadi sampah [1-4]. Kadang dimanfaatkan jadi pakan ternak dicampur dengan rumput atau dedak. Salah satu pemanfaatan cangkang kakao yaitu dengan dijadikan bahan bakar briket. Proses pembriketan sendiri bertujuan untuk meningkatkan densitas dari cangkang kakao sehingga kandungan energi untuk satu satuan volume yang sama menjadi meningkat. Potensi biomassa limbah hasil pertanian sudah banyak diteliti baik untuk bahan bakar [5-9] maupun untuk keramik [10-13]. Biasanya limbah hasil pertanian ini dibakar di ladang-ladang pertanian dan ditimbun dalam tanah. Melihat potensi yang besar dan kandungan energi pada cangkang kakao sangat memungkinkan untuk memasyarakatkan enggunaan ini sebagai bahan baku untuk briket arang untuk keperluan

27

JAF, Vol. 13 No. 1 (2017), 27-32 pengeringan cepat [23-24] serta proses treatment dalam reaksi kimia untuk mempercepat reaksi [25-27]. Diharapkan dengan aktivasi dengan microwave mikrostruktur dari briket lebih mudah dikontrol sehingga dapat diperoleh briket dengan energy yang lebih tinggi disbanding dengan cara konvensional tanpa menggunakan microwave.

yang berupa serbuk atau potongan-potongan kayu kecil yang dipadatkan dengan menggunakan mesin press denagan dicampur bahan perekat sehingga menjadi bentuk yang solid. Briket biomasa adalah energi alternative yang ramah lingkungan. Bahan baku dari serbuk briket ini menggunakan limbah–limbah sisa produksi, baik itu rumah tangga, perkebunan maupun sampah dari proses alam, seperti daun – daun yang gugur. Syarat briket yang baik sebagai bahan bakar diantaranya : 1. Mudah dinyalakan 2. Tidak mengeluarkan asap 3. Emisi gas hasil pembakaran tidak mengandung racun 4. Kedap air dan hasil pembakaran tidak berjamur bila disimpan pada waktu lama 5. Menunjukkan upaya laju pembakaran (waktu, laju pembakaran, dan suhu pembakaran) yang baik. Nilai kalor menjadi parameter mutu paling penting bagi briket arang sebagai bahan bakar sehingga nilai kalor sangat menentukan kualitas briket arang. Semakin tinggi nilai kalor bakar briket arang, semakin tinggi pula kualitas briket yang dihasilkan. Nilai kalor ditentukan oleh perbandingan perekat. Karna semakin banyak perekat yang digunakan dalam briket semakin banyak abu yang di hasilkan, nilai kalor sangat dipengaruhi oleh kadar abu briket arang. Semakin rendah kadar abu briket arang maka akan meningkatkan nilai kalor bakar briket arang yang dihasilkan. Nilai kalor dipengaruhi oleh kadar air dan kadar abu briket arang, semakin tinggi kadar abu dan kadar air briket arang maka akan menurunkan nilai kalor bahan briket arang yang dihasilkan. Dalam penelitian ini di buat briket dari cangkang kakao dengan optimasi parameter pembuatannya agar kandungan energinya optimal. Untuk mendapatkan briket dengan energi tinggi, mikrostruktur dikontrol dengan aktivasi menggunakan microwave. Penggunaan microwave telah dilakukan dalam grup penelitian kami terutama untuk mengontrol mikrostruktur keramik [14-22] dan

II. METODE PENELITIAN Penelitian akan ini dilakukan di Laboratorium Fisika dan Kimia Fakultas MIPA, Universitas Halu Oleo kemudian diaplikasikan dalam program pengabdian masyarakat di Kolaka Timur, Sulawesi Tenggara. Pengolahan cangkang kakao menjadi briket dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu karbonisasi, penghalusan dan pengayakan, pencampuran perekat, pencetakan, pengompaksian, hingga pengeringan briket. Karbonisasi merupakan proses untuk mengkonversi bahan baku menjadi arang melalui proses pemanasan. Proses karbonisasi cangkang kakao dilakukan dengan membakar cangkang kakao dengan suplai oksigen terbatas. Variable yang ingin diteliti yaitu perbandingan komposisi campuran biomassa dan perekat terdiri dari 3 perbandingan yaitu A1 = 5: 95 %; A2 = 10:90%; A3 = 15:85%, sedangkan untuk ukuran butiran awal di variasikan dengan ulangan 2 kali sehingga diperoleh energi kalor briket rata-rata yang optimal. Setelah itu diaktivasi dengan microwave untuk mengontrol mikrostruktur akhirnya. Limbah cangkang kakao diperoleh dari Ladongi Kabupaten Kolaka Timur. Sebelum dikarbonasi, cangkang kakao dikeringkan menggunakan oven dengan suhu pemanasan 110 oC selama 2,5 jam. Karbonasi cangkang kakao menggunakan pemanas listrik dengan pencapaian temperatur pemanasan 450oC selama kurang lebih satu jam. Karbonisasi bertujuan untuk meningkatkan kadar karbon dan membebaskan zat-zat yang mudah menguap (volatile matter) serta mengurangi kandungan air.

28

Pembuatan briket energi………………………………………….…(I Nyoman Sudiana, dkk) Differential Scanning Calorimeter (DSC –60) dari Shimadzu Scientific Instruments.

Kemudian arang dihancurkan menjadi serbuk dan diayak. Arang kemudian diayak menggunakan ayakan 70 mesh. Serbuk yang telah diayak sesuai dengan ukuran yang ditentukan dicampurkan dengan tepung tapioka sebagai perekat dan diratakan dengan menggunakan mixer. Penggunaan perekat dimaksudkan untuk merekatkan dua buah benda berdasarkan ikatan permukaan sehingga dalam proses pembriketan, butiran arang cangkang kakao dapat merekat dengan baik. Tahapan selanjutnya adalah arang cangkang kakao yang telah dicampur dengan perekat dikompaksi pada tekanan 100 kg/cm2 untuk memperoleh briket cangkang kakao yang kompak, berbentuk padatan dan memiliki kerapatan butiran yang tinggi. Selanjutnya, briket dikeringkan untuk mengurangi kelembaban briket akibat penambahan perekat. Aktivasi dengan mikrowave dilakukan dengan memanaskan briket dalam microwave oven. Pengukuran nilai kalor pembakaran dilakukan pada akhir penelitian guna melihat nilai kalor yang terbaik dari berbagai variasi yang dilakukan.

III.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hal-hal yang berpengaruh pada kandungan kalor briket diantaranya fixed karbon, kadar abu dan nilai volatile matter, serta mikrostruktur dari briket [28-30]. Parameter-parameter ini dipengaruhi oleh komposisi perekat dan cangkang kakao dan juga treatment dengan microwave. Tabel 1. menampilkan parameter awal sebelum diaktivasi dengan microwave untuk masingmasing komposisi perekat dan Tabel 2. menyajikan pengaruh temperature aktivasi terhadap parameter-parameter tersebut untuk komposisi perekat dan cangkang kakao 5:95 %. Pengaruh temperature aktivasi dan penambahan perekat tidak berpengaruh langsung terhadap peningkatan fixed karbon, akan tetapi lebih disebabkan oleh perubahan kadar air, kadar abu, dan kandungan volatile matter briket.

Tabel 1. Parameter briket sebelum diaktivasi dengan mikrowave

Dari Tabel 1. menunjukkan nilai kalor tertinggi pada briket cangkang kakao sebelum diaktivasi dengan microwave adalah pada komposisi perekat 5 % dengan nilai kalor 7,678 kkal/gram sedangkan nilai kalor yang terendah dari briket pada perbandingan 20 : 80 dengan nilai kalor 6,021 kkal/gram. Nilai kalori yang tinggi pada komposisi tersebut dipengaruhi oleh rendahnya kadar air, kadar abu dan nilai volatile matter briket. Hal ini menunjukkan semakin sedikit perekat makin baik kualitas briket.

Gambar 1. Pengukuran kandungan kalor dari briket Abu hasil pembakaran briket tersebut digunakan untuk analisa kalor menggunakan

29

JAF, Vol. 13 No. 1 (2017), 27-32 Tabel 2. Parameter briket (komposisi 5:95) setelah diaktivasi dengan microwave dengan variasi temperatur

Aktivasi dengan microwave meningkatkan nilai kalor seperti ditampilkan pada Tabel 2. Hal ini disebbbkan dengan pemanasan cepat dengan microwave selain menghilangkan kadar air yang tersisa juga mereduksi kadar abu dan zat terbang (volatile matter) nya. Selain itu mikrostruktur juga mempengaruhi kandungan kalorinya. Tabel 3 menunjukkan perubahan mikrostruktur yakni pori dan ukuran butiran terhadap suhu aktivasi. Ukuran butiran briket yang kecil dan pori-pori briket yang besar menyebabkan kandungan air yang terdapat di dalamnya mudah menguap selama proses pengeringan, akibatnya kadar air di dalam briket semakin rendah dan kandungan kalor makin tinggi karna kadar air yang tinggi akan mengurangi nilai kalor karena panas briket terlebih dahulu digunakan untuk menguapkan air yang ada sebelum memancarkan radiasi yang dipergunakan sebagai panas pembakaran . Parameter lain yang mesti diselidiki adalah pengaruh keseragaman ukuran butiran terhadap kandungan kalor dari briket. Secara umum bila ukuran butiran homogen maka akan menghasilkan briket arang dengan kerapatan dengan kekuatan yang semakin tinggi pula [29].

IV.

KESIMPULAN

Kulit kakao sangat baik untuk briket. Campuran perekat sangat berpengaruh terhadap kandungan kalor briket yakni semakin sedikit persentase perekat semakin tinggi kalor yang dimiliki oleh briket.. hal ini disebebkan komposisi bahan perekat yang tinggi sangat berpengaruh terhadap kadar air dan kadar abu dari briket. Dengan perbandingan komposisi bahan diperoleh perbandingan yang baik pada komposisi perekat dan arang kulit kakao (5:95) dengan kandungan energi 7,678 kkal/kg.. Pengaruh suhu aktivasi dengan microwave juga mempengaruhi kandungan kalor dari briket. Hal ini disebabkan aktivasi mempengaruhi ukuran pori dan butiran dari briket selain kadar air dan kerapatan briket. Pada suhu 700oC diperoleh energi rata-rata tertinggi yakni 10,321 kkal/kg. UCAPAN TERIMAKASIH Terimakasih kami haturkan kepada DRPM KEMENRISTEK-DIKTI yang telah memberikan dana berupa hibah pengabdian IbM.

Tabel 3. Analisis mikrostruktur dari briket Suhu Kerapatan Ukuran Ukuran 3 Aktivasi (g/cm ) Pori Butiran (µm) (µm) 400 0,67 305 172 500 0,68 402 164 600 0,69 506 162 700 0.68 552 152

DAFTAR PUSTAKA [1] Dinas Perkebunan dan Hortikultura, Sultra 2013.. Statistik Perkebunan Sulawesi Tenggara Tahun 2012. [2] Dinas Kehutanan Prov. Sultra, 2012. Data Hutan Sulawesi Tenggara. [3] Direktorat Jenderal Perkebunan (DJP) 2013, Produksi Kakao Menurut Provinsi di Indonesia, 2008 -2012

30

Pembuatan briket energi………………………………………….…(I Nyoman Sudiana, dkk) Pemberdayaan Masyarakat Dalam Pengelolaan Lingkungan Melalui Pengolahan Limbah Sagu Di Kelurahan Pondidaha, Kecamatan Pondidaha, Kabupaten Konawe, Sulawesi Tenggara , Laporan Pengabdian Pada Masyarakat, DRPM Ristek DIKTI, 2016

[4] Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM), 2003, Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (Energi Hijau). [5] Aripin, I. N. Sudiana, L. Lestari, 2009. Pembuatan Briket Arang dari Ampas Sagu bagi Kelompok Usaha Kecil dan Menengah di Kota Kendari. Laporan Pengabdian. [6] Lestari, L., E. S. Hasan, 2013. Pembuatan Briket Arang Limbah Tongkol Jagung sebagai Bahan Bakar Alternatif di Kecamatan Pondidaha, Kabupaten Konawe, Sulawesi Tenggara, Laporan Pengabdian, UHO 2013. [7] Lestari, L. Aripin, I. N. Sudiana. IbM Kelompok Pengrajin Briket Arang Hemat Energi di Kecamatan Pondidaha, Kab. Konawe, Sulawesi Tenggara. Laporan Akhir Iptek Bagi Masyarakat (IbM), Universitas Haluoleo 2010. [8] Syamsiro, M., 2014, Pemanfaatan Limbah Biomassa Cangkang Kakao Sebagai Sumber Energi Terbarukan, Universitas Janabadra, Yogyakarta [9] I.N. Sudiana, Lina Lestari., IbM Mitra Usaha bersama dengan Kelompok Tani Kakao di Kecamatan Ladongi Kabupaten Kolaka Timur , Laporan Pengabdian Pada Masyarakat, DRPM Ristek DIKTI,

[14] Sudiana,

I.N, S. Mitsudo, T. Nishiwaki, P. E. Susilowati, L. Lestari, M. Z. Firihu, H. Aripin, Effect of Microwave Radiation on the Properties of Sintered Oxide Ceramics, Contemporary Engineering Sciences, Vol. 8 No. 34, 2015, pp. 1607-1615. [15] S. Mitsudo, K. Sako, S. Tani, I.N. Sudiana, High Power Pulsed Submillimeter Wave Sintering of Zirconia Ceramics, The 36th Int. Conference on Infrared, Millimeter and THz Waves (IRMMW-THz 2011), Hyatt Regency Houston, Houston, Texas, USA, October 2-7, 2011. [16] I.N. Sudiana, Use of Microwave Energy for Material Processing in A Simple Laboratory, Jurnal Aplikasi Fisika, Vol. 10 No. 2, Oktober 2014, Hal. 77-81. [17] I.N. Sudiana, Ryo Ito, S. Inagaki, K. Kuwayama, K. Sako, S. Mitsudo, Densification of Alumina Ceramics Sintered by Using Sub-millimeter Wave Gyrotron, J. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 34 (2013), 627-638 [18] I N Sudiana, M. Z. Firihu, Effect of initial green samples on mechanical properties of alumina ceramic , Contemporary Engineering Sciences, Vol. 9, 2016, no. 12, 595-602 [19] S. Mitsudo, S. Inagaki, I.N. Sudiana, K. Kuwayama, Grain Growth in Millimeter Wave Sintered Alumina Ceramics , Advanced Materials Research, Vol.789 (2013), pp. 279282.

2015 [10] H. Aripin, I. N Sudiana, B. Sunendar. Preliminary study on silica xerogel extracted from sago waste ash, Jurnal Sains Materi Indonesia., 6, 24–30 (2010). [11] H. Aripin, S. Mitsudo, I. N. Sudiana, N. Jumsiah, I. Rahmatia, B. Sunendar, L.Nurdiwijayanto, S. Mitsudo, S.Sabchevski, Preparation of Porous Ceramic with Controllable Additive and Firing Temperature, Advanced Materials Research, Vol. 277 (2011) pp. 151-158 [12] M. Zamrun F dan I N. Sudiana, Kristalisasi Silika Xerogel dari Sekam Padi, Jurnal Aplikasi Fisika, Vol. 12

No. 1, Pebruari 2016, Hal. 30-34. [13] I.N.

Sudiana,

Lina

Lestari.,

31

JAF, Vol. 13 No. 1 (2017), 27-32 dari Ampas Kayu dengan Microwave,

[20] , T. Saito, S. Sabchevski, Structure

Formation of a Double Sintered Nanocrystalline Silica Xerogel Converted From Sago Waste Ash, Transactions of the Indian Ceramic Society, 74 (1), 2015, pp.11-15. DOI: 10.1080/0371750X.2014. 980850 [21] S. Mitsudo, R.Ito, I.N. Sudiana, K.Sako, and K. Kuwayama, Grain Growth in Submillimeter Waves Sintered Alumina, IRMMW-THz 2012, September , Wollongong, Australia. [22] I.N. Sudiana, S. Mitsudo, T. Nishiwaki, P. E. Susilowati, L. Lestari, Microwave Processing of Silica from Rice Husk, Jurnal Aplikasi Fisika, Vol. 11 No. 1, Februari 2015, Hal. 51-56. [23] M. Z. Firihu, I.N. Sudiana, 2.45 GHz microwave drying of cocoa bean , ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences Vol. 12 No. 19 [24] M. Z. Firihu, I.N. Sudiana, 2.45 GHz microwave drying of cocoa bean , ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences Vol. 12 No. 19

Vol. 12 No. 2, Agustus 2016, Hal. 4954. [26] I. N. Sudiana dan Muhammad Zamrun F, Percepatan Reaksi Kimia dengan Pemanasan Mikrowave, Vol. 11 No. 2, Agustus 2015, Hal. 38-43. [27] M. Zamrun F dan I. N. Sudiana, Ponderomotive Force Generated by Microwave During Sintering, Vol. 11, No. 2, Agustus 2015, Hal. 44-48. [28] Erikson, Sinurat, 2011, Studi Pemanfaatan Briket Kulit Jamu Mente dan Tongkol Jagung Sebagai Bahan Bakar Alternatif. Skripsi, Fakultas Teknik Universitas Hasanudin, Makasar. [29] Rustini, 2004. Pembutan Briket Arang Dari Serbuk Gergaji Kayu Pinus Dengan Penambahan Tempurung Kelapa, Skripsi, Jurusan Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. [30] Sembiring, M.T dan Sinaga, T.S, 2003, Arang Aktif, Pengenalan dan Proses Pembuatannya, J. USU Digital Library.

[25] I.N. Sudiana, D. K. Sutiari, P. Endang S., Karakteristik awal Pembuatan Glukosa

32