Prarancangan Pabrik Karbon Aktif Grade Industri Dari Tempurung Kelapa dengan Kapasitas 4000 ton/tahun
BAB I PENGANTAR A. Latar Belakang Perkembangan industri di Indonesia mengalami peningkatan secara kualitatif maupun kuantitatif, khususnya industri kimia. Hal ini menyebabkan kebutuhan bahan baku dan bahan penunjang untuk industri kimia semakin meningkat pula, salah satunya adalah karbon aktif. Karbon aktif adalah arang yang telah diaktivasi sehingga pori-porinya terbuka dan luas permukaannya bertambah luas sekitar 300 sampai 2000 m2/g. Permukaan yang bertambah luas ini menyebabkan karbon aktif mempunyai daya serap/adsorpsi yang makin tinggi terhadap gas atau cairan (Kirk dan Othmer, 2006). Pada proses industri, karbon aktif memegang peranan yang sangat penting baik sebagai bahan baku maupun sebagai bahan penunjang dalam meningkatkan kualitas atau mutu produk yang dihasilkan. Karbon aktif dapat digunakan untuk menghilangkan bau, warna, atau rasa yang tidak enak, menghilangkan gas-gas beracun dan zat-zat yang tidak diinginkan dari produk yang dihasilkan. Melihat semakin besarnya kebutuhan karbon aktif akibat perkembangan dunia industri, maka semakin besar pula peluang untuk memproduksi dan memasarkan karbon aktif grade industri. Peluang tersebut menjadi semakin besar pula karena di Indonesia bahan baku untuk memproduksi karbon aktif sangat melimpah. Bahan baku tersebut antara lain batubara, bambu, kulit kacang mede, serbuk gergaji, limbah potongan-potongan kayu, palm kernel shell, tempurung kelapa, bitumen, dan berbagai material organik lainnya yang memiliki kandungan karbon yang besar. Kebutuhan karbon aktif akan terus meningkat setiap tahunnya. Dengan mendirikan pabrik yang memroduksi karbon aktif, diharapkan kebutuhan karbon aktif dalam negeri dapat terpenuhi serta dapat mengurangi ketergantungan terhadap impor karbon aktif, dapat menambah devisa negara, serta membuka lapangan pekerjaan baru bagi SDM Indonesia. Permintaan pasar dalam negeri dan luar negeri terhadap karbon aktif cukup besar. Hal ini dikarenakan karbon aktif mempunyai peranan yang sangat luas dalam industri kimia, baik sebagai bahan baku atau bahan penunjang. Hingga saat ini, potensi pasar nasional untuk keperluan karbon aktif cukup tinggi yaitu di atas 200 ton per bulan. Selain menjadi pengekspor, Indonesia juga mengambil bagian dalam mengimpor karbon aktif. Hal ini dikarenakan karbon aktif grade industri yang dihasilkan di Indonesia tidak memenuhi spesifikasi kualitas untuk proses-proses
1 Christi Naftali Annastacia P. Wamea
(10/302138/TK/37305) (10/304409/TK/37380)
Prarancangan Pabrik Karbon Aktif Grade Industri Dari Tempurung Kelapa dengan Kapasitas 4000 ton/tahun
tertentu. Berikut adalah data jumlah ekspor dan impor karbon aktif di Indonesia dalam 4 tahun terakhir (BPS, Impor 2009 – 2012): Daftar 1.1. Data Ekspor – Impor Karbon Aktif di Indonesia Net (ton/tahun) Tahun Impor Ekspor 2009 4.846 22.741 2010 5.778 24.791 2011 5.445 21.652 2012 6.650 25.225 Pada saat ini di Indonesia sudah berdiri lebih dari 14 pabrik yang menyuplai kebutuhan karbon aktif dalam dan luar negeri. Berikut adalah daftar beberapa pabrik karbon aktif di Indonesia menurut kementerian perindustrian (kemenperin.go.id). Daftar 1.2. Data Pabrik Karbon Aktif di Indonesia Nama Perusahaan Tempat Kapasitas PT. Indo Karbon Primajaya Serang, Banten 3000 ton/tahun PT. Intan Prima Karbon Gresik, Jawa Timur 12000 ton/tahun PT. Ebara Prima Indonesia Serang, Banten 1000 ton/tahun PT. Tridi Jaya Denpasar, Bali 2400 ton/tahun Kapasitas pabrik yang direncanakan dalam prarancangan pabrik ini adalah 4000 ton per tahun. Untuk menentukan kapasitas pabrik, dilakukan beberapa pertimbangan, yaitu ketersediaan bahan baku dan rendahnya konversi arang dari sebutir kelapa. B. Lokasi Pabrik Pemilihan lokasi pabrik didasarkan pada berbagai pertimbangan. Sebuah pabrik sebaiknya mempunyai lokasi strategis, sehingga dapat meminimalisisr biaya produksi dan distribusinya, sehingga pada akhirnya keuntungan yang diperoleh maksimum. Adapun faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan lokasi pabrik tersebut antara lain: 1. Bahan baku Bahan baku merupakan pertimbangan yang cukup penting dalam menentukan lokasi pabrik. Sebaiknya, pabrik didirikan di dekat sumber bahan baku supaya dapat meminimalkan biaya transportasi dan mencegah kerusakan bahan baku.
2 Christi Naftali Annastacia P. Wamea
(10/302138/TK/37305) (10/304409/TK/37380)
Prarancangan Pabrik Karbon Aktif Grade Industri Dari Tempurung Kelapa dengan Kapasitas 4000 ton/tahun
2. Pemasaran Daerah pamasaran juga merupakan factor yang cukup penting bagi pertimbangan lokasi pabrik. Apabila suatu pabrik dekat dengan daerah pemasaran produk, maka biaya distribusi akan lebih murah. Selain itu, transportasi produk akan menjadi lebih mudah. 3. Ketersediaan air dan energi Air dan energi merupakan kebutuhan penting dalam suatu pabrik. Air dapat dimanfaatkan sebagai air proses, air pendingin, atau kebutuhan lainnya. Air dapat diperoleh dari sungai, air laut dan danau. Ketersediaan bahan bakar dan energy untuk keperluan operasional pabrik, pembangkit steam, listrik dll. Oleh karena itu, sebaiknya dipilih lokasi yang dekat dengan sumber air dan bahan bakar sehingga operasi lebih ekonomis dan biaya produksi lebih murah. 4. Tenaga kerja (man power) Lokasi suatu pabrik kimia sangat tergantung pada tersedianya tenaga kerja yang ahli. Ditinjau dari segi ini, lokasi yang dipilih sebaiknya berada dekat dengan lingkungan pendidikan dan sekolah yang baik. Suatu pendidikan internal dan intensif (pelatihan, pendidikan kejujuran, dan pendidikan lanjutan) akan menghasilkan tenaga ahli yang diinginkan dan dibutuhkan oleh pabrik. 5. Iklim, cuaca dan gempa Sebaiknya lokasi pabrik berada pada daerah yang stabil dan aman dari gangguan bencana alam (gempa bumi, banjir, angin topan, dan lain-lain). Kondisi alam yang tidak stabil dan rawan bencana alam tentunya dapat mengganggu proses produksi pabrik sehingga pabrik akan mengalami banyak kerugian. 6. Faktor ekonomi, sosial dan hukum Kondisi sosial masyarakat diharapkan memberi dukungan terhadap operasional pabrik sehinggga dipilih lokasi yang memiliki masyarakat yang dapat menerima keberadaan pabrik. Kondisi ekonomi dan hukum pada masyarakat yang stabil akan menguntungkan pabrik. Dengan melihat pertimbangan-pertimbangan yang ada, maka dipilih untuk mendirikan pabrik di Kabupaten Lampung Selatan, Provinsi Lampung. Provinsi Lampung merupakan daerah penghasil kelapa dengan kapasitas kurang lebih 120.000 ton/tahun. Selain itu, provinsi ini juga merupakan kawasan industri yang memanfaatkan kelapa, sehingga bahan baku tempurung kelapa menjadi mudah diperoleh. Apabila ditinjau dari segi pasar, Lampung merupakan tempat yang prospektif untuk mendirikan pabrik karbon aktif karena di Lampung tersebar banyak industri sehingga peluang pasar bagi karbon aktif 3 Christi Naftali Annastacia P. Wamea
(10/302138/TK/37305) (10/304409/TK/37380)
Prarancangan Pabrik Karbon Aktif Grade Industri Dari Tempurung Kelapa dengan Kapasitas 4000 ton/tahun
semakin besar. Banyaknya pabrik yang sudah berdiri juga berdampak pada kemudahan perijinan serta kepastian hukum dalam berinvestasi. C. Tinjauan Pustaka Pembuatan arang aktif dapat dibedakan menjadi dua cara, yaitu : a. Proses kimia (chemical activation) Tempurung kelapa dicampur dan direndam dengan senyawa kimia pengaktivasi sebelum dipanaskan. Bahan kimia yang biasa digunakan adalah H3PO4, NH4Cl, AlCl3, HNO3, KOH, NaOH, KMnO4, H2SO4, dan K2S. Setelah direndam selama 24 jam, tempurung kelapa dimasukkan ke dalam kiln untuk dipanaskan dan diaktivasi pada suhu 450 -700 C. Karbon aktif yang sesudah terbentuk dicuci dengan air untuk menghilangkan kandungan bahan kimia dalam karbon. Kemudian, karbon aktif dikeringkan di dalam drying kiln. Senyawa pengaktifasi tersebut dapat mengurangi terbentuknya tar dan produk samping lainnya, sehingga yield dari karbon meningkat. Namun, pemakaian bahan kimia ini sering menimbulkan pengotoran pada arang aktif yang dihasilkan. Berikut adalah contoh diagram pembuatan karbon aktif dari serbuk kayu :
Gambar 1. 1 Pembuatan Karbon Aktif dari Kayu Secara Kimiawi b. Proses fisika (thermal activation) Thermal Activation dibagi dalam dua tahapan, yaitu : 1. Thermal decomposition or carbonization Karbonisasi merupakan salah satu jenis pirolisis lambat (slow pyrolysis). Pada tahap ini, batok kelapa dipanaskan perlahan hingga mencapai temperatur pirolisisnya (400-600 °C) sehingga menjadi arang. Proses ini tidak menggunakan oksigen. Dekomposisi biomassa akan 4 Christi Naftali Annastacia P. Wamea
(10/302138/TK/37305) (10/304409/TK/37380)
Prarancangan Pabrik Karbon Aktif Grade Industri Dari Tempurung Kelapa dengan Kapasitas 4000 ton/tahun
dimulai saat temperatur pirolisis sudah dicapai. Uap yang condensable dan non-condensable akan keluar dari biomassa dan meninggalkan kiln, sedangkan sebagian padatan arang (char) tetap berada dalam kiln dan sebagian terbawa gas. Gas dipisahkan dari arang dengan menggunakan cyclone. Gas yang sudah bebas padatan kemudian didinginkan. Uap condensable didinginkan sehingga menghasilkan bio-oil atau pyrolysis oil. Sedangkan uap non-condensable meninggalkan kiln sebagai gas produk. Gas produk tersebut dapat dibakar dalam burner sehingga dapat dipakai sebagai heat-carrier dalam kiln. Hasil dari proses karbonisasi adalah karbon yang telah berpori, tetapi porinya masih tertutup oleh tar, sehingga perlu dilakukan penghilangan tar dengan proses aktivasi. Selama proses karbonisasi, elemen dalam tempurung kelapa yaitu hidrogen dan oksigen dihilangkan untuk membentuk struktur pori pada arang tersebut. Reaksi karbonisasi adalah sebagai berikut (Basu, 2010). CnHmOp → ΣliquidCxHyOz + ΣgasCaHbOc + H2O + C
(1)
2. Controlled gasification or activation Selama proses gasifikasi, arang yang sudah terbentuk dialiri oleh uap air atau gas CO2 pada tekanan tinggi,. Uap air atau gas CO2 ini mengalir melalui struktur pori yang sudah terbentuk pada tahap karbonisasi dan membawa komponen volatil di dalamnya, sehingga volume pori dan surface area arang meningkat. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut. C + H2O → CO + H2 ΔH = +117 kJ (2) C + 2 H2O → CO2 + 2 H2 ΔH = +75 kJ (3) C+ CO2 → 2CO ΔH = +157 kJ (4) Reaksi tersebut bersifat endotermis, sehingga aktivasi menjadi kurang efektif karena semakin lama suhu akan semakin turun. Dari kedua cara di atas, proses yang dipilih dalam prarancangan pabrik karbon aktif adalah proses fisika (thermal activation). Proses tersebut dipilih karena hal-hal berikut. - Tidak memerlukan banyak bahan kimia sebagai aktivator. - Karbon aktif yang dihasilkan tidak mengandung pengotor. - Dapat menghasilkan produk samping berupa tar / bio oil. - Uap/panas yang dihasilkan dari proses karbonisasi dapat di-recycle kembali menjadi pemanas bagi furnace/kiln.
5 Christi Naftali Annastacia P. Wamea
(10/302138/TK/37305) (10/304409/TK/37380)
