PENGARUH VARIASI LAJU PEMANASAN DAN TEMPERATUR AKHIR TERHADAP KINETIKA GLOBAL TAR DALAM PIROLISIS SAMPAH KOTA TERSELEKSI
TESIS
Disusun untuk memenuhi sebagai persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan
Oleh Anggreini Beta Citra Dewi A.131408015
PROGRAM PASCASARJANA MAGISTER ILMU LINGKUNGAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
ii
PERNYATAAN KEASLIAN DAN PERSYARATAN PUBLIKASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa : 1.
Tesis yang berjudul : “Pengaruh Variasi Laju Pemanasan Dan Temperatur Akhir Terhadap Kinetika Global Dalam Pirolisis Sampah Kota Terseleksi “ ini adalah karya penelitian saya sendiri dan tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapata yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dengan acuan yang disebutkan sumbernya, baik dalam naskah karangan dan daftar pustaka. Apabila ternyata di dalam naskan tesis ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur plagiasi, maka saya bersedia menerima sangsi, baik Tesis beserta gelar magister saya dibatalkan serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku.
2.
Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah harus menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila saya melakukan peanggaran dari ketentuan publikasi, maka saya bersedia mendapatka sanksi akademik yang berlaku.
Surakarta, ...... Juni 2016 Mahasiswa.
Anggreini Beta Citra Dewi A131408015
iv
Biodata a. Nama
: Anggreini Beta Citra Dewi, S.ST
b. Tempat, tanggal lahir
: Padang Jaya, 2 Desember 1991
c. Alamat Rumah
: Jl. Parang Kusumo,Sondakan, Laweyan, Solo
Tel.
: 0852 2699 0024
Fax.
:-
e-mail
:
[email protected]
d. Riwayat pendidikan di Perguruan Tinggi :
No. 1.
Institusi FK UNS Surakarta
Bidang Ilmu
Tahun
Gelar
Keselamatan dan
2013
S.ST
Kesehatan Kerja
e. Daftar Karya Ilmiah No.
Judul
: Penerbit/Forum Ilmiah
1. Pengaruh Kebiasaan Sarapan
Tahun
UNS
2013
Terhadap Produktivitas Kerja
Surakarta,
Juni 2016
Anggreini Beta Citra Dewi, S.ST
v
Kata Pengantar
Assalamu’alaikumWr. Wb Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah, rahmat, karunia, kesehatan dan kemudahan dalam pelaksanaan penyusunan Tesis sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tesis dengan judul “Pengaruh Variasi Laju Pemanasan Dan Temperatur Akhir Terhadap Kinetika
Global Dalam
Pirolisis Sampah Kota
Terseleksi”. Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Ilmu Lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan ini tidak akan berhasil tanpa bantuan dari berbagai pihak, baik bersifat material maupun spiritual. Untuk itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak Prof. Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Ibu Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si, selaku Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Bapak Prof. Dr. Dwi Aries Himawanto, S.T., M.T selaku pembimbing I yang telah memberikan ilmu dan bimbingan dalam penyusunan laporan ini. 4. Bapak Dr. M. Masykuri, M.Si. selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dalam penyusunan laporan ini. 5. Bapak Dr. Pranoto, M.Sc selaku Penguji yang telah memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan laporan ini. 6. Seluruh Staff Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta dan Program Studi Ilmu Lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah membantu dalam penyusunan Tesis ini. 7. Kepala Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
vi
8. Bapak dan Ibuku Drs. Idris dan Dra. Wiwik Riyani, adik-adikku Bima Candra Digda, S.Pd, dan Cahya Dianutama serta keluarga besar yang telah memberikan doa, semangat, motivasi baik moril maupun materiil sehingga laporan ini terselesaikan. 9. Adik-adik Teknik Mesin Riski, Zuhdy, Shaleh dan Murnanda yang telah membantu dalam pelaksanaan pengambilan data di laboratorium. 10. Semua teman-teman Ilmu Lingkungan angkatan 2014 yang selalu memberikan semangat, do’a dan motivasi sehingga penelitian ini terselesaikan. 11. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan Tesis ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Penulis berharap semoga laporan ini dapat memberikan manfaat, baik bagi penulis maupun mahasiswa yang membutuhkan.
Surakarta, Juni 2016 Penulis
Anggreini Beta Citra D NIM. A131408015
vii
Anggreini Beta Citra Dewi. A131408015. 2016 . Pengaruh Variasi Laju Pemanasan Dan Temperatur Akhir Terhadap Kinetika Global Dalam Pirolisis Sampah Kota Terseleksi. Prof. Dr. Dwi Aries Himawanto, S.T., M.T. Dr. M. Masykuri, M.Si. Program Studi S2 Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. ABSTRAK
Kota Surakarta ditetapkan sebagai pusat kegiatan nasional dan kawasan andalan provinsi Jawa Tengah bagian selatan. Dampak langsung yang dirasakan dari kondisi tersebut yaitu adanya berbagai aktifitas sosial maupun ekonomi yang menyebabkan timbulan sampah mencapai 265 ton perhari. Penumpukan Sampah tersebut menyebabkan daya tampung TPS semakin menurun. Pengolahan sampah di kota Surakarta sampai saat ini masih terbatas pada pengolahan sampah secara konvensional. Alternatif pengolahan sampah kota yang yang layak dipertimbangkan teknologi pirolisis. Beberapa keuntungan proses pirolisis yang menjadikannya sebagai salah satu alternatif pengolahan biomassa yang cukup prospektif antara lain, mitigasi perubahan iklim, manajemen pengolahan sampah, perbaikan struktur tanah dan memiliki kandungan energi yang tinggi Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh laju pemanasan dan temperatur akhir terhadap kualitas tar serta kinetika global dalam pirolisis sampah kota terseleksi. Dengan cara pengukuran rendemen tar, nilai kalor dan energi aktivasi. Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui kegunaan tar sebagai bahan bakar alternative dimasa depan. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampah kota terseleksi yang terdiri dari styrofoam, daun pisang, bambu, dan pembungkus makanan ringan, jenis sampah yang digunakan adalah sampah yang belum terolah secara maksimal di TPA Putri Cempo Surakarta. Variasi kompisisi sampah yang digunakan 50 % sampah organik : 50 % sampah anorganik dan 70 % sampah organik : 30 % sampah anorganik. Variasi temperatur akhir yang diteliti adalah 550 oC, 650 oC dan 750 oC. Untuk variasi laju pemanasan dengan variasi 15 oC/menit, 25 oC/menit, 35 oC/menit dan 45 oC/menit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju pemanasan dan temperatur akhir tidak mempengaruhi jumlah rendemen tar tetapi berpengaruh terhadap nilai kalor. Semakin tinggi laju pemanasan semakin rendah nilai kalor dan semakin tinggi temperatur akhir maka nilai kalor tar semakin meningkat. Hasil penelitian mengenai metode kinetika global didapatkan energi aktivasi tar sampah kota 50% organik 34,21 kJ/mol, sedangkan untuk tar hasil pirolisis sampah kota 70 % organik adalah 2,83 kJ/mol. Semakin rendah energi aktivasi (Ea), maka semakin mudah pula bereaksi (terbakar). Keyword : Pirolisis, Tar, Sampah Kota Terseleksi.
viii
Anggreini Beta Citra Dewi. A131408015. 2016. Effect Of Heating Rate Variation And Final Temperatures in Kinetics Global Of Pyrolysis Municipal Solid Waste. Prof. Dr. Dwi Aries Himawanto, S.T., M.T. Dr. M. Masykuri, M.Sc. S2 Studies Program in Environmental Sciences University Graduate Program March Surakarta. ABSTRACT
Surakarta city designated as a center of national and regional mainstay southern part of Central Java province. The direct impact is felt on the condition that their social and economic activities that cause waste generation reached 265 tons per day. The waste buildup causes the TPS capacity decreases. Waste management in the Surakarta city is still confined to conventional waste management. Municipal waste treatment alternatives are worth considering pyrolysis technology. Some of the advantages of pyrolysis processes that make it as one of the alternative processing of biomass that is prospective, among others, mitigating climate change, waste management, improved soil structure and have a high energy content This study aims to determine the effect of heating rate and the final temperature of the quality of the tar and global kinetics in selected municipal waste pyrolysis. By way of measuring tar yields, calorific value and the activation energy. This measurement aims to determine the usefulness of tar as an alternative fuel for the future. Raw materials used in this study were selected municipal solid waste consisting of styrofoam, banana leaves, bamboo, and light food wrappers, used various types of waste is waste that has not treated optimally in landfill Putri Cempo Surakarta. Variations in the composition trash used 50% of organic waste: 50% inorganic and 70% organic waste: 30% inorganic. Final temperature variations examined are 550 oC, 650 oC and 750 oC. For heating rate variation with the variation of 15 °C/min, 25 °C/min, 35 °C/ min and 45 °C/min. The results showed that the rate of heating and the final temperature does not affect the yield of tar but the effect on the calorific value. The higher of heating rate the calorific value decreases and the higher final temperature of the tar calorific value increases. Results of research on methods of global kinetics of activation energy obtained tar organic municipal waste 50% 34.21 kJ/mol, while for tar pyrolysis results 70% organic municipal waste is 2.83 kJ/mol. The lower the activation energy (Ea), the easier will be reacted (burned).
Keyword : Pyrolysis, Tar, Municipal Solid Waste Selected.
ix
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL .................................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING .......................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI .................................................................
iii
PERNYATAAN KEASLIAN TESIS DAN PUBLIKASI .......................................
iv
BIODATA ................................................................................................................
v
KATA PENGANTAR ..............................................................................................
vi
ABSTRAK ...............................................................................................................
viii
ABSTRACT .............................................................................................................
ix
DAFTAR ISI .............................................................................................................
x
DAFTAR TABEL .....................................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................
xiv
BAB I.
PENDAHULUAN ....................................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah ....................................................................
1
B. Rumusan Masalah ..............................................................................
5
C. Tujuan Penelitian ...............................................................................
5
D. Manfaat Penelitian .............................................................................
5
BAB II. LANDASAN TEORI ...............................................................................
7
A. Sampah .............................................................................................
7
B. Pirolisis ..............................................................................................
14
C. Bio-oil ...............................................................................................
22
D. Kinetika Global .................................................................................
24
E. Kerangka Pemikiran...........................................................................
32
F. Hipotesis ............................................................................................
32
BAB III. METODE PENELITIAN..........................................................................
33
A. Tempat Penelitian ..............................................................................
33
B. Waktu Penelitian ................................................................................
33
C. Tatalaksana Penelitian .......................................................................
33
x
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .......................................
40
A. Produk Hasil Pirolisis ........................................................................
40
B. Rendemen Tar ....................................................................................
42
C. Nilai Kalor Tar ...................................................................................
50
D. Analisis Thermogravimetry ..............................................................
57
E. Kinetika Global .................................................................................
61
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................
65
A. Kesimpulan ........................................................................................
65
B. Saran ..................................................................................................
65
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................
66
LAMPIRAN .............................................................................................................
74
xi
DAFTAR TABEL Tabel
Halaman
1. Komposisi Sampah Menurut Materi ..................................................................
3
2. Reaksi Kimia Peruraian Selulosa .......................................................................
18
3. Pengaruh Laju Pemanasan, Temperatur dan Waktu Tinggal Terhadap Produkakhir Pirolisis ................................................................................................................
19
4. Parameter Operasi Khas dan Produk Proses Pirolisis .........................................
19
5. Proses Pirolisis dengan Temperatur Berbeda ..........................................................
22
6. Property Of Pirolisis Oil ....................................................................................
24
7. Hasil Uji Proximate Dan Ultimate Biomassa .....................................................
31
8. Kelebihan Dan Kekurangan Fixed Bed Piroliser ...............................................
34
9. Sampel Penelitian ...............................................................................................
37
10. Definisi Operasional Variabel ............................................................................
38
11. Hasil Perhitungan Rendemen Tar .......................................................................
42
12. Komposisi Gas Pirolisis .....................................................................................
47
13. Nilai Kalor Bahan Pirolisis .................................................................................
50
14. Nilai Kalor Tar Sampah Kota Terseleksi ...........................................................
51
15. Nilai Kalor Rata-Rata Beberapa Jenis Bahan Bakar ..........................................
56
16. Hasil Analisis TG/DTA ......................................................................................
61
17. Energi Aktivasi Tar Hasil Proses Pirolsis Sampah Kota ....................................
62
xii
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 1. Representasi Dari Jalur Reaksi Untuk Pirolisis Kayu ........................................ 15 2. Produk Biomasa .................................................................................................. 16 3. (A) Mekanisme Pirolisis Satu Komponen ........................................................... 19 3. (B) Mekanisme Pirolisis Multi Komponen ......................................................... 19 4. Struktur Kimia Bio-Oil ....................................................................................... 23 5. Kurva Normal Thermogravimetri ........................................................................ 29 6. Grafik Karakteristik Pirolisis .............................................................................. 29 7. Kurva Thermogravimetri Kalsit .......................................................................... 30 8. Kurva TG/DTG Biomassa Dengan Heating Rate 10 K/Menit .......................... 31 8. Kerangka Berfikir ............................................................................................... 32 9. Skema Peralatan Uji Pirolisis Model Fixed Bed ............................................... 34 10. Desain Penelitian ................................................................................................ 35 11. Produk Hasil Pirolisis Sampah Kota 50% Organik ............................................ 40 12. Produk Hasil Pirolisis Sampah Kota 70% Organik ............................................ 40 13. Rendemen Tar Pirolisis Sampah Kota 50 % Organik ........................................ 42 14. Rendemen Tar Pirolisis Sampah Kota 70 % Organik ....................................... 45 15. Nilai Kalor Tar Dari Pirolisis Sampah Kota 50% Organik Akibat Variasi Laju Pemansan .................................................................................................... 51 16. Nilai Kalor Tar Dari Pirolisis Sampah Kota 70% Organik Akibat Variasi Laju Pemansan .......................................................................... 51 17. Nilai Kalor Tar Dari Pirolisis Sampah Kota 50% Organik Akibat Variasi Temperatur Akhir ................................................................................... 53 18. Nilai Kalor Tar Dari Pirolisis Sampah Kota 70% Organik Akibat Variasi Temperatur Akhir ................................................................................... 53 19. Perbandingan Nilai Kalor Tar hasil Pirolisis terhadap Nilai Kalor Bahan Sebelum di Pirolisis ................................................................................ 55 20. Grafik TG-DTA 50% Organik ........................................................................... 58 21. Grafik TG-DTA 70% Organik ........................................................................... 67 22. Grafik Logaritma Alami Penurunan Fraksi Tar 50% Organik ........................... 67 23. Grafik Logaritma Alami Penurunan Fraksi Tar 70% Organik .......................... 67
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
1. Jadwal Penelitian ................................................................................................
74
2. Pengumpulan Sampel ........................................................................................
75
3. Penghalusan Bahan Baku Dengan Ukuran 20 Mesh ...........................................
76
4. Pencampuran Bahan Baku ...................................................................................
77
5. Proses Pirolisis ...........................................................................................................
78
6. Hasil Pirolisis ......................................................................................................
79
7. Grafik Laju Pemansan Dan Temperatur Akhir Pirolisis ...................................
80
8. Rendemen Char Dan Tar ....................................................................................
83
9. Data Uji Nilai Kalor ...........................................................................................
84
10. Hasil Uji TG/DTA Tar 50% Organik ..................................................................
85
11. Hasil Uji TG/DTA Tar 70% Organik .................................................................
86
12. Tabel Energi Reaksi Tar ......................................................................................
87
xiv
