UNIVERSITAS INDONESIA SINTESIS BIOASPAL DARI SERBUK GERGAJI KAYU ALBASIA DENGAN METODE PIROLISIS SKRIPSI DIAN NINDITA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

SINTESIS BIOASPAL DARI SERBUK GERGAJI KAYU ALBASIA DENGAN METODE PIROLISIS

SKRIPSI

DIAN NINDITA 0906604142

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI EKSTENSI TEKNIK KIMIA DEPOK JUNI 2012

Sintesin biospal..., Dian Nindita, FT UI, 2012

UNIVERSITAS INDONESIA

SINTESIS BIOASPAL DARI SERBUK GERGAJI KAYU ALBASIA DENGAN METODE PIROLISIS

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

DIAN NINDITA 0906604142

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI EKSTENSI TEKNIK KIMIA DEPOK JUNI 2012


iii Sintesin biospal..., Dian Nindita, FT UI, 2012

iv Sintesin biospal..., Dian Nindita, FT UI, 2012

KATA PENGANTAR Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “SINTESIS BIOASPAL DARI SERBUK GERGAJI KAYU ALBASIA DENGAN METODE PIROLISIS”. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Kimia pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Skripsi yang ditulis ini mengenai proses ekstraksi Aspal Buton yang ada di Indonesia. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya juga mengucapkan terima kasih kepada: •

Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan dukungan material dan moral;

•

Bapak Prof. Dr. Ir. Widodo W. Purwanto, DEA selaku Ketua Departemen Teknik Kimia FTUI;

•

Prof. Dr. Ir. M. Nasikin, M.Eng sebagai dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengayomi dan mengarahkan saya dalam penyusunan skripsi ini;

•

Ir. Yuliusman, M. Eng. sebagai kordinator skripsi Teknik Kimia FTUI;

•

Bambang Heru Susanto ST., MT sebagai pembimbing akademik yang selalu membantu segala urusan akademis;

•

Indri Kusumawati, Ivan Mery Devianto, Illyin A.B, Hendra Fauzi, Juherianto, dan teman-teman lainnya yang telah bersedia berdiskusi dan saling mendukung satu sama lain selama proses penyelesaian skripsi ini;

•

Mang Ijal dan Kang Jajat sebagai teknisi laboratorium yang telah membantu dalam merancang penelitian ini;

•

Nita Irawana, Sera, Selly, Rudi, Tika Adyati, Diar Gustiara, Muharani, Rayi M, Athiya N, Nia Kurniasih atas segala dukungan dan motivasi yang diberikan.

v Sintesin biospal..., Dian Nindita, FT UI, 2012

•

Adet, Yenny, Yosmarina, Tania, Imia, Najma, Kanya, Inggit, Eldo, dan seluruh rekan-rekan di Laboratorium RPKA Fakultas Teknik UI yang selalu membantu dan mendukung satu sama lain.

•

Seluruh teman-teman seperjuangan ekstensi Teknik Kimia UI atas kebersamaannya selama 3 tahun ini;

Penulis menyadari bahwa dalam makalah skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan, ibarat gading yang tak pernah retak. Oleh karena itu, penulis mengharapkan

kritik

dan

saran

yang

membangun

sehingga

dapat

menyempurnakan skripsi ini dan melaksanakan perbaikan di masa yang akan datang. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan bagi dunia ilmu pengetahuan dan teknologi untuk pengembangan bangsa ini.

Depok, 27 Juni 2012

Penulis

vi Sintesin biospal..., Dian Nindita, FT UI, 2012

vii Sintesin biospal..., Dian Nindita, FT UI, 2012

ABSTRAK

Nama : Dian Nindita Program Studi : Teknik Kimia Judul : Sintesis Bioaspal dari Serbuk Gergaji Kayu Albasia dengan Metode Pirolisis Kebutuhan aspal di Indonesia sangat besar, yang umumnya diperoleh dari residu minyak bumi. Karena semakin menipisnya cadangan minyak bumi, maka perlu ada alternatif lain pengganti aspal minyak, yaitu bioaspal. Bioaspal merupakan aspal yang dibuat dari bahan non-petroleum yaitu biomassa yang mengandung lignin dan merupakan bahan yang dapat diperbaharui. Pada penelitian ini biomassa yang digunakan adalah serbuk gergaji kayu Albasia yang memiliki kandungan lignin cukup besar yaitu +27%. Bioaspal dihasilkan melalui pirolisis pada rentang suhu 400-550oC. Pirolisis akan menghasilkan bio-oil yang akan dievaporasi pada suhu 200oC untuk menghasilkan bioaspal. Bio-oil memiliki rentang yield dari 57-69% dengan viskositas 0,42-0,48 Cp, densitas 0,882-0,904 g/ml. Bioaspal yang dihasilkan memiliki yield sebesar 5,1-6,3%. Spektrum FTIR bio-oil menunjukkan bahwa hasil pirolisis adalah bio-oil. Spektrum FTIR bioaspal menunjukkan bahwa bioaspal yang dihasilkan mengandung gugus fungsi seperti pada Aspal. Kata Kunci : Bioaspal, Pirolisis, Serbuk Gergaji Kayu Albasia

ABSTRACT Name : Dian Nindita Study Program : Chemical Engineering Title : Synthesis of Bioasphalt from Albasia Wood Sawdust with Pyrolysis Method Asphalt needs in Indonesia, which is generally obtained from petroleum residue. Because of the depletion of petroleum reserves, then there needs to be other alternative replacement for asphalt oil, called bioasphalt. Bioasphalt is the asphalt made from non-petroleum namely biomass containing lignin and is renewable. On the study of biomass is wood Albasia sawdust which contain lignin are big enough that is 27%. Bioasphalt produced via pyrolysis in the temperature range 400-550oC. Pyrolysis produces bio-oil that will be evaporated at a temperature of 200oC to produce bioasphalt. Bio-oil has a yield range of 57-69% with viscosity 0,42-0,48 Cp, density 0,882-0,904 g/ml. Bioasphalt produced have yield of 5,16,3%. FTIR spectrum of bio-oil shows that the result was pyrolysis bio-oil. FTIR spectrum bioasphalt indicates that the bioaspal is generated containing functional groups such as asphalt. Keywords: Bioasphalt, Pyrolysis, Albasia Wood Sawdust viii


Universitas Indonesia

DAFTAR ISI HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS……………………….………..iii HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………………….iv KATA PENGANTAR…………………………………………………………….v HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................. vii ABSTRAK………………………………………………………………………viii DAFTAR ISI……………………………………………………………….…….ix DAFTAR GAMBAR………………………………………………………….....xii DAFTAR TABEL…………………………………………………….….…......xiii BAB 1 PENDAHULUAN....................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang………………………………………….………….......1 1.2 Rumusan Masalah………………………………………………...........3 1.3 Tujuan Penelitian…………………………………………………........4 1.4 Batasan Masalah……………………………………………………......4 1.5 Sistematika Penulisan………………………………………………......4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA………………………………………………….5 2.1 Aspal…………………………………………………………………..5 2.1.1

Fungsi Aspal ( Kurniadji, 2008) .............................................. 5

2.1.2

Komposisi Aspal ...................................................................... 6

2.2 Bioaspal ................................................................................................. 7 2.3 Biomassa ................................................................................................ 9 2.4 Kayu ..................................................................................................... 10 2.4.1

Kayu Albasia………………………………………………..12

2.4.2

Serbuk Gergaji Kayu………………………………………..12

2.5 Lignin………………………………………..……………………….13 2.6 Metode Pirolisis…………………………………………………..…..15 ix



2.6.1 Pirolisis biomassa…………………………………………....17 2.7 Analisis FTIR...................................................................................... 20 BAB 3 METODE PENELITIAN……………………...………………....……..22 3.1 Diagram alir penelitian ........................................................................ 22 3.2 Variabel Penelitian.…………….…………………………………….23 3.3 Alat dan bahan ………………………………………………..……...23 3.4 Prosedur penelitian pirolisis ............ ………………………………...24 3.4.1 Preparasi Sampel…………………………………….………...25 3.4.2 Produksi Bio-oil……………………………………………….25 3.4.3 Evaporasi Bio-oil……………………………………………...26 3.5 Pengambilan Data dan Teknik Analisis……………………………..27 3.5.1 Karakteristik Bio-oil…………………..………………………..…..27 3.5.1.1 Viskositas Bio-oil……………………………………..27 3.5.1.2 Densitas Bio-oil……………………………………….27 3.5.1.3 Identifikasi Gugus Fungsi pada Bio-oil…………….…28 3.5.2 Karakterisasi Bioaspal ............................................................... 29 3.5.2.1 Identifikasi Gugus Fungsi pada Bioaspal……………...29 3.5.2.2 Yield Bioaspal……………………………………….…30 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN…………………………………………..31 4.1 Analisis Karakterisasi Bio-oil…………………..…………………..31 4.1.1 Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Yield Bio-oil………..……31 4.1.2 Pengaruh Suhu terhadap Viskositas Bio-oil…………………..33 4.1.3 Pengaruh Suhu terhadap Densitas Bio-oil…………………….34 4.1.4 Analisis FTIR Bio-oil…………………………………………35 4.1.5 Evaporasi Bio-oil menjadi Bioaspal…………………………..37 4.2 Analisis Karakeristik Bioaspal……………………………………..38 4.2.1 Pengaruh Suhu terhadap Yield Bioaspal……………………..38 4.2.2 Analisis FTIR Bioaspal………………………………………39 BAB 5 KESIMPULAN…………………………………………………………. 44 DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………45 x



LAMPIRAN A………………………………………………………………...…48 LAMPIRAN B…………………………………………………………………...52

xi



DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur Kimia Aspal (Hafizullah, 2010) ..................................... 5 Gambar 2.2 Bagan Umum Komponen Kayu (Fengel, 1995) ........................... 9 Gambar 2.3 Struktur Umum Lignin (Haygreen, 1987) .................................... 13 Gambar 2.4 Pirolisis Partikel Biomassa (Basu, 2010) ..................................... 16 Gambar 2.5 Proses Sintesis Bioaspal (Brown, 2008) ....................................... 17 Gambar 2.6 Reaksi Pirolisis Lignin ................................................................. 18 Gambar 2.7 Spektrum FTIR untuk Asphaltene (Bermudez et al., 2008) ......... 19 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 22 Gambar 3.2 Peralatan Pirolisis ......................................................................... 26 Gambar 4.1 Pengaruh Suhu terhadap Yield Bio-oil ......................................... 32 Gambar 4.2 Pengaruh Suhu terhadap Viskositas Bio-oil ................................. 33 Gambar 4.3 Pengaruh Suhu terhadap Densitas Bio-oil .................................... 35 Gambar 4.4 Spektrum FTIR Bio-oil Serbuk Kayu Albasia : (a)suhu 400oC; (b) suhu 500oC; (c) suhu 550oC dan (d) suhu 450oC……….......35 Gambar 4.5 Spektrum FTIR Bio-oil Serbuk Kayu Albasia suhu 500oC……...36 Gambar 4.6 Spektrum FTIR pada Hazelnut (Putun, 1999) .............................. 36 Gambar 4.7 Reaksi Pembentukan Bioaspal ..................................................... 37 Gambar 4.8 Pengaruh Suhu terhadap Yield Bioaspal ...................................... 38 Gambar 4.9 Spektrum FTIR Bioaspal (a)Suhu 400oC ; (b) Suhu 500oC ; (c) Suhu 550oC ; (d) Suhu 450oC ................................................. 40 Gambar 4.10 (a)Spektrum FTIR Bioaspal Suhu 500oC ; (b)FTIR Aspalten Murni ....................................................................................................... 40

xii



DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis Biomassa (Basu, 2010) ........................................................... 9 Tabel 2.2 Produksi Kayu Gergaji .................................................................... 13 Tabel 4.1 Perbandingan Spektrum IR Aspalten Murni dengan Bioaspal…….42 Tabel A.1 Data Densitas Bio-oil....................................................................... 48 Tabel A.2 Data Yield Bio-oil .......................................................................... 49 Tabel A.3 Data Viskositas Bio-oil .................................................................... 50 Tabel A.4 Data Bioaspal .................................................................................. 51 Tabel B.1 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Aliphatic Jenuh ………...….52 Tabel B.2 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Olefinic ................................ 53 Tabel B.3 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Acetylenic ............................ 54 Tabel B.4 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Cincin Aromatik .................. 54 Tabel B.5 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Alkohol dan Hidroksi .......... 55 Tabel B.6 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Eter dan Oxy ........................ 56 Tabel B.7 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Karbonil ............................... 5

xiii



1

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Aspal adalah bahan padat atau setengah padat berwarna hitam coklat yang

bersifat melekat dan akan mencair bila dipanaskan. Dengan konstituen utamanya adalah bitumen yang terdapat di alam atau diperoleh dari hasil pengolahan minyak bumi. Aspal memiliki sifat sebagai perekat, dan ketahanan yang tinggi terhadap air (Asphalt Institute, 2001). Seiring dengan perkembangan dunia yang membutuhkan aspal untuk pembuatan jalan raya muncul kekhawatiran yang sangat besar akan semakin menipisnya cadangan minyak bumi yang tersedia saat ini. Cadangan minyak bumi yang tersedia saat ini tidak bisa memenuhi kebutuhan dalam negeri karena semakin meningkatnya kebutuhan aspal yang berasal dari minyak bumi. selama ini kebutuhan akan aspal masih sangat tergantung dengan aspal minyak. Berdasarkan data yang ada pada Pertamina, kebutuhan aspal untuk pembangunan dan pemeliharaan jalan di Indonesia adalah sekitar 1,2 juta ton per tahun, sedangkan produksi aspal minyak di Indonesia hanya sekitar 650.000 ton per tahun. Pemenuhan kebutuhan aspal dalam negeri tahun 2008 berasal dari produksi Pertamina Cilacap sebesar 400.000 ton, impor aspal yang dilakukan Pertamina 200.000 sampai 250.000 ton dan sisanya melalui impor langsung. Ketersediaan minyak bumi semakin terbatas dan harga yang cenderung naik dan semakin mahal seiring dengan harga pasar minyak mentah dunia. Hal itu seharusnya menyadarkan masyarakat untuk mulai meninggalkan ketergantungan terhadap minyak dan mulai menciptakan aspal dari bahan yang lebih bersifat bisa diperbaharui, yaitu aspal yang berasal dari bahan biomassa. Aspal tersebut dinamakan bioaspal. Pengembangan bioaspal tersebut sangatlah prospektif mengingat melimpahnya sumber daya alam di Indonesia. Sehingga penelitian kali ini bertujuan untuk mensintesis bioaspal yang berasal dari bahan biomassa dan bisa diperbaharui.



2

Belum banyak peneliti yang melakukan sintesis bioaspal, namun ada beberapa peneliti yang sudah menemukan cara untuk mensintesis bioaspal, salah satunya adalah Williams, et al., (2008). Tim peneliti tersebut melakukan penelitian tentang aditif aspal yang berasal dari fraksi bio-oil. Bahan yang digunakan adalah bahan yang mengandung lignin, antara lain jagung dan kayu oak. Proses yang dilakukan pada penelitian tersebut adalah proses pirolisis cepat. Pirolisis cepat adalah dekomposisi thermal dari komponen organik tanpa kehadiran oksigen dalam prosesnya untuk menghasilkan cairan, gas dan arang. Produk yang dihasilkan dalam proses pirolisis cepat tergantung dari komposisi biomassa yang digunakan sebagai bahan baku, kecepatan serta lama pemanasan. Nanendra, (2009), melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan gilsonit terhadap kualitas bioaspal dengan uji rendaman dan uji marshal. Penelitian dilakukan dengan menggunakan aspal non minyak bumi yang kualitasnya setara dengan aspal yang berasal dari minyak bumi. Bahan yang digunakan adalah tempurung kelapa dengan proses pirolisis yang akan menghasilkan tar, yang kemudian akan didistilasi sederhana untuk menghasilkan bioaspal. Dimas, (2009) telah melakukan penelitian tentang pemisahan dan karakterisasi bioaspal dari tempurung kelapa dengan metode distilasi tekanan rendah. Pirolisis tempurung kelapa menghasilkan asap cair dan tar, kemudian asap cair didistilasi dengan pengurangan tekanan hingga 200 mmHg. Distilasi dilakukan untuk mendapatkan residu dari asap cair. Distilasi dilakukan pada suhu dibawah 100 oC, antara 100-150oC dan diatas 150 oC. Kemudian bioaspal tersebut diuji dengan uji penetrasi, viskositas maupun titik lembeknya agar diketahui sifat fisiknya jika dibandingkan dengan aspal minyak bumi. Brown, (2008) menjelaskan bahwa untuk melakukan sintesis bioaspal, langkah awal yang harus dilakukan adalah mempersiapkan bahan biomassa dan melakukan perlakuan awal. Pada proses pirolisis yang terjadi, maka biomassa akan mengalami depolimerisasi pada suhu sekitar 500oC. Proses pirolisis tersebut akan menghasilkan fraksi berat berupa oligomer lignin dan anhydrosugar. Fraksi berat tersebut harus dipisahkan, karena yang berperan dalam sintesis bioaspal



3

hanya oligomer lignin saja. Setelah dilakukan evaporasi, maka akan terjadi pemisahan antara oligomer lignin dan anhydrosugar dan diperoleh fraksi bioaspal. Qu et al, (2008) telah melakukan penelitian tentang pirolisis biomassa yang mengandung tiga komponen utama, yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin. Reaktor yang digunakan adalah reaktor tubular, dengan menggunakan laju alir gas nitrogen sebesar 300 ml/min, dan suhu yang digunakan adalah sebesar 350oC sampai dengan 650oC. Setelah dilakukan pengaturan alat pirolisis maka sampel bimassa sebesar 10 gram di masukkan ke wadah porselen didalam reaktor. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan pirolisis adalah 50 menit. Produk gas yang di dapat diuji dengan menggunakan gas chromatography, sedangkan bio-oil yang diperoleh diuji menggunakan spektroskopi massa. Berdasarkan pada penelitian sebelumnya, yang telah menggunakan bahan baku yang mengandung lignin seperti tempurung kelapa, kayu oak, jagung, dsb. Pada penelitian ini dilakukan sintesis bioaspal dari serbuk gergaji kayu dengan metode pirolisis. Serbuk gergaji kayu seperti halnya bahan baku bioaspal lainnya, mengandung lignin dengan presentasi yang relatif besar. Penggunaan serbuk gergaji sebagai bahan penelitian karena tersedia dalam jumlah yang banyak, dan merupakan limbah, bersifat ramah lingkungan dan bernilai ekonomis. Selama ini penggunaan serbuk gergaji sudah digunakan sebagai bahan baku briket bioarang, namun pada umumnya serbuk gergaji hanya digunakan sebagai bahan bakar tungku, atau dibakar begitu saja, sehingga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan.

1.2 -

Rumusan Masalah Apakah proses pirolisis yang terjadi pada serbuk gergaji kayu akan menghasilkan bioaspal?

-

1.3

Apakah akan terjadi reaksi oligomerisasi pada lignin pada saat pirolisis?

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan bioaspal yang

berasal dari serbuk gergaji yang mengandung lignin dengan proses pirolisis dan untuk mendapatkan kondisi yang optimum dari sintesis bioaspal.



4

1.4

Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian ini adalah:

-

Bioaspal adalah aspal yang berasal dari bahan biomassa yang dapat membeku pada suhu kamar, memiliki ketahanan terhadap perubahan cuaca, memiliki sifat work abillity.

-

1.5

Serbuk gergaji kayu yang digunakan berasal dari jenis kayu Albasia.

Sistematika Penulisan BAB 1

PENDAHULUAN Berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA Berisi tinjauan literatur tentang aspal, bioaspal, lignin, dan proses pirolisis.

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN Berisi diagram alir penelitian, peralatan, bahan, dan prosedur yang digunakan dalam penelitian.

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN Berisi perumusan hasil penelitian dan analisis yang berkaitan dengan proses pirolisis pada serbuk gergaji kayu yang menghasilkan bio-oil yang akan digunakan dalam pembuatan bioaspal.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN Berisi kesimpulan dari hasil penelitian serta saran untuk penelitian selanjutnya

DAFTAR PUSTAKA



5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Aspal American society of testing materials (ASTM) mendefinisikan aspal

sebagai bahan padat atau setengah padat berwarna hitam coklat yang bersifat melekat dan akan mencair bila dipanaskan. Dengan konstituen utamanya adalah bitumen yang terdapat di alam atau diperoleh dari hasil pengolahan minyak bumi. Aspal memiliki sifat sebagai perekat, dan ketahanan yang tinggi terhadap air (Asphalt Institute, 2001). Struktur kimia aspal dapat dilihat pada Gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1 Struktur Kimia Aspal (Hafizullah, 2010)

2.1.1

Fungsi Aspal ( Kurniadji, 2008) Fungsi aspal antara lain adalah sebagai berikut:

a. Sebagai pengikat yang memberikan ikatan yang kuat antara butir agregat dalam campuran beraspal b. Sebagai bahan anti air yang menyelimuti permukaan agregat, sehingga melindungi perkerasan dari pengaruh air.



6

c. Sebagai pelumas yang akan mempengaruhi kemudahan kerja (work abillity) pada saat pencampuran, penghamparan, dan pemadatan. d. Sebagai lapis resap pengikat (prime coat) yang diletakan di atas lapis pondasi sebelum lapis berikutnya. e. Sebagai lapis pengikat (tack coat) yang diletakan di atas jalan yang telah beraspal sebelum lapis berikutnya diletakkan, berfungsi sebagai pengikat di antara keduanya. f. Sebagai pengisi ruang yang kosong antara agregat kasar, agregat halus dan mengisi rongga antara butir agregat dan rongga yang terdapat di dalam agregat itu sendiri. 2.1.2

Komposisi Aspal Aspal terdiri dari partikel-partikel koloid yang disebut aspalten, yang

terdispersi di dalam resin dan konstituen oil. Perbandingan bagian aspalten, resin dan minyak tergantung kepada jenis minyak bumi dari mana aspal itu berasal. Aspalten merupakan konstituen terpenting dari aspal, didefinisikan sebagai bahan yang dapat mengendap dan berwarna hitam coklat. Pada pemanasan, aspalten akan melebur dengan memuai dan terurai pada daerah suhu 180oC hingga 280oC. Diperkirakan bahwa aspalten terdiri dari kelompok hidrokarbon aromatis kompleks yang dihubungkan satu dengan yang lain oleh gugus hidrokarbon atau atom belerang. Selain aspalten, aspal juga mengandung maltenes. Maltenes merupakan cairan kental yang larut dalam heptane, terdiri dari resins dan oils. Resin adalah material padat atau semi padat, adhesif, dan berwarna coklat muda sampai tua. Resin akan mencair bila dipanaskan dan akan larut pada sebagian besar pelarut organik. Oils adalah komponen aspal yang memiliki berat molekul terendah dan merupakan media pendispersi aspalten. Oils berwarna lebih muda, merupakan media dari aspalten dan resin (Daswiyanto, 2008).



7

2.3

Bioaspal Kebutuhan aspal yang meningkat setiap tahunnya, menyebabkan

berkurangnya aspal yang berasal dari minyak bumi karena ketersediaan bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbaharui, dan harga dari minyak bumi di dunia yang semakin meningkat dan mempengaruhi harga aspal minyak. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu alternatif baru untuk menambah ketersediaan aspal yang ada saat ini dan menghasilkan produk aspal yang dibuat dari bahan-bahan yang berasal dari alam dan bisa diperbaharui. Aspal tersebut bisa dihasilkan dari bahan biomassa dan disebut sebagai bioaspal. Bioaspal adalah alternatif aspal yang dibuat dari bahan non-Petroleum yang berbasis sumber daya terbarukan. Bioaspal memiliki fungsi antara lain digunakan sebagai alternatif pengganti aspal, dapat

Mengurangi penggunaan

sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui, dapat Meningkatkan efisiensi penggunaan bahan biomassa. Selain itu bahan baku bioaspal lebih murah dan tersedia dalam jumlah yang memadai. Belum banyak peneliti yang melakukan sintesis bioaspal, namun ada beberapa peneliti yang sudah menemukan cara untuk mensintesis bioaspal, salah satunya Williams, et al., (2008). Tim peneliti tersebut melakukan penelitian tentang aditif aspal yang berasal dari fraksi bio-oil. Bahan yang digunakan adalah bahan yang mengandung lignin, antara lain jagung dan kayu oak. Proses yang dilakukan pada penelitian tersebut adalah proses pirolisis cepat (Fast Pyrolysis). Pirolisis cepat adalah dekomposisi thermal dari komponen organik tanpa kehadiran oksigen dalam prosesnya untuk menghasilkan cairan, gas dan arang. Cairan yang dihasilkan ini dikenal sebagai bio-oil. Bio-oil tersebut selanjutkan akan di distilasi vakum untuk menghasilkan bioaspal. Produk yang dihasilkan dalam proses pirolisis cepat tergantung dari komposisi biomassa yang digunakan sebagai bahan baku, kecepatan serta lama pemanasan. Hill, (2012) meneliti tentang bioaspal dan biochar yang berasal dari limbah sekitar, Mayoritas sampel berasal dari kota-kota di Ohio. Dalam persiapan untuk pengujian, sampel dipisahkan sesuai dengan jenis masing-masing. Pengujian pirolisis memerlukan reaktor yang mencegah paparan oksigen untuk sampel. Setelah melakukan preparasi sampel maka umpan di masukkan ke dalam



8

reaktor dan dilakukan pengaturan pada reaktor pirolisis. suhu yang digunakan mencapai 350oC. Prayogo, (2010) dari Universitas Airlangga telah melakukan Pemisahan dan Karakterisasi Bioaspal dari Tempurung Kelapa dengan Metode Distilasi Pengurangan Tekanan. Pirolisis tempurung kelapa menghasilkan asap cair dan tar, lalu asap cair didistilasi dengan tekanan rendah hingga 200 mmHg. Distilasi dilakukan untuk mendapatkan residu dari asap cair. Distilasi dilakukan pada suhu dibawah 100oC, antara 100–150oC dan diatas 150oC, residu bioaspal didapat pada suhu 180-190oC. Bioaspal tersebut diuji dengan uji penetrasi, viskositas maupun titik lembeknya agar diketahui sifat fisiknya jika dibandingkan dengan aspal minyak bumi. Hasil distilasi menunjukkan bahwa dengan metode distilasi pengurangan tekanan dapat menghasilkan bioaspal sebesar 70 mL. Hasil uji fisik pada suhu 25 oC, uji viskositas yaitu 230 dPas, uji penetrasi 128 pen dan untuk titik lembeknya 36oC. Pada bioaspal tidak memenuhi standart aspal minyak bumi, jadi perlu ditambahkan zat aditif atau kimia untuk memperbaiki sifat bioaspal. Brown, (2008) menjelaskan bahwa untuk melakukan sintesis bioaspal, langkah awal yang harus dilakukan adalah mempersiapkan bahan biomassa dan melakukan perlakuan awal. Pada proses pirolisis yang terjadi, maka biomassa akan mengalami depolimerisasi pada suhu sekitar 500oC. Proses pirolisis tersebut akan menghasilkan fraksi berat berupa oligomer lignin dan anhydrosugar. Fraksi berat tersebut harus dipisahkan, karena yang berperan dalam sintesis bioaspal hanya oligomer lignin saja. Setelah dilakukan pencucian dengan air, maka akan terjadi pemisahan antara oligomer lignin dan anhydrosugar dan diperoleh fraksi bioaspal. Berdasarkan penjelasan diatas, maka sintesis bioaspal akan menggunakan bahan baku serbuk gergaji kayu, karena selama ini belum ada yang menggunakan bahan tersebut untuk sintesis bioaspal dan metode yang digunakan adalah pirolisis cepat, karena proses tersebut sudah sering digunakan dalam penelitian untuk menghasilkan bioaspal.



9

2.3

Biomassa Biomassa adalah bahan organik yang berasal dari makhuk hidup

(tumbuhan ataupun hewan) (Loppinet-Serani et al., 2008). Definisi Biomassa menurut United Nations Framework Convention on Climate change (UNFCC, 2005) adalah bahan organik biodegradable non-fosil yang berasal dari tanaman, hewan dan mikro-organisme. Biomassa tersebut meliputi produk, produk samping, residu dan limbah dari pertanian, hasil hutan, dan hasil industri terkait sebagai non-fosil dan fraksi organik biodegradable dari limbah industri dan kota. Menurut Basu, (2010), Sumber-sumber biomassa secara umum adalah: a.

Pertanian : bagas, kulit kacang, tangkai jagung, jerami

b.

Hutan

: pohon, limbah kayu, serbuk gergaji kayu

c.

Kota

: endapan lumpur, limbah makanan, limbah kerta

d.

Energi

: padang rumput, jagung, dan kedelai, kanola.

e.

Biologi

: kotoran hewan, spesies perairan, limbah biologis

Biomassa terbagi dalam 2 jenis, yaitu biomassa yang bersifat alami dan biomassa yang berasal dari limbah, seperti pada tabel 2.6 berikut ini :

Tabel 2.1 Jenis Biomassa (Basu, 2010) Biomassa hutan, rerumputan, Murni

Biomassa terrestrial

tanaman yang dibudidayakan

Biomassa perairan

Algae, tumbuhan air

Limbah perkotaan

Limbah padat, limbah, gas buang

Limbah padat pertanian

Limbah pertanian, sisa hasil panen

Limbah Sisa hutan

Kulit kayu, dedaunan Serbuk gergaji, limbah minyak atau

Limbah industri

lemak



10

2.4

Kayu Kayu adalah bagian batang atau cabang serta ranting tumbuhan yang

mengeras karena mengalami lignifikasi. Kayu merupakan hasil hutan dari kekayaan alam, merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk dijadikan barang sesuai kemajuan teknologi. Kayu memiliki struktur hierarkis kompleks yang bertanggung jawab untuk menentukan sifat mekanik dan sifat fisik dari

semua produk-produknya termasuk pulp dan serbuk gergaji kayu. Sifat-sifat kayu diatur oleh struktur kayu khususnya secara anatomis dan sel ultrastruktur dinding

kayu. Kayu diklasifikasikan menjadi kayu lunak dan kayu keras ( Daniel, 2009). Bagan umum komponen kayu dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Bagan umum komponen kayu (Fengel, 1995)

Pada umumnya komponen kimia kayu daun lebar dan kayu daun jarum terdiri dari 3 unsur, yaitu: unsur karbohidrat terdiri dari selulosa dan hemiselulosa,

unsur non-karbohidrat terdiri dari lignin, unsur yang diendapkan dalam kayu selama proses pertumbuhan dinamakan zat ekstraktif (Dumanauw, 1993). Sel kayu terutama terdiri atas selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Dimana

selulosa membentuk kerangka yang dikelilingi oleh senyawa-senyawa lain yang berfungsi sebagai matriks (hemiselulosa) dan bahan-bahan yang melapisi (lignin). Sepanjang menyangkut komponen kimia kayu, maka perlu dibedakan antara

komponen-komponen makromolekul utama utama dinding sel selulosa, poliosa (hemiselulosa) dan lignin, yang terdapat pada semua kayu, dan komponenkomponen minor dengan berat molekul kecil.



11

Selulosa merupakan komponen kayu yang terbesar,. Selulosa merupakan polimer linear dengan berat molekul tinggi yang tersusun seluruhnya atas β-Dglukosa. Karena sifat-sifat kimia dan fisiknya maupun struktur supramolekulnya maka ia dapat memenuhi fungsinya sebagai komponen struktur utama dinding sel tumbuhan (Fengel, 1995). Bahan dasar selulosa ialah glukosa, dengan rumus C6H12O6. Molekul-molekul glukosa disambung menjadi molekul-molekul besar, panjang dan berbentuk rantai dalam susunan menjadi selulosa. Selulosa merupakan bahan dasar yang penting bagi industri-industri yang menggunakan selulosa sebagai bahan baku, misalnya : pabrik kertas, pabrik sutera tiruan dan lain sebagainya (Dumanauw, 1993) . Selulosa terdekomposisi pada suhu antara 325oC dan 375oC. Pirolisis dari selulosa melibatkan pengurangan dalam tingkat polimerisasi, pembentukan radikal bebas, eliminasi air, pembentukan karbonil, gugus karboksil dan hidroperoksida, dan evolusi karbon monoksida dan karbon dioksida, yang akhirnya meninggalkan residu hangus (Shafizadeh, 1982). Pirolisis selulosa akan menghasilkan levluglukosan yang terbentuk dari pemotongan heterolitik dari hubungan glikosidik dan glikolaldehid (Varhegyi, 1995). Pada suhu di atas 300°C, pirolisis selulosa melibatkan reaksi baru, terutama yang mengarah ke produk cair dengan hasil 87% berat (Piskorz et al., 1989). Dalam pulp kertas atau dalam kertas, hemiselulosa berperan sebagai perekat alam dan memperkuat ikatan antara serat ke serat (Hohnholz, 1988). Jumlah hemiselulosa dari berat kering kayu biasanya antara 20 dan 30%. Perbedaan-perbedaan yang besar juga terdapat dalam kandungan dan komposisi hemiselulosa antara batang, cabang, akar, dan kulit kayu. hemiselulosa berfungsi sebagai bahan pendukung dalam dinding sel. Reaksi yang terjadi pada pirolisis hemiselulosa hampir mirip dengan reaksi pirolisis pada selulosa, tar yang dihasilkan adalah sebesar 16% pada suhu pirolisis 300oC. Tar yang dihasilkan mengandung oligosakarida dan asam yang terhidrolisis dari campuran tersebut adalah 54 % dari D-xylose. Analisis struktural dari polimer akan menunjukkan bentuk polimer yang bercabang. Hal ini mengindikasikan bahwa polimer tersebut merupakan turunan dari kondensasi unit xylosil yang terbentuk dari kelompok glikosidik yang hampir sama dengan



12

pirolisis selulosa. Hemisellulosa merupakan komposisi yang stabil diantara tiga komponen utama biomassa dan terdekomposisi antara suhu 225oC dan 325oC.

2.4.1 Kayu Albasia Kayu Albasia merupakan kayu serba guna untuk konstruksi ringan, kerajinan tangan, kotak cerutu, veneer, kayu lapis, korek api, alat musik, pulp. Daunnya digunakan sebagai pakan ayam dan kambing. Di Ambon kulit batang digunakan untuk penyamak jaring, kadang-kadang sebagai pengganti sabun. Ditanam sebagai pohon pelindung, tanaman hias, reboisasi dan penghijauan. Menurut Haygreen (1987) dalam Sutjipto (1993), kayu Albasia memiliki kandungan selulosa sebesar 48.33 % dan lignin sebesar 27.28 %. Morfologi kayu Albasia adalah sebagai berikut :

Klasifikasi Kayu Albasia Divisi

: Spermatophyta

Sub divisi

: Angiospermae

Kelas

: Dicotyledonae

Bangsa

: Fabales

Famili

: Fabaceae

Sub Famili

: Mimosoidae

Marga

: Paraserianthes

Jenis

: Paraserianthes falcataria

Nama botanis : (Paraserianthes falcataria (L) Nielsen)

2.4.2 Serbuk gergaji kayu Serbuk gergaji kayu merupakan limbah industri penggergajian kayu. Jumlah ketersediaan serbuk gergaji sangat besar, namun tidak semua serbuk gergaji yang ada telah termanfaatkan secara maksimal, sehingga bila tidak ditangani dengan baik maka dapat menjadi masalah lingkungan yang serius. Tabel 2.2 akan menunjukkan ketersediaan serbuk gergaji kayu.



13

Tabel 2.2 Produksi kayu gergaji (Departemen Kehutanan, 2006) Tahun

Produksi kayu gergajian (m3)

Serbuk Gergajian (m3)

2002

623.495

46.762

2003

762.604

57.195

2004

432.967

32.472

2005

1.471.614

11.0371

2006

679.247

50.943

Berdasarkan data serbuk gergaji kayu diatas, maka serbuk gergaji kayu dapat digunakan dalam penelitian karena tersedia dalam jumlah besar dan mengandung lignin yang sangat berperan dalam sintesis bioaspal. limbah kayu berupa serbuk gergajian kayu belum termanfaatkan secara intensif. Melihat potensi tersebut dan teknologi pirolisis yang dapat dikembangkan, perlu adanya upaya pengkajian memanfaatkan limbah serbuk kayu tersebut.

2.5

Lignin Kata Lignin ini berasal dari bahasa Latin untuk kayu, "Lignum", dan

polimernya merupakan senyawa yang paling penting dalam pembentukan jaringan kayu pada tanaman. Namun, lignin tidak terbatas pada tanaman berkayu, tetapi dimiliki oleh semua tanaman vaskular (Gunnar, 2009). Lignin tersusun dari tiga monomer utama, yaitu monolignols, p-coumeryl alcohol, conyferyl alcohol, dan sinapyl alcohol. Lignin merupakan polimer yang bersifat hidrofobik. Persentase rata-ratanya dalam kayu lunak adalah antara 25-35% dan dalam kayu keras antara 20-30% (Gunnar, 2009). Struktur umum lignin ada pada Gambar 2.3.



14

Gambar 2.3 struktur umum lignin (Haygreen, 1987)

Lignin terdiri dari 3 monomer, monomer tersebut adalah monolignol, pcoumaryl alcohol, conyferol alcohol, dan sinapyl alcohol. Ketiga monomer

tersebut merupakan turunan dari propylphenol, dengan perbedaan pada nomer dari grup methoxy yang menyentuh cincin. Dalam komponen kayu, sifat lignin adalah hidrofobik dan tidak larut dalam air. Kegunaan lignin dapat digolongkan menjadi empat kelompok, yaitu sebagai komponen sisa pembuatan pulp, bahan bakar, produk polimer dan sumber

bahan-bahan kimia dengan berat molekul rendah (Sucipto, 2009). Kandungan lignin dalam tumbuhan yang mengandung lignin selulosa dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pengikat (binder) (binder) pada aspal melalui proses pirolisis (Brown,

2011). Dekomposisi termal dari lignin terjadi pada suhu 250oC sampai dengan

500oC. Pirolisis lignin akan menghasilkan char, dan monomer, serta produk oligomerik lainnya yang memiliki massa molekul yang yang rendah (Vargehyi et al, 1997). Reaksi pembentukan char terjadi pada suhu yang lebih tinggi. Sebagaimana pirolisis selulosa, kehadiran kation akan mempengaruhi proses dekomposisi. Menurut Zhu, (2010), pirolisis dari lignin menghasilkan produk cair

yang dapat diklasifikasikan menjadi tiga grup, yaitu oligomer yang memiliki berat molekul besar, komponen monomer fenolik, dan fraksi ringan seperti methanol, asam asetat, Heterosiklik Aromatis Amine (HAA).



15

2.6

Metode Pirolisis Pirolisis berasal dari kata Pyro (Fire/Api) dan Lyo (Loosening/Pelepasan)

untuk dekomposisi termal dari suatu bahan organik. Jadi pirolisis adalah proses konversi dari suatu bahan organik pada suhu tinggi dan terurai menjadi ikatan molekul yang lebih kecil. Pirolisis merupakan suatu bentuk insinerasi yang menguraikan bahan organik secara kimia melalui pemanasan dengan mengalirkan nitrogen sebagai gas inert (Awalludin, 2008) . Pirolisis sering disebut juga sebagai termolisis secara definisi adalah proses terhadap suatu materi dengan menambahkan aksi suhu yang tinggi tanpa kehadiran udara (khususnya oksigen). Secara singkat pirolisis dapat diartikan sebagai pembakaran tanpa oksigen. Pirolisis telah dikenal sejak ratusan tahun yang lalu untuk membuat arang dari sisa tumbuhan, baru pada sekitar abad ke-18 pirolisis dilakukan untuk menganalisis komponen penyusun tanaman. Secara tradisional, pirolisis juga dikenal dengan istilah distilasi kering (Fatimah, 2004). Umpan pada proses pirolisis dapat berupa material bahan alam tumbuhan atau dikenal sebagai biomassa, atau berupa polimer. Dengan proses pirolisis, biomassa dan polimer akan mengalami pemutusan ikatan membentuk molekulmolekul dengan ukuran dan stuktur yang lebih ringkas. Pirolisis biomassa secara umum merupakan dekomposisi bahan organik menghasilkan bahan padat berupa arang aktif, gas dan uap serta aerosol. Gas yang dapat dikondensasikan sebagai bahan cair dan stabil pada suhu kamar merupakan senyawa hidrokarbon yang dikenal sebagai biofuel atau bio-oil. Istilah tersebut digunakan karena senyawa organik dalam asam cair secara kimia dapat menggantikan keberadaan bahan bakar yang bersumber dari minyak bumi. Paris et al. (2005) mengatakan bahwa pirolisis merupakan proses pengarangan dengan cara pembakaran tidak sempurna bahan-bahan yang mengandung karbon pada suhu tinggi. Kebanyakan proses pirolisis menggunakan reaktor bertutup yang terbuat dari baja, sehingga bahan tidak terjadi kontak langsung dengan oksigen. Pada umumnya proses pirolisis berlangsung pada suhu di atas 300°C dalam waktu 4-7 jam. Namun keadaan ini sangat bergantung pada bahan baku dan cara pembuatannya (Demirbas, 2005).



16

Secara tradisional, pirolisis kayu dapat disebut sebagai distillasi kayu, dan digunakan untuk menghasilkan metanol, asam asetat, aseton, terpentin, fenol. Pemanasan pada kayu hingga suhu lebih dari 100oC akan menyebabkan beberapa peruraian termal. Pada suhu sekitar 270oC pemuaian termal ini tidak membutuhkan sumber panas eksternal lagi, karena proses degradasi merupakan proses eksotermis. Secara bertahap, kayu akan mengalami penguraian sebagai berikut: hemiselulosa terdegradasi pada 200-260oC, selulosa terdegradasi pada 240oC-350oC, dan lignin pada 280oC sampai 500oC. Dalam proses konvensional, pirolisis dilakukan dengan cara melakukan pemanasan secara perlahan-lahan. Dari proses ini akan dihasilkan produk berupa arang aktif, gas dan produk terkondensasi. Pirolisis dapat digunakan untuk menghasilkan bahan-bahan kimia seperti aseton, metanol, dan asam asetat yang tinggi. Destruksi kayu menghasilkan produk-produk senyawa organik tergantung pada jenis dan komposisi kayu. Sebagai contoh, pada pirolisis kayu keras, biasanya akan dihasilkan karbon dioksida, karbon monoksida, hidrogen, metana yang lebih banyak dibandingkan pada kayu lunak. Demikian juga produk berupa metanol dan asam asetat akan lebih banyak ditemukan pada pirolisis kayu keras. Proses gasifikasi pada umumnya digunakan untuk menghasilkan produk gas yang dominan. Menurut Goyal dkk, 2006, Proses pirolisis secara umum dikategorikan menjadi beberapa tipe, yaitu: a.

Pirolisis lambat (Slow Pyrolysis) Pirolisis yang dilakukan pada pemanasan rata-rata lambat. Pirolisis ini

menghasilkan cairan yang sedikit sedangkan gas dan arang lebih banyak dihasilkan. b.

Pirolisis cepat (Fast Pyrolysis) Pirolisis cepat merupakan suatu proses pirolisis dengan peningkatan

kecepatan kenaikan temperatur, pirolisis ini dilakukan pada lama pemanasan 0,52 detik, suhu 400-600oC. Dengan metode pirolisis cepat akan dihasilkan produk utama yaitu berupa bio-oil hingga 80% dari berat kering umpan (Bridgwater, 2000).



17

c.

Pirolisis Kilat (Flash Pyrolysis) Proses pirolisis ini berlangsung hanya beberapa detik saja dengan

pemanasan yang sangat tinggi. Flash pyrolysis pada biomassa membutuhkan pemanasan yang cepat dan ukuran partikel yang kecil sekitar 105 - 250 µm. d.

Pirolisis Katalitik Pirolisis katalitik adalah proses pirolisis yang menggunakan katalisator.

Katalisator di sini berfungsi untuk memecah hidrokarbon rantai panjang menjadi hidrokarbon rantai pendek (C1-C5). Disamping itu, katalisator mampu meningkatkan kecepatan dekomposisi dan memperbesar produk cair hasil pirolisis. 2.6.1 Pirolisis biomassa Menurut Basu, 2010, Pirolisis adalah dekomposisi termokimia untuk menghasilkan produk yang berguna, dan proses yang terjadi adalah tanpa menggunakan oksigen, proses tersebut disebut dengan pirolisis. Selama pirolisis molekul hidrokarbon kompleks dari biomassa akan mengalami penguraian menjadi molekul yang lebih kecil dan akan menghasilkan molekul sederhana berupa gas, char, dan cairan (bio-oil). Pirolisis partikel biomassa dapat dilihat pada Gambar 2.4 di bawah ni.

Gambar 2.4 Pirolisis partikel biomassa (Basu, 2010)



18

Produk dari pirolisis berasal dari gas yang terkondensasi dan char yang padat. Gas yang terkondensasi akan mengalami pemutusan ikatan menjadi gas yang tidak bisa tekondensasi (CO, CO2, CH4, dan H2). Proses dekomposisi ini melalui reaksi homogenisasi fase gas. Pada reaksi fase gas, uap yang terkondensasi akan terurai menjadi molekul yang lebih sederhana. Berdasarkan gambar 2.4, pada reaksi dekomposisi dari biomassa, maka akan menghasilkan gas, char, dan cairan (bio-oil). Reaksi pirolisis yang berasal dari biomassa adalah sebagai berikut :

CnHmOp Σliquid

CxHyOz + Σ gas CaHbOc+H2O+C(char)……………(2.1)

Proses sintesis biomassa yang akan menghasilkan bio-oil yang selanjutnya akan diproses untuk menghasilkan bioaspal ada pada Gambar 2.5.

Selective thermal Biomass

Biomass

depolymerization

Preparation/pretreatment

Heavy ends :

Bio-oil recovery

Lignin oligomers

as stage fractions

(500oC)

Particulat removal

and anhydrosugars Lignin oligomers

Bioasphalt Ligninderived chemicals

water wash Anhydrosugars Gambar 2.5 Proses sintesis bioaspal (Brown, 2008)



19

Berdasarkan Gambar 2.5, dapat terlihat bahwa pada sintesis bioaspal, langkah awal yang harus dilakukan adalah mempersiapkan bahan biomassa dan melakukan perlakuan awal. Pada proses pirolisis yang terjadi, maka biomassa akan mengalami depolimerisasi pada suhu sekitar 500oC. Proses pirolisis tersebut akan menghasilkan fraksi berat berupa oligomer lignin dan anhydrosugar. Fraksi berat tersebut harus dipisahkan, karena yang berperan dalam sintesis bioaspal hanya oligomer lignin saja. Setelah dilakukan pencucian dengan air, maka akan terjadi pemisahan antara oligomer lignin dan anhydrosugar. Pirolisis primer lignin diawali dengan pelunakan termal pada suhu sekitar 200 °C, sedangkan pada pirolisis lignin pada umumnya lebih sering terjadi pada suhu yang lebih tinggi, lebih tinggi dari dekomposisi cepat selulosa. Pirolisis cepat dari lignin akan menghasilkan char yang lebih tinggi dan arang cair yang lebih rendah dari holocellulose, dan produk cair dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, molekul besar oligomer (dikenal sebagai lignin pirolitik), senyawa monomer fenolik, serta senyawa seperti metanol, HAA, dan asam asetat (Zhu dan Lu, 2010). Reaksi pirolisis lignin dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Pirolisis

Lignin

Bioaspal Gambar 2.6 Reaksi pirolisis Lignin



20

2.7

Analisis FTIR Aspek kualitatif dari spectroscopy infrared adalah salah satu dari metode

yang paling penting dalam ilmu kimia analitik. Dalam bentuk paling sederhana,

spektrum inframerah terbentuk sebagai konsekuensi dari penyerapan radiasi elektromagnetik pada frekuensi yang berkorelasi dengan getaran dari seperangkat ikatan kimia tertentu dalam suatu molekul. Sebuah molekul yang terkena sinar inframerah menyerap energi inframerah inframerah pada frekuensi yang karakteristik untuk

molekul tersebut. Selama analisis FTIR, sebuah daerah permukaan pada spesimen akan terkena sinar inframerah. Transmitansi pada spesimen dan pemantulan sinar inframerah pada frekuensi yang berbeda diterjemahkan ke ke dalam plot serapan inframerah terdiri dari puncak terbalik. Pola spektrum yang dihasilkan FTIR kemudian dianalisis dan dicocokkan dengan pola spektrum khusus dari suatu bahan yang diidentifikasi. Untuk melihat keberadaan suatu senyawa tertentu,

diperlukan referensi gelombang spektrumnya, seperti yang terdapat pada Lampiran B. Berikut ini adalah gambar hasil spektrum FTIR untuk keberadaan asphaltene.

Gambar 2.7 Spektrum FTIR untuk asphaltene (Bermúdez et al., 2008 )



21

Teknologi FTIR ini telah digunakan untuk melihat karakteristik keberadaan aspal. Keberadaan aspal ini dapat dilihat dari adanya zat kimia berupa aspalthene. Asphaltene ini dapat dibuktikan dengan melihat hasil spektrum FTIR tertentu yang sesuai bentuk ciri khas strukturnya. Asphaltene dapat menunjukkan sinyal yang sesuai dengan struktur aromatik dan alifatik. Spektrumnya akan menunjukkan ikatan OH pada 3452 cm-1 dan ikatan CH aromatik pada 3024,32 cm-1. Selanjutnya, pada frekuensi gelombang 1598,9 cm-1 akan menunjukkan ikatan CH2 asimetris dan simetris sesuai dengan ikatan rangkap dari C=C aromatik. Adanya unsur sulfur dan nitrogen pada struktur asphaltene dapat ditunjukkan dengan adanya sinyal pada frekuensi antara 1080 cm-1 dan 1030 cm-1.



22

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Diagram alir penelitian Penelitian ini dilakukan dengan mengikuti diagram alir seperti berikut : Preparasi awal sampel biomassa (serbuk gergaji kayu Albasia)

Pirolisis serbuk gergaji kayu Albasia

Produk cair,

suhu 400-550 oC

Char

Produk gas Kondensasi

Gas yang tidak terkondensasi

Bio-oil : anhydrosugar dan oligomer lignin

Evaporasi pada suhu 200oC

Bioaspal

Produk Gas

Karakterisasi Gambar 3.1 Diagram alir penelitian



23

3.2

Variabel Penelitian

1.

Variabel bebas Variabel bebas yang terdapat pada penelitian ini adalah suhu, yaitu 400oC,

450oC, 500oC, 550oC. Suhu operasi dibatasi pada rentang suhu tersebut karena merupakan kondisi optimum dan memberi hasil yang maksimum pada pirolisis (Perez, 2010). Dalam penelitian ini, akan dilakukan pengambilan data sebanyak empat kali pada rentang suhu operasi antara 400-550oC. 2.

Variabel Terikat Variabel terikat ada pada penelitian ini meliputi berat jenis, viskositas, dan

sifat fisik bioaspal yang dihasilkan dari proses pirolisis.

3.3 Alat dan bahan Peralatan yang digunakan pada pirolisis serbuk gergaji kayu albasia adalah sebagai berikut : -

Tempat umpan

-

Pipa logam

-

Motor pengaduk umpan

-

Pemanas

-

reaktor

-

Kondenser

-

Gas trap

-

Furnace

-

Selang

-

Pengatur laju alir (flowmeter)

-

Pengatur suhu

-

Mesin penyaring

Bahan yang akan digunakan: serbuk gergaji kayu Albasia dan gas N2



24

3.4 Prosedur Penelitian Pirolisis 3.4.1 Preparasi Sampel -

Persiapan alat dan bahan yang akan digunakan

-

Preparasi awal terhadap serbuk gergaji kayu Albasia sebagai bahan utama dalam penelitian ini.

-

Tahap preparasi awal ini meliputi pengayakan serbuk gergaji kayu hingga berukuran seragam (sekitar < 3mm). Setelah pengayakan dilakukan perendaman terhadap sampel yang bertujuan untuk mengurangi kadar abu.

-

Perendaman 100 gram sampel dilakukan pada 500 ml air bersih, lalu dilakukan pengadukan secara manual selama 10 menit, lalu didiamkan selama 24 jam pada suhu ambient. Setelah dilakukan perendaman, dilakukan pengeringan sampel.

-

Pengeringan dilakukan dengan cara dijemur di bawah sinar matahari selama 3-5 jam, lalu dikeringkan kembali di dalam oven pada suhu 105oC.

-

3.4.2 -

Serbuk gergaji disimpan ditempat yang kering dan dalam keadaan tertutup.

Produksi Bio-oil Mempersiapkan alat, reaktor, sambungan reaktor-kondensor, sambungan kondensor bawah dan erlenmeyer untuk menampung bio-oil

-

Mempersiapkan bahan-bahan yang akan digunakan sebelum reaktor dinyalakan, yatu serbuk gergaji kayu Albasia berukuran 3-5 mm

-

Dilakukan penimbangan terhadap sampel sebesar 100 gram, dimasukkan kedalam reaktor, lalu reaktor ditutup rapat.

-

Cooling bath dinyalakan, dan dilakukan pengaturan suhu pada suhu operasi 25oC. Tekanan yang digunakan dibawah kondisi atmosfer.

-

Dibuka valve flowmeter untuk mengalirkan gas N2 dengan laju alir maksimal 300 menit/ml dan mulai menyalakan furnace dan dilakukan pengaturan suhu sesuai dengan variasi suhu (400oC, 450oC, 500oC, 550oC). Gas N2 tetap mengalir selama pirolisis berlangsung.

-

Apabila suhu reaktor sudah sama dengan suhu operasi yang diinginkan, proses pirolisis cepat dibiarkan berlangsung selama 1 jam dan produk bio-oil ditampung di dalam gelas ukur.



25

-

Setiap variasi suhu, sampel serbuk gergaji yang digunakan diganti dengan sampel serbuk gergaji yang baru, dan dilakukan prosedur awal yang sama dengan sebelumnya.

3.4.3 -

Evaporasi Bio-oil Bio-oil hasil pirolisis dimasukkan ke dalam botol sebanyak 20 ml, lalu kemudian dilakukan evaporasi pada suhu 200oC untuk menghilangkan pelarut dan untuk memisahkan fraksi bioaspal yang terkandung di dalam bio-oil tersebut.

-

Evaporasi dilakukan setiap 20 ml bio-oil hingga volume bio-oil yang dihasilkan dari hasil pirolisis habis.

-

Setelah dilakukan evaporasi maka bioaspal yang dihasilkan di dalam botol didiamkan pada suhu ruang.

Skema Peralatan Proses Pirolisis

Gambar 3.2 Peralatan pirolisis



26

3.5

Pengambilan Data dan Teknik Analisis

3.5.1

Karakteristik Bio-oil Bio-oil dianalisis karakteristik fisika dan kimianya. Karakteristik yang

diuji yaitu viskositas, berat jenis dan kandungan gugus fungsi.

3.5.1.1 Viskositas Bio-oil Prosedur kerja : -

Dipilih viscometer tube yang tepat dan bersih, lalu dikeringkan

-

Diisi viscometer tube dengan sampel. Dimasukkan tube ke dalam batch pemanas

-

Dialirkan sampel sampai kegaris batas, dan cairan dibiarkan turun. Dihitung waktu alir dari batas awal sampai batas akhir dengan menggunakan stopwatch

-

Perhitungan viskositas :

…………………………………………………..…(3.1) Keterangan : η1 = Viskositas aseton η2 = Viskositas sampel d1 = Densitas aseton d2 = Densitas sampel t1 = Waktu yang dibutuhkan aseton (detik) t2 = Waktu yang dibutuhkan sampel dengan volume V untuk mengalir melalui viskosmeter (detik)



27

3.5.1.2 Densitas Bio-oil Prosedur Kerja : -

Piknometer kosong beserta tutup ditimbang, dicatat beratnya

-

Piknometer dibuka penutupnya, diisi bio-oil lalu ditutup, lalu ditimbang kembali, dan dicatat beratnya.

-

Densitas bio-oil dperoleh dari selisih berat antara berat piknometer yang berisi bio-oil dikurangi dengan berat piknometer kosong.

3.5.1.3 Yield Bio-oil Persamaan untuk yield bio-oil adalah : Yield (%)=

x 100 %..........(3.2)

3.5.1.4 Identifikasi Gugus Fungsi Pada Bio-oil Peralatan : Spetroskopi FTIR-8400, dengan spesifikasi sebagai berikut : 4

interferometer : tipe Michelson

5

optik

6

bilangan gelombang : 7800-3500cm-1

7

detektor

: DLATGS dengan kontrol suhu

8

sumber IR

: keramik

: berkas sinar tunggal

Prosedur kerja : a.

Preparasi sampel 1. Menggunakan FTIR (Fourier transfer infra red spectroscopy) dengan spektrum 4000-600cm-1 2. Sampel bio-oil diteteskan pada KBr padat dan mengapitnya, lalu diukur dengan FTIR sehingga sinar IR akan menembak KBr padat yang berisi sampel dan menampilkan gugus terserap pada layar komputer

b.

Cara pengoperasian alat FTIR-8400

-

On-kan sumber arus listrik.

-

On-kan alat.

-

On-kan alat komputer, ditunggu.

-

Pengukuran



28

(1). Klik ganda shortcut.

(2). Ditunggu beberapa saat sampai keluar “dialogbox” kemudian diklik “OK”.

Di layar akan muncul “menu” berikut:

(3). Pada menu “Instrument” klik “FTIR 8400”

Di layar akan muncul “menu” berikut:

(4). Untuk memulai pengukuran, klik “BKGStart”

Di layar akan muncul spektrum berikut:



29

Ditunggu sampai spektrum menghilang. (5). Pengukuran “sampel” dilakukan dengan menempatkan sampel siap ukur pada tempat sampel dari alat interforometer. Diulangi langkah 3, kemudian isi dialog box dengan identitas sample, kemudian klik “ SampelStart”.

Ditunggu sampai diperoleh spektrum. (6). Untuk memunculkan harga bilangan gelombang, klik “ bilangan gelombang table” pada menu “Calc”, tentukan Treshold dan Noise Level untuk mengatur pemunculan harga bilangan gelombang. (7). klik “ print” pada menu “File” untuk print out, atur tampilan kertas yang diinginkan. Cara Mematikan Alat FTIR-8400 (a). Off-kan alat komputer. (b). Off-kan alat inferometer. (c). Off-kan sumber arus listrik.

3.5.2 Karakterisasi Bioaspal Karakteristik bioaspal yang diuji adalah kandungan gugus fungsi. 3.5.2.1 Identifikasi Gugus Fungsi pada Bioaspal Metode : FTIR Prosedur kerja : a. Persiapan sampel bioaspal -

Sampel disuspensikan ke dalam larutan nujol (hidrokarbon jenuh berantai panjang)

b. Cara pengoperasian alat FTIR-8400 Dilakukan seperti prosedur pengujian gugus fungsi pada bio-oil di halaman 27.



30

3.5.2.2 Yield Bioaspal Digunakan persamaan yang sama seperti pada persamaan yield bio-oil pada halaman 27.



31

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini akan diulas tentang hasil sintesis bioaspal dari biomassa, yaitu serbuk gergaji kayu albasia dengan

menggunakan

metode pirolisis.

Rentang suhu 400-550oC digunakan untuk memperoleh produk bio-oil, dan selanjutnya bio-oil dievaporasi menjadi bioaspal. Selain itu juga pada bab ini akan membahas tentang karakteristik bio-oil dan bioaspal.

Karakteristik bio-oil

tersebut antara lain pengaruh suhu terhadap yield bio-oil, pengaruh viskositas tehadap yield bio-oil, pengaruh densitas terhadap yield bio-oil, analisis bio-oil menggunakan FTIR dan analisis bioaspal menggunakan FTIR.

4.1

Analisis Karakteristik Bio-oil Pada subbab berikut ini akan dijelaskan mengenai pengaruh suhu terhadap

yield, viskositas, dan densitas bio-oil.

4.1.1

Pengaruh Suhu Pirolisis terhadap Yield Bio-oil Sintesis bioaspal dari serbuk gergaji kayu Albasia terjadi dalam 2 tahap.

Tahap pertama yaitu pirolisis pada rentang suhu 400-550oC untuk menghasilkan produk bio-oil yang akan diproses lebih lanjut untuk mendapatkan bioaspal. Biooil yang dihasilkan dari pirolisis, berwarna coklat pekat, dan memiliki bau asap. Bio-oil merupakan campuran multi komponen yang memiliki ukuran partikel yang berbeda yang berasal dari reaksi depolimerisasi dan fragmentasi berdasarkan dekomposisi selulosa, hemiselulosa, dan lignin (Bridgewater, 2004). Tahap kedua yaitu evaporasi bio-oil pada suhu 200oC menjadi bioaspal. Bio-oil yang dihasilkan dari pirolisis serbuk gergaji kayu albasia memiliki hasil yang bervariasi tergantung dari variasi suhu yang digunakan, yaitu pada rentang suhu 400-550oC. Hasil produksi bio-oil dapat dilihat pada Gambar 4.1 dibawah ini.



32

69.4

70

67.46

Yield (%)

65

65.27

64.84

60 400

450

500

550

600

Suhu (oC) Gambar 4.1 Pengaruh suhu terhadap Yield Bio-oil

Pada Gambar 4.1 terlihat bahwa seiring dengan peningkatan suhu sampai dengan 500oC, maka terjadi peningkatan produksi bio-oil, namun produksi bio-oil akan mengalami penurunan pada suhu diatas 500oC. Peningkatan produksi bio-oil terjadi karena pada rentang suhu 400-500oC merupakan rentang suhu yang optimum untuk menghasilkan bio-oil yang disebabkan oleh reaksi intensifikasi termokimia primer (Perez, 2008). Reaksi termokimia primer tersebut menjadi optimum karena pada suhu 400-500oC adalah suhu dekomposisi dari lignin. Yield bio-oil tertinggi dicapai pada 69,4 % dan yield terendahnya 64,8 % (contoh perhitungan dapat dilihat pada lampiran A). Penurunan produksi bio-oil di atas suhu 500oC terjadi karena berakhirnya dekomposisi dari lignin. Bio-oil yang dihasilkan dari pirolisis mengandung metanol, asam asetat, aseton, air, senyawa phenol (Mohan et al., 2005), oligomer lignin,

anhydro-oligosugars dan

levoglucosan (Perez et al., 2008). Yield bio-oil yang maksimum diperoleh pada suhu optimum sebesar 500oC.



33

4.1.2 Pengaruh Suhu Pirolisis terhadap Viskositas Bio-oil Pirolisis kayu Albasia pada rentang suhu 400-550oC akan menghasilkan viskositas bio-oil

seperti yang dapat dilihat pada Gambar 4.2. (Contoh

perhitungan dapat dilihat pada lampiran A).

0,52 0.50 0,5 0.48

0,48

Viskositas (Cp)

0,46

0.45

0,44 0.42

0,42 0,4 400

450

500

550

600

Suhu (oC) Gambar 4.2 Pengaruh Suhu terhadap Viskositas Bio-oil

Berdasarkan Gambar 4.2, viskositas bio-oil yang diperoleh mengalami peningkatan dari suhu 400oC sampai dengan suhu 500oC dan mengalami penurunan pada suhu diatas

500oC. Hal tersebut disebabkan karena adanya

dekomposisi termal secara progresif dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin ketika biomassa dipanaskan. Reaksi-reaksi tersebut disebut reaksi dekomposisi termal primer (pirolisis primer). Reaksi pirolisis primer merupakan depolimerisasi awal yang bisa mengalami cracking (perengkahan) tambahan untuk membentuk zat-zat volatil (Perez et al, 2008). Pada pirolisis primer tersebut akan menghasilkan primary pyrolisis oil (bio-oil)) yang terdiri dari senyawa monomer, oligomer, dan monomer penyusun selulosa dan lignin. Oligomer-oligomer lignin tersebut akan bergabung menjadi molekul yang lebih besar yang akan menyebabkan peningkatan viskositas bio-oil. Berdasarkan Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa viskositas maksimum bio-oil dicapai pada suhu yang menghasilkan yield yang maksimal pula.



34

4.1.3

Pengaruh Suhu terhadap Densitas Bio-Oil Bio-oil yang diperoleh dari proses pirolisis di tentukan nilai densitasnya

(perhitungan dapat dilihat pada lampiran A) dan dibandingkan dengan densitas bio-oil hasil penelitian dari Bridgewater, (2004). Hubungan antara pengaruh suhu pirolisis dengan densitas bio-oil dapat dilihat pada Gambar 4.3 di bawah ini.

0,905 0.901 0,9 0.900 0,895

Densitas (gr/ml) 0,89 0.887 0,885 0.882 0,88 400

450

500

550

600

Suhu(oC) Gambar 4.3 Pengaruh Suhu terhadap Densitas Bio-oil Berdasarkan Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa pada suhu 400-500oC terjadi peningkatan densitas bio-oil dan pada suhu diatas 500oC terjadi penurunan. Suhu yang dicapai ketika mencapai hasil optimum pada yield, viskositas dan densitas bio-oil adalah sama yaitu pada suhu 500oC. Rentang densitas bio-oil yang tertera pada Gambar 4.3 yaitu 0,882 g/ml sampai dengan 0,9 g/ml sesuai dengan hasil penelitian

yang

telah

dilakukan

sebelumnya

(Bridgwater,

2004)

yang

menyebutkan bahwa densitas dari bio-oil yang berkisar pada 0,85 g/ml sampai dengan 1,2 g/ml. Berdasarkan perbandingan densitas bio-oil tersebut pirolisis serbuk gergaji kayu Albasia menghasilkan bio-oil yang serupa dengan bio-oil dari bahan biomassa lainnya (Bridgewater, 2004).



35

4.1.4 Analisis FTIR Bio-oil Pengujian FTIR dilakukan untuk menganalisis perbandingan secara kualitatif antara Bio-oil yang dihasilkan dari serbuk gergaji kayu Albasia dengan hasil FTIR penelitian sebelumnya. Spektrum FTIR bio-oil yang diperoleh terdapat pada Gambar 4.4 berikut ini. (d) (c)

(b

(a)

Gambar 4.4 Spektrum FTIR Bio-oil Serbuk Kayu Albasia : (a)suhu 400oC; (b) suhu 500oC; (c) suhu 550oC dan (d) suhu 450oC

Berdasarkan gambar 4.4 maka dapat dillihat bahwa spektrum bio-oil yang dihasilkan dari pirolisis pada suhu 400-550oC memiliki pola yang sama yaitu munculnya puncak pada 3500 cm-1, 1700 cm-1 dan antara 1000-1500 cm-1. Untuk melihat lebih jelas pola yang hampir sama antara spektrum FTIR bio-oil dan spektrum bio-oil yang berasal dari biomassa lainnya, maka diambil salah satu spektrum FTIR bio-oil dari serbuk gergaji kayu Albasia, yaitu pada suhu 500oC.



36

Gambar 4.5 Spektrum FTIR Bio-oil Serbuk Kayu Albasia suhu 500oC

%T

Gambar 4.6 Spektrum FTIR pada Hazellnut (Putun, 1999)

Jika spektrum FTIR bio-oil pada Gambar 4.5 dibandingkan dengan Gambar 4.6, maka akan terlihat persamaan antara keduanya, yaitu pada bentuk grafik, nilai transmitan dan bilangan gelombang yang dihasilkan. Hal tersebut membuktikan bahwa hasil pirolisis dari kayu Albasia menghasilkan bio-oil yang serupa dengan hasil pirolisis yang menggunakan biomassa lainnya.



37

Gambar 4.6 menunjukkan spektrum dari FTIR dari Hazellnut, yang merepresentasikan analisis fungsi komposisi dari bio-oil dan subfraksi dari pentane. Vibrasi O-H pada 3300 cm-1 dan 3600 cm-1 dari bio-oil dan subfraksi polar yang dinamakan ether dan metanol yang mengindikasikan adanya phenol dan alkohol. Regangan vibrasi C=O terjadi pada antara 1680 cm-1 dan 1718 cm-1 menandakan adanya kandungan keton, quinone, grup aldehid dan lainnya. Regangan vibrasi pada grup aliphatic CH3 dan CH2 (2870-2960 cm-1), vibrasi CH pada 1380-1465 cm-1 mengindikasikan adanya kandungan grup alkana pada pirolisis yang berasal dari biomassa (Putun, 1999).

4.1.5 Evaporasi Bio-oil menjadi Bioaspal Bio-oil yang dihasilkan dari pirolisis serbuk gergaji kayu Albasia mengandung berbagai macam komponen penyusun, oleh sebab itu harus dilakukan pemisahan terhadap komponen penyusun tersebut untuk memperoleh bioaspal. Pemisahan yang dilakukan pada bio-oil yaitu dengan menggunakan metode evaporasi, yang akan menghasilkan residu sebagai bioaspal. Reaksi pembentukan bioaspal dapat dilihat pada Gambar 4.7.

Pirolisis

Lignin

Bioaspal Gambar 4.7 Reaksi Pembentukan Bioaspal



38

Bioaspal yang dihasilkan dari pirolisis serbuk gergaji kayu Albasia merupakan fraksi dari bio-oil yang tidak larut di dalam air, berwarna coklat gelap, mengandung oligomer lignin, dan dapat membeku pada suhu kamar. Pada saat evaporasi akan terjadi penguapan dari aseton, anhydro-olygosugar, dan komponen lain yang tidak membentuk bioaspal, sedangkan bioaspal akan terbentuk sebagai hasil residu dari hasil evaporasi. Seperti terlihat pada Gambar 4.6, struktur bioaspal mengandung gugus fungsi -OH, -OCH3, dan -CH3O yang akan diidentifikasi menggunakan FTIR.

4.2

Analisis Karakteristik Bioaspal Pada subbab berikut ini akan dibahas mengenai karakteristik terhadap

bioaspal, yaitu pengaruh suhu pirolisis terhadap yield bioaspal dan analisis FTIR bioaspal.

4.2.1 Pengaruh Suhu terhadap Yield Bioaspal Evaporasi tehadap bio-oil dilakukan pada suhu 150-200oC menghasilkan bioaspal. Hubungan antara yield bioaspal terhadap suhu pirolisis dapat dilihat pada Gambar 4.8 berikut ini. (Perhitungan yield bioaspal dapat dilihat pada lampiran A).



39

6,5

6,3 6

6

Yield (%)

5,78 5,5

5,16 5 400

450

500

550

600

Suhu (oC) Gambar 4.8 Pengaruh Suhu terhadap Yield Bioaspal

Berdasarkan Gambar 4.8 di atas, dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan produk bioaspal seiring dengan peningkatan suhu, pada 400-500oC dan penurunan yield bioaspal terjadi pada suhu diatas 500oC. Seperti yang telah dibahas pada subbab 4.1.1 bahwa yield paling besar dari oligomer lignin diperoleh pada rentang suhu pada 400-500oC. Presentase yield produk bioaspal yang maksimum diperoleh pada suhu 500oC dan yaitu sebesar 6,3 %.

4.2.2 Analisis FTIR Bioaspal Pengujian FTIR dilakukan untuk menganalisis perbandingan secara kualitatif antara bioaspal dengan aspalten sebagai komponen penyusun aspal. Aspalten merupakan konstituen terpenting dari aspal, didefinisikan sebagai bahan yang dapat mengendap dan berwarna hitam coklat (Daswiyanto, 2008). Diperkirakan bahwa aspalten terdiri dari kelompok hidrokarbon aromatis kompleks yang dihubungkan satu dengan yang lain oleh gugus hidrokarbon atau atom belerang. Hasil spektrum FTIR bioaspal akan dipergunakan untuk melihat ada atau tidaknya keberadaan komponen penyusun aspal didalam bioaspal. Pada uji FTIR pada bioaspal diperoleh pada Gambar 4.9 sebagai berikut :



40

(d)

(c) (b)

(a)

Gambar 4.9 Spektrum FTIR Bioaspal (a)suhu 400oC; (b) suhu 500oC; (c) suhu 550oC; (d) suhu 450oC

Berdasarkan gambar 4.9 maka dapat dillihat bahwa spektrum bioaspal yang dihasilkan dari pirolisis pada suhu 400-550oC memiliki pola yang sama yaitu munculnya puncak pada 3500 cm-1, 1700 cm-1 dan antara 1000-1500 cm-1. Untuk melihat lebih jelas pola yang hampir sama antara spektrum FTIR bioaspal dan spektrum bioaspal yang mengandung aspalten murni, maka diambil salah satu spektrum FTIR bioaspal dari serbuk gergaji kayu Albasia, yaitu pada suhu 500oC.



41

(a)

%T

(b)

Gambar 4.10 (a) Spektrum FTIR Bioaspal suhu 500oC; (b) FTIR Aspalten Murni

Untuk membuktikan analisis FTIR bioaspal, maka diperlukan suatu pembanding yaitu spektrum FTIR dari senyawa komponen penyusun aspal, yaitu aspalten murni.



42

Untuk mengetahui adanya bioaspal, maka spektrum FTIR Bioaspal dibandingkan dengan spektrum FTIR aspalten. Berdasarkan Gambar 4.9 dan Gambar 4.10 diatas, maka dapat dilihat bahwa terdapat kesamaan antara FTIR bioaspal yang diperoleh menggunakan serbuk kayu Albasia dengan FTIR aspalten namun beberapa puncak mengalami pergeseran. Ringkasan pergeseran spektrum IR dapat dilihat pada Tabel 4.1 di bawah ini.

Tabel 4.1 Perbandingan Spektrum IR antara aspalten murni dengan Bioaspal

Spektrum IR Aspalten Murni

Spektrum IR Bioaspal (cm-1)

(cm-1)

400oC

450oC

500oC

550oC

3433

3387

3422

3396

3358

3050

3080

3107

3087

3121

2920

2958

2962

2960

2962

1621

1654

1610

1609

1610

1456

1455

1434

1458

1416

1373

1399

1363

1363

1363

859

875

819

895

894

Berdasarkan Tabel 4.1 dapat dilihat beberapa persamaan antara spektrum bioaspal dengan aspalten. Pada bioaspal hasil evaporasi 400oC, yaitu puncak transmitan yang hampir sama pada FTIR bioaspal berada pada bilangan gelombang 3387 cm-1 dan 2958 cm-1 sedangkan pada FTIR aspalten murni memiliki nilai transmitan pada 3433 cm-1 dan 2920 cm-1. Berdasarkan struktur FTIR bioaspal maka kandungan gugus fungsi yang terkandung didalamnya terdapat gugus O-H stretching pada spektrum IR yang teridentifikasi pada 3387 cm-1 yang mengidentifikasi adanya kandungan alkohol dan phenol, sedangkan ikatan rangkap kimia rantai ganda (=C-H) muncul pada bilangan gelombang 3050 cm-1 dan pada bilangan gelombang 2920 cm-1 dan 2849 cm-1 mengandung CH3 dan CH2 (grup alifatik).



43

Keberadaan nilai transmitan FTIR sesuai dengan distribusi hidrogen alifatik antara struktur –CH2 dan –CH3 yang disebabkan oleh peregangan C-H di CH3 dan –CH2 untuk komponen aspal. Transmitan pada sekitar 2.924 cm-1 menunjukkan gugus –CH3 umum untuk suatu aspal. Hal ini disebabkan karena adanya substituen –CH3 pada cincin aromatik yang terdapat di komponen aspal. Berdasarkan uji FTIR tersebut maka bioaspal yang dihasilkan dari hasil pirolisis mengandung komponen pembentuk aspal, yaitu aspalten murni.



44

BAB 5 KESIMPULAN

5.1

Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini adalah:

1. Pirolisis serbuk gergaji kayu Albasia menghasilkan yield bio-oil yang maksimum sebesar 69,4 % pada suhu 500oC. 2. Pada pirolisis serbuk gergaji kayu Albasia yang mengandung lignin, terjadi reaksi oligomerisasi yang menghasilkan oligomer lignin yang merupakan bioaspal. 3. Pada suhu 500oC evaporasi bio-oil menghasilkan bioaspal dengan yield yang maksimum sebesar 6,3 %. Pada suhu 500oC terjadi pembentukan oligomer lignin yang maksimum sehingga dihasilkan bioaspal yang maksimum pula. 4. Spektrum FTIR bio-oil menghasilkan puncak spesifik pada 3500 cm-1 dan 1000-1700 cm-1 yang serupa dengan puncak bio-oil yang dihasilkan dari biomassa secara umum. 5. Spektrum FTIR bioaspal serupa dengan spektrum IR aspalten murni. Puncak spesifik bioaspal pada 3387 cm-1 mengalami pergeseran yang disebabkan karena adanya zat pengotor di dalam bioaspal.



45



45

DAFTAR PUSTAKA Asphalt Institute. 2001. Introduction to Asphalt Manual Series No.5. 8th Edition. Kentucky. 1-9. Awaluddin, A. 2008. Proses Pencairan Langsung Biomassa menjadi Bio-oil dengan menggunakan Thermo-Oil. Universitas Riau. 5-9. Basu, P. 2010. Biomass Gasification and Pyrolysis, Practical Design and Theory. Burlington : Academic Press. 27-29. Bermúdez, L. , Salazar, R. and Yovani, A. 2008. Synthesis and Characterization of the Polystyrene - Asphaltene Graft Copolymer by ftir Spectroscopy. 4-5. Bridgewater, A. V. 2004. Review Paper : Biomass Fast Pyrolisys. 26-28. Brown, C. B. 2011. Thermochemical Technologies for Biomass Processing. Iowa State University. 6-7. Coates, J. 2000. Interpretation of Infrared Spectra, A practical Approach. USA: John Wiley & Sons. 7-15 . Daswiyanto. 1998. Pembuatan Aspal Emulsi. Tesis Pasca Sarjana. Depok: Universitas Indonesia. 3-5. Daniel, G. 2009. Wood and Fibre Morphology. Swedish University of Agricultural Sciences. 45-46. Demirbas, A. 2005. Pyrolysis of ground beech wood in irregular heating rate conditions. Journal of Analytical Applied and Pyrolysis . 39-43. Dumanauw, J. F. 1990. Mengenal Kayu. Yogyakarta: Kanisius. 29-31. D. Fengel, G. Wegener, H. Sostrohamidjojo. 1993. Kayu, Kimia, Ultrastruktur, reaksi- reaksi. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. 7 –26. Daniel, H. 2012. Bioasphalt and Biochar from Pyrolysis of Urban Yard Waste. Case Western Reserve University. 11-12. Fatimah, I. 2004. Pengaruh Laju Pemanasan Terhadap Komposisi Biofuel Hasil Pirolisis Serbuk Kayu. Universitas Islam Indonesia. 48-49. Goyal, H. B., Seal, D., Saxena, R. C. 2006. Bio-fuels from thermochemical conversion of renewable resources: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 504-517.



46

DAFTAR PUSTAKA (LANJUTAN 1)

Gunnar, H. 2009. Pulp and Paper Chemistry Technology Volume 1. Sweden: School of Chemical Science and Engineering. 121-124. Hafizullah, A. 2011. Modifikasi Aspal Polimer. Medan : Universitas Sumatera Utara. 1-2. Haygreen. 1996. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. 24-25. Kurniadji. 2008. Modifikasi Aspal Keras Standar dengan Bitumen asbuton Hasil Ekstraksi. Jurnal Jalan-Jembatan. Volume 25. Bandung: Puslitbang Jalan dan jembatan. 220-221. Mohan, D. Pittman, C. & Philip, H. 2005. Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-oil: A Critical Review. 855-856. Nanendra, D. 2010. Abstrak. Pengaruh Penambahan Gilsonit terhadap Kualitas Bioaspal dengan Uji Marshall dan Rendaman. Surabaya : Airlangga University Surabaya. Abstrak. Paris, 0. Zollfrank, C. and Zickler, G. A. 2005. Decomposition and Carbonization of Wood Biopolymer Microstructural Study of Wood Pyrolisis. 53-66. Perez, G. M. Wang, S. Shun, J. Rhodes, M. and Chun, Z. L. 2008. Effects of Temperature on the Formation of Lignin-Derived Oligomers during the Fast Pyrolysis of Mallee Woody Biomass. 2022-2025. Piskorz, J. Radlein, D. Scott, D.S. & Czernik, S. (1989). Pretreatment of Wood and Cellulose for Production of Sugars by fast Pyrolysis. J. Anal. Appl. Pyrol. 127-142. Prayogo, E. D. 2010. Abstrak. Pemisahan dan Karakterisasi Bioaspal dari Tempurung Kelapa dengan Metode Distilasi Pengurangan Tekanan. Surabaya: Airlangga University Surabaya. Putun, A. E. 1999. Pyrolysis of Hazelnut Shells in a Fixed-Bed Tubular Reactor. Turkey. 39-41. Serani, L. 2008. Current and foreseeable applications of supercritical water for energy and the environment. 486–487.



47

DAFTAR PUSTAKA (LANJUTAN 2)

Shafizadeh, F. (1982). Introduction to pyrolysis of biomass. J. Anal. Appl. Pyrol. 283-305. Sutjipto, A. H. (1993). Hasil Hutan dan Ilmu Kayu Suatu Pengantar. Yogyakarta: Gajah Mada University Press. 24-25. Tingting, Q. Wanjun, G. Laihong, S. Jun, X, & Kun, Z. 2011. Experimental Study of Biomass Pyrolysis Based on Three Major Components: Hemicellulose, Cellulose, and Lignin. 1-3. Zhu, X. F & Lu, Q. 2010. Production of Chemicals from Selective Fast Pyrolysis of Biomass. China: University of Science and Technology of China. 151-152.



48

LAMPIRAN A

A.1

DATA DAN PERHITUNGAN KARAKTERISTIK BIO-OIL Berikut ini adalah data yang diperoleh dan cara perhitungannya :

Tabel A.1 Data Densitas Bio-oil Pikno+Bio-oil Suhu (oC)

Pikno Kosong (g)

(g)

Densitas

400

11.7113

16.1268

0.8831

400

11.7113

16.1162

0.88098

450

11.7113

16.1507

0.88788

450

11.7113

16.1485

0.88744

500

11.7113

16.1622

0.89018

500

11.7113

16.2736

0.91246

550

11.7113

16.2271

0.90316

550

11.7113

16.2012

0.89798

Persamaan yang digunakan : ρ =

Densitas

0.8820

0.8877

0.9013 0.9006

Perhitungan Densitas Bio-oil pada hasil pirolisis suhu 400oC : Densitasbio-oil =

=

!

= 0,8831 gr/ml Perhitungan densitas bio-oil dilakukan menggunakan cara diatas hingga diperoleh densitas bio-oil sampai dengan 550oC.



49

A.2 DATA DAN PERHITUNGAN YIELD BIO-OIL Data yang diperoleh dari hasil pirolisis dan perhitungan yang dilakukan untuk memperoleh yield bio-oil adalah sebagai berikut :

Tabel A.2 Data Yield Bio-oil Suhu (oC)

Densitas (g)

Volume Bio-Oil (ml)

Massa Bio-Oil (g)

400 450 500 550

0.88204 0.88766 0.90132 0.90058

74 76 77 72

65.27096 67.46216 69.40164 64.84176

Yield Bio-Oil (%)

65.27096 67.46216 69.40164 64.84176

Perhitungan massa bio-oil hasil pirolisis suhu 400oC : Massa Bio-oil = Volume bio-oil x densitas bio-oil = 74 ml x 0,88204 g/ml = 65,27096 g

Setelah didapatkan massa bio-oil, maka dilakukan perhitungan yield bio-oil : Yield (%) = =

"

!#$ ##%

x 100%

x 100%

= 65,27 % Perhitungan yield bio-oil dilakukan sampai dengan suhu 550oC seperti cara di atas.



50

A.3 DATA DAN PERHITUNGAN VISKOSITAS BIO-OIL Data yang diperoleh dari hasil uji viskositas dan cara perhitungannya adalah sebagai berikut : Tabel A.3 Data Viskositas Bio-oil Waktu alir bio-oil (detik) 91 98 107 103

suhu (oC) 400 450 500 550

η bio-oil (cP) 0.421065792 0.456344702 0.505921427 0.486608634

Densitas bio-oil (g/ml) 0.88204 0.88766 0.90132 0.90058

Waktu alir aseton (detik) 74 74 74 74

η aseton (cp) 0.316 0.316 0.316 0.316

Densitas aseton (g/ml) 0.81402 0.81402 0.81402 0.81402

Persamaan yang digunakan dalam perhitungan viskositas bio-oil:

Keterangan : η1 = Viskositas aseton η2 = Viskositas sampel d1 = Densitas aseton d2 = Densitas sampel t1 = Waktu yang dibutuhkan aseton (detik) t2 = Waktu yang dibutuhkan sampel dengan volume V untuk mengalir melalui viskometer (detik) perhitungan viskositas pada bio-oil suhu 400oC :

& '

& " "

'

#( )# #*)$ #( *)*

= 0.421065792 cP Perhitungan viskositas bio-oil dilakukan sampai dengan suhu 550oC seperti cara di atas.



51

A.4 DATA DAN PERHITUNGAN YIELD BIOASPAL Berikut ini adalah data bioaspal yang diperoleh dari hasil evaporasi :

Tabel A.4 Data Bioaspal Suhu

Massa Reaktan

Massa Bioaspal

Yield

( oC )

(gr)

(gr)

(%)

400

100

5.16

5.16

450

100

6

6

500

100

6.3

6.3

550

100

5.78

5.78

Perhitungan yield bioaspal pada hasil evaporasi bio-oil suhu 400oC : Yield (%) = =

+, +-

!( ##

x 100 %

x 100%

= 5,16 % Perhitungan dilakukan hingga evaporasi bio-oil pada suhu 550oC dengan cara yang sama seperti diatas.



52

LAMPIRAN B

Tabel B.1 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Aliphatic Jenuh (Coates, 2000) Frekuensi Grup (cm-1)

Grup Fungsional Metil (–CH3)

2970 – 2950 / 2880 – 2860

Metil C–H asim./regangan sim.

1470 – 1430 / 1380 – 1370

Metil C–H asim./lekukan sim.

1385 – 1380 / 1370 – 1365

Gem-dimetil atau “iso”- (doublet)

1395 – 1385 / 1365

Trimetil atau “tert-butil” (multiplet) Metena (>CH2)

2935 – 2915 / 2865 – 2845 1485 – 1445 750 – 720

Metilena C–H asim./regangan sim. Metilena C–H lekukan Metilena –(CH2)n– Metena (>CH–)

2900 – 2880

Metena regangan C–H

1350 – 1330

Metena lekukan C–H

1300 – 700

Vibrasi skeletal C–C Frekuensi metal special (–CH3)

2850 – 2815

Metoksi, metal ester O–CH3, regangan C–H

2820 – 2780

Metilamino, N–CH3, regangan C–H



53

Tabel B.2 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Olefinic (Coates, 2000) Origin

Frekuensi Grup (cm-1) 1680 – 1620

C=C

C–H

C–H

Grup Fungsional Alkenil regangan C=C

1625

Aril-substitut

1600

C=C terkonjugasi

3095 – 3075 + 3040 – 3010 Terminal (vinil) regangan C–H 3095 – 3075

Regangan C–H (vinylidene)

3040 – 3010

Regangan C–H cis atau trans

1420 – 1410

Vinil C–H pada lekukan bidang

1310 – 1290

plane Vinylidene C–H pada lekukan bidang plane

995 – 985 + 915 – 890 C–H

Lekukan vinil C–H diluar bidang plane

895 – 885

Lekukan vinylidene C–H diluar bidang plane

`970 – 960 C–H

Lekukan C–H trans di luar bidang plang

700 (lebar)

Lekukan C–H cis di luar bidang plang



54

Tabel B.3 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Cincin Aromatik (Coates, 2000) Origin

Frekuensi Grup (cm-1)

C=C–C

1615 – 1580

Regangan cincin Aromatis

C=C–C

1510 – 1450

Regangan cincin Aromatik

C–H

3130 – 3070

Regangan C–H aromatik

C–H

1225 – 950 900 – 670

Grup Fungsional

Lekukan C–H aromatik plane Lekukan C–H aromatik di luar bidang plane

C–H

“Combi”

770 – 730 + 710 – 690

Monosubstitusi (fenil)

770 – 735

1,2-disubstitusi (ortho)

810 – 750 + 900 – 860

1,3-disubstitusi (meta)

860 – 800

1,4-disubstitusi (para)

2000 – 1660

Kombinasi bands aromatik

Tabel B.4 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Acetylenic (Coates, 2000) Origin


C≡C

2140 – 2100

C ≡C

2260 – 2190

Alkuna medial (disubstitusi)

C–H

3320 – 3310

Alkuna regangan C–H

C–H

680 – 610

Alkuna lekukan C–H

C–H

630 (tipikal)

Grup Fungsional Alkuna terminal (monosubstitusi)

Alkuna lekukan C–H



55

Tabel B.5 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Alkohol dan Hidroksi (Coates, 2000) Origin

O–H


Grup Fungsional

3570 – 3200

Grup Hidroksi, ikatan O–H

3400 – 3200

Regangan O–H polimerik

3550 – 3450

Regangan O–H dimetrik

3570 – 3540

Regangan ikatan O–H internal

O–H

3645 – 3600 (sempit)

Grup Hidroksi

3645 – 3630

Alkohol primer

3635 – 3620

Alkohol sekuder

3620 – 3540

Alkohol tersier

3640 – 3530

Fenol

1350 – 1260

Lekukan OH primer atau sekunder di plane

O–H

1410 – 1310 720 – 590

Fenol atau lekukan OH tersier Lekukan OH di luar plane

C–O

~1050

Alkohol Primer

~1100

Alkohol Sekunder

~1150

Alkohol Tersier

~1200

Fenol



56

Tabel B.6 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Eter dan Oxy (Coates, 2000) Origin


C–H

2820 – 2810

C–O–C

1150 – 1050

C–O–C

1140 – 1070

θ–O–H

1270 – 1230

C–O–

~1250 + 890 – 800

C–O–O–C

890 – 820

Grup Fungsional Metoksi, regangan C–H (CH3–O–) Alkil-substitusi eter, regangan C–O Eter siklik, cincin besar, regangan C–O Eter Aromatik, regangan aril–O Epoksi dan cincin oxirane Peroksida, regangan C–O–O–

Tabel B.7 Frekuensi untuk Kelompok Senyawa Karbonil (Coates ,2000) Frekuensi Grup (cm-1) 1610 – 1550 / 1420 – 1300 1680 - 1630 1690 – 1675 / (1650 – 1600) 1725 – 1700 1740 – 1725 / (2800 – 2700) 1750 – 1725 1735

Grup Fungsional Karboksilat Amdia Kuinon atau keton terkonjugasi Asam Karboksilat Aldehida Ester Cincin laktona dengan 6 anggota

1760 – 1740

Alkil Karbonat

1815 – 1770

Asam Halida

1820 – 1775

Aril Karbonat

1850 – 1800 / 1790 – 1740

Acid anhydride rantai terbuka

1870 – 1820 / 1800 – 1775

Cincin anhydride dengan 5 anggota

2100 - 1800

Transisi karbonil metal



UNIVERSITAS INDONESIA SINTESIS BIOASPAL DARI SERBUK GERGAJI KAYU ALBASIA DENGAN METODE PIROLISIS SKRIPSI DIAN NINDITA FAKULTAS TEKNIK

Recommend Documents