Prarancangan Pabrik Karbon Aktif dari BFA dengan Aktifasi Kimia Menggunakan KOH Kapasitas 2.500 Ton/Tahun
BAB I PENGANTAR A.
Latar Belakang Indonesia merupakan negara tropis
yang memiliki kekayaan sumber
daya alam melimpah yang salah satu hasil utamanya berasal dari sektor pertanian berupa tebu. Indonesia merupakan salah satu negara dengan produksi gula tebu terbesar dengan produksi tahunan di atas 2,2 juta ton pada tahun 2011 (Sumber : BPS). Dari hasil produksi gula tebu tersebut, akan menghasilkan limbah yang berupa ampas tebu dan abu ampas tebu yang berasal dari boiler berbahan bakar ampas tebu dalam jumlah besar. Bagasse atau ampas tebu adalah zat padat dari tebu yang diperoleh sebagai sisa dari pengolahan tebu pada industri pengolahan gula pasir. Berdasarkan data dari Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia (P3GI), ampas tebu (bagasse) yang dihasilkan sebanyak 32% dari berat tebu yang digiling. Dari jumlah 32% tersebut, 60%-nya digunakan untuk bahan bakar ketel (boiler), sedangkan kelebihannya dijual dan banyak dimanfaatkan untuk bahan baku pembuatan kertas, media pertumbuhan jamur merang dan industri pembuatan papan–papan buatan. Abu yang tersisa, menyebabkan pencemaran udara dan air untuk sekitar area pabrik karena partikelnya yang halus. Berdasarkan sumber pengambilannya, abu ampas tebu dibedakan menjadi fly ash atau bottom ash yang disebut dengan bagasse bottom ash (BBA) dan bagasse fly ash (BFA). BFA merupakan abu terbang yang dikumpulkan dari cerobong boiler, sedangkan BBA merupakan sisa hasil pembakaran dari boiler. Sementara ini BFA digunakan sebagai tanah penimbun (landfilling) dan sebagian digunakan sebagai filler (pengisi) pada material bangunan dan papan kertas serta papan kayu. Secara umum, penelitian untuk memanfaatkan BFA dilakukan dalam berbagai aplikasi langsung dari BFA sebagai adsorben untuk kontaminan tertentu, seperti logam berat , polutan organik , pewarna dan limbah tertentu. Pemanfaatan Putut Jatmiko Mahfudl Sidiq Muhayyat
(09/284346/TK/35257) (09/289115/TK/36008)
1
Prarancangan Pabrik Karbon Aktif dari BFA dengan Aktifasi Kimia Menggunakan KOH Kapasitas 2.500 Ton/Tahun langsung dimungkinkan karena BFA memiliki luas permukaan yang cukup besar sehingga digunakan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Pemanfaatan limbah biomassa untuk produksi karbon aktif memiliki dampak positif untuk mengurangi limbah padat organik. Namun, hanya limbah biomasa seperti batok kelapa dan batu zaitun yang dapat melanjutkan ke skala komersial. Hambatan utama pemanfaatan limbah biomassa jenis lain untuk diproduksi dalam skala besar adalah masalah pasokan. Karbon aktif merupakan padatan dengan bahan dasar karbon berpori yang memiliki luas permukaan yang sangat tinggi yaitu di atas 600 m 2/gram. Kegunaan karbon aktif sangat bervariasi mulai dari obat penjerap racun, penjerap bau atau gas, untuk pengolahan air,sampai dengan penyangga katalis. Karbon aktif banyak digunakan oleh perusahaan ataupun pabrik, misalnya sebagai pembersih air, pemurnian gas, industri gula, pengolahan limbah cair dan sebagainya. Dalam dunia industri, karbon aktif sangat diperlukan karena dapat mengadsorbsi bau, warna, gas, dan logam. Menurut www.worldprline.com permintaan karbon aktif akan terus meningkat sebesar 9% per tahun sampai dengan 2014 dan konsumsi karbon aktif dunia tahun 2014 diperkirakan 1,7 juta ton per tahun. Indonesia sendiri memiliki data ekspor impor karbon aktif sebagai berikut : No
Tahun
1
2007
7.943.320
76.324.910
2
2008
8.126.032
27.005.688
3
2009
10.739.130
24.791.393
4
2010
11.220.900
24.791.393
5
2011
14.064.160
21.652.271
Putut Jatmiko Mahfudl Sidiq Muhayyat
Impor ( Kg/Tahun)
(09/284346/TK/35257) (09/289115/TK/36008)
Ekspor ( Kg/Tahun)
2
Prarancangan Pabrik Karbon Aktif dari BFA dengan Aktifasi Kimia Menggunakan KOH Kapasitas 2.500 Ton/Tahun Hal ini memperlihatkan bahwa karbon aktif masih memiliki prospek ekspor yang bagus. Fenomena ini menggambarkan bahwa arus pasar karbon aktif baik di dalam maupun luar negeri masih terbuka lebar. Oleh karena itu, pabrik karbon aktif dari baggase fly ash merupakan investasi yang cukup menarik untuk dikaji lebih lanjut dengan melakukan estimasi kelayakan investasi melalui prarancangan pabrik kimia karbon aktif dari baggase fly ash.
B.
TinjauanPustaka Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari dua proses, yaitu karbonisasi dan aktivasi produk dari proses karbonisasi menjadi karbon aktif. Menurut Astuti(1990), secara umum proses karbonisasi sempurna adalah pemanasan bahan baku tanpa adanya udara sampai temperatur yang cukup tinggi untuk mengeringkan dan menguapkan senyawa dalam karbon. Pada proses ini terjadi dekomposisi termal dari bahan yang mengandung karbon dan menghilangkan spesies non karbonnya. Pada proses ini akan terbentuk char, selain itu karbonisasi juga menghasilkan gas, dan cairan, walaupun dalam jumlah yang sedikit. ( Karaosmanoglu, Tetik, and Gollu,1999) Proses selanjutnya yaitu aktivasi karbon yang dihasilkan dari proses karbonisasi. Dalam proses aktivasi bertujuan untuk meningkatkan volume dan memperbesar diameter pori setelah mengalami proses karbonisasi dan meningkatkan penyerapan. Pada umumnya terdapat tiga metode proses aktifasi, yaitu aktivasi kimia (Chemical Activation), aktivasi fisika (Physical Activation), dan Physiochemical Activation. 1. Aktivasi kimia Pada aktivasi kimia, kedua proses karbonisasi dan aktivasi dapat berlangsung dalam satu proses dengan adanya agen kimia (one step activation method). Aktivasi kimia biasanya dilakukan pada suhu operasi yang lebih rendah daripada aktivasi fisika. Dalam proses aktivasi kimia, bahan kimia memainkan peran utama dalam memperbesar struktur pori karbon sebagai pengganti
Putut Jatmiko Mahfudl Sidiq Muhayyat
(09/284346/TK/35257) (09/289115/TK/36008)
3
Prarancangan Pabrik Karbon Aktif dari BFA dengan Aktifasi Kimia Menggunakan KOH Kapasitas 2.500 Ton/Tahun pemanasan suhu tinggi pada aktivasi fisika. Sementara itu, yield karbon yang dihasilkan dari aktivasi kimia lebih besar daripada dengan aktivasi fisika. Terdapat beberapa agen kimia yang pernah digunakan untuk membuat berbagai macam karbon aktif, diantaranya adalah KOH, NaOH, H3PO4, ZnCl2 and H2SO4. Dari bahan tersebut memiliki dehydrating properties yang akan mempengaruhi dekomposisi pirolitik, menghambat terbentuknya tar selama proses karbonisasi, dan meningkatkan yield karbon. Proses aktivasi kimia dengan KOH sangat menarik karena dapat menghasilkan karbon aktif yang sangat porous (micropores). Lillo-R´odenas et al. mengemukakan formula aktivasi dengan KOH sebagai berikut : 3KOH(l) + C ↔ K(g,l) + K2CO3 + 1.5H2(g) 2. Aktivasi fisika Aktivasi fisika, juga dikenal sebagai dua langkah proses aktivasi, dan pada umumnya digunakan dalam skala komersial dalam produksi karbon aktif. Aktivasi fisika terdiri dari karbonisasi bahan diikuti dengan proses aktivasi produk char dengan menggunakan agen gas pengaktif. Pada tahap karbonisasi, terjadi proses pengurangan kelembaban dan volatilitas bahan. Setelah itu, dilakukan gasifikasi dengan agen pengoksidasi untuk meningkatkan porositas. Prosedur umum dari metode aktivasi ini adalah pemanasan pada suhu yang relatif tinggi (>800 oC) . Selama pemanasan, inert gas dialirkan untuk meminimalisasi karbon yang terbakar. Kemudian, gas aktivasi dialirkan ketika suhu maksimum telah tercapai selama waktu telah ditentukan. Gas aktivasi yang biasa digunakan untuk metode ini adalah gas CO2, steam, dan udara. Dalam aktivasi fisika, eliminasi sebagian besar massa karbon internal diperlukan untuk memperoleh struktur karbon yang baik. Reaksi aktivasi fisika dapat disederhanakan sebagai berikut : C + CO2 → 2CO
ΔH ° 298K = 159,7 kJ mol-1
C + H2O → CO + H2 ΔH ° 298K = 118,9 kJ mol-1 3. Physiochemical Activation Beberapa penulis mengusulkan kombinasi antara aktivasi kimia dengan aktivasi fisika menggunakan CO2 untuk menyempurnakan proses aktivasi Putut Jatmiko Mahfudl Sidiq Muhayyat
(09/284346/TK/35257) (09/289115/TK/36008)
4
Prarancangan Pabrik Karbon Aktif dari BFA dengan Aktifasi Kimia Menggunakan KOH Kapasitas 2.500 Ton/Tahun sehingga memperoleh pororsitas yang optimal pada suhu aktivasi yang relatif rendah. Physiochemical activation sebagian besar dilakukan pada suhu 600-850 oC dengan adanya dehydrating agent (KOH, Zn Cl2, atau H3PO4) dan oxidizing agent seperti CO2 atau steam untuk meberikan efek gasifikasi lebih lanjut. Dalam proses pembuatan karbon aktif dari baggase fly ash (BFA) dipilih menggunakan cara aktivasi kimia. Hasil penelitian menunjukkan bahwa BFA yang merupakan limbah dari proses produksi gula merupakan bahan yang telah terkarbonisasi, sehingga hanya membutuhkan satu langkah proses aktivasi sebelum dijadikan sebagai karbon aktif. Kelebihan aktivasi kimia adalah kondisi suhu dan tekanan operasinya relatif lebih rendah. Selain itu, efek penggunaan bahan kimia mampu meningkatkan jumlah pori-pori dalam produk. Yield karbon yang dihasilkan aktifasi kimia juga lebih tinggi daripada aktifasi fisika. Sehingga aktifasi secara kimia lebih efisien dan ekonomis dalam proses pembuatan karbon aktif dari BFA ini.
Putut Jatmiko Mahfudl Sidiq Muhayyat
(09/284346/TK/35257) (09/289115/TK/36008)
5
