teknologi pengolahan bahan bakar nabati …database.forda-mof.org/uploads/bio_oil_2014.pdf · pada...

TEKNOLOGI PENGOLAHAN BAHAN BAKAR

NABATI BERBASIS SELULOSA DAN

HEMISELULOSA (BIO-OIL)

1. Santiyo Wibowo, S.TP., M.Si 2. Djeni Hendra, M.SI 3. Rossi Margareth Tampubolon, S.si

PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KETEKNIKAN KEHUTANAN DAN PENGOLAHAN HASIL HUTAN

BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KEHUTANAN KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN

BOGOR, DESEMBER 2014

ii

TEKNOLOGI PENGOLAHAN BAHAN BAKAR NABATI BERBASIS SELULOSA DAN

HEMISELULOSA (BIO-OIL)

Bogor, Desember 2014

Mengetahui Ketua Kelti,

Djeni Hendra, M.Si.

NIP 19550108 198503 1 001

Ketua Tim Pelaksana

Santiyo Wibowo, STP, M.Si NIP 19730824 199903 1 003

Menyetujui

Koordinator,

Ir. Totok K. Waluyo, M.Si. NIP 19600506 198703 1 004

Mengesahkan Kepala Pusat,

Dr. Ir. Rufi’ie, MSc. NIP 19601207 198703 1 005

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ iv

iii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... v

Abstrak ............................................................................................................... 1

BAB I. PENDAHULUAN ..................................................................................... 2

A. Latar Belakang ................................................................................... 2

B Tujuan dan Sasaran ........................................................................... 3

C. Luaran ................................................................................................. 3

D. Hasil yang Telah Dicapai .................................................................... 3

E. Rumusan Masalah ............................................................................... 4

F. Ruang Lingkup ................................................................................... 5

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 6

A. Bio-oil ................................................................................................. 6

B. Teknologi Pengolahan Bio-oil ............................................................. 7

C. Rumput Gelagah ................................................................................ 8

BAB III. METODE PENELITIAN .......................................................................... 9

A. Lokasi Penelitian ................................................................................. 9

B. Bahan dan Peralatan .......................................................................... 9

C. Prosedur Kerja ................................................................................... 9

D. Analisis Data ...................................................................................... 15

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................................... 16

A. Analisa Proksimat Rumput Gelagah .................................................. 16

B. Penelitian Utama ............................................................................... 17

V. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................ 29

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 30

LAMPIRAN ........................................................................................................ 33

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Sifat fisiko kimia rumput gelagah .......................................................... 16

Tabel 2. Rendemen produk free fall pirolisis rumput gelagah ........................... 20

Tabel 3. Karakteristik bio-oil rumput gelagah .................................................... 22

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Batang, daun dan bunga rumput gelagah ...................................... 17

Gambar 2. Rendemen liquid pirolisis rumput gelagah suhu 550-600oC dengan ukuran 20, 40 dan 60 mesh ...................................................... 20

Gambar 3. Kadar fenol bio-oil rumput gelagah suhu 550-600oC dengan ukuran 20, 40 dan 60 mesh ........................................................................ 21

v

Gambar 4. pH bio-oil rumput gelagah suhu 550 – 600oC dengan ukuran 20, 40 dan 60 mesh ........................................................................ 23 Gambar 5. Bobot jenis bio-oil gelagah suhu 550 – 600oC dengan ukuran

20, 40 dan 60 mesh ........................................................................ 24

Gambar 6. Uji daya nyala bio-oil ....................................................................... 25

Gambar 7. Rumput gelagah .............................................................................. 48

Gambar 8. Pengambilan rumput gelagah ....................................................... 48

Gambar 9. Proses pencacahan rumput gelagah ............................................... 49

Gambar 10. Proses penjemuran rumput gelagah l .............................................. 49

Gambar 11. Proses pengecilan ukuran rumput gelagah ..................................... 50

Gambar 12. Proses pengayakan serbuk rumput gelagah ................................ 50

Gambar 13. Proses pencacahan rumput gelagah ............................................... 51

Gambar 14. Crude bio-oil/pyrolysis oil ............................................................. 51

Gambar 15. Sampel Crude bio-oil untuk analisa ................................................ 52

Gambar 16. Sampel Crude bio-oil untuk analisa nilai kalor ................................. 52

TEKNOLOGI PENGOLAHAN BAHAN BAKAR NABATI BERBASIS SELULOSA DAN HEMISELULOSA (BIO-OIL)

Oleh

Santiyo Wibowo, Djeni Hendra dan Rossi Margaretha Tampubolon

Abstrak

Dengan semakin menurun potensi minyak bumi sedang konsumsinya terus menerus meningkat, banyak negara di dunia mulai mengembangkan berbagai alternatif bahan bakar nabati (BBN) seperti bioetanol, biodiesel dan bio-oil. Bio-oil adalah sejenis minyak bakar yang memiliki berat jenis tinggi namun minyak ini dibuat dari bahan nabati khususnya dari bahan berligno-selulosa seperti limbah kehutanan dan industri hasil hutan. Penggunaan bio-oil umumnya di dalam industri khususnya sebagai bahan bakar untuk boiler atau bahan bakar langsung untuk tujuan pengeringan seperti halnya minyak residu. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan informasi teknik pembuatan bio-oil dengan bahan baku rumput gelagah (Saccharum spontaneum). Dari proses tersebut akan keluar 3 produk yaitu bio-oil, arang dan gas. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah suhu pirolisis dan ukuran bahan. Sasaran dari kegiatan penelitian ini adalah tersedianya informasi pembuatan bio-oil dari rumput gelagah dan sifat fisiko kimianya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen liquid tertinggi diperoleh dari rumput gelagah pada ukuran 40 mesh dengan suhu 550 oC yang menghasilkan liquid lebih tinggi dibandingkan dengan perlakuan lainnya, dengan karakteristik sebagai berikut; rendemen liquid 30,88%, kadar fenol 7,58%, pH 2,62, bobot jenis 1,1108 g/cm3, nilai kalor 25,29 MJ/kg dan daya nyala lambat. Bio-oil yang dihasilkan didominasi oleh asam asetat, fenol dan 1-hydroxy 2-propanone.

Kata kunci : Bio-oil, lignoselulosa, rumput gelagah, free fall pyrolysis, BBN.

2

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kebutuhan bahan bakar minyak Indonesia dari tahun ke tahun terus

naik, pada tahun 1995 : 15,84 juta kilo liter (ton), tahun 2000 : 21,39 juta kilo

litter, tahun 2005 : 27,05 juta kilo liter dan pada tahun 2011 sebesar 39,23 juta

kiloliter (BPPT, 2011). Pada tahun 2001, impor solar 34% dari kebutuhan

nasional dan pada tahun 2020 mendatang, diperkirakan Indonesia akan

menjadi negara importir bahan bakar minyak (BBM) secara besar-besaran,

(Reksowardoyo, 2005). Dari kilang minyak lama, Indonesia pada waktu ini

masih mampu memproduksi BBM sebesar 8,7 triliun kubik per hari dan akan

terus menurun produksinya. Pada tahun 2000, produksi BBM khususnya solar

adalah 15,99 juta kilo liter dan kebutuhan domestik adalah 21,455 juta kilo liter,

sehingga terdapat kekurangan suplai solar sebesar 6,25 juta kilo liter yang

pengadaannya diperoleh dari impor. Kebijakan pengadaan solar dalam negeri

dengan mengandalkan impor adalah keliru karena akan mengurangi devisa

negara, terlebih lagi penjualan solar kepada masyarakat ataupun industri masih

ditunjang oleh subsidi (Samiarso, 2001). Permasalahan lainnya adalah

kenaikan harga minya bumi, harga minyak mentah yang pada tahun 2009

adalah US$ 90, akan naik secara linear menjadi US$ 200 pada tahun 2030

(BPPT, 2011). Hal ini akan semakin memberatkan APBN apabila tidak segera

diatasi.

Sampai saat ini energy mix nasional masih didominasi minyak bumi.

Pada tahun 2009, pasokan energi terbesar didominasi oleh minyak bumi

sebesar 39,8%, kemudian diproyeksikan menurun menjadi 34,1% tahun 2014

dan 27,6% pada tahun 2030. Sementara itu porsi biofuel pada 2030 mencapai

5,9% (BPPT, 2011).

Permasalahan pemakaian BBM minyak bumi adalah karena sifatnya

yang tidak dapat dipulihkan (non renewable), oleh karena itu perlu disubstitusi

oleh bahan bakar yang dapat dipulihkan antara lain yang berasal dari tanaman

pertanian atau kehutanan. Program nasional diversifikasi energi adalah

3

pengkayaan produksi jenis-jenis bahan energi baru yang dapat dipulihkan, di

antaranya bahan bakar pengganti solar dari minyak nabati (Krause, 2001). Bio-

oil atau dikenal juga sebagai pyrolysis oil adalah BBM sejenis solar yang

memiliki berat jenis tinggi sebagai penggunaannya disesuaikan yaitu sebagai

bahan bakar boiler atau dibakar langsung untuk keperluan pengeringan.

B. Tujuan dan Sasaran

1. Tujuan

Tujuan penelitian adalah mendapatkan teknik pengolahan bio-oil dengan

bahan baku rumput gelagah.

. 2. Sasaran

Sasaran dari penelitian ini adalah tersedianya informasi teknik

pengolahan bio-oil rumput gelagah dan informasi sifat fisiko kimianya.

C. Luaran 1. LHP yang berisi informasi teknologi pengolahan bio-oil dengan proses

pirolisis sistem free fall reactor serta sifat fisiko kimia bio-oil.

2. Draf karya tulis ilmiah.

D. Hasil yang Telah Dicapai

Pembuatan bio-oil dari serbuk kayu jati dan acacia sudah dilaksanakan

tahun 2011 menggunakan alat hydrotermal liquifaction di Laboratorium Tekmira

(Teknologi Minyak dan Batubara) Bandung. Rendemen minyak bio-oil yang

diperoleh berkisar antara 67,26 – 71,60%, dan rendemen fraksi destilat berkisar

antara 54,06 – 60,32%.

Pembuatan bio-oil dari serbuk kayu sengon sudah dilaksanakan tahun

2012 menggunakan proses pyrolisis lambat (slow pyrolysis) di Laboratorium

Kimia Pustekolah (Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan

dan Pengolahan Hasil Hutan) Bogor, dengan suhu 350 – 500 oC, waktu 30 dan

4

60 menit, diperoleh rendemen bio-oil yang masih rendah berkisar antara 5,29 –

7,99%, kadar fenol 3,71 – 3,82%, pH 2,83 – 3,11, berat jenis 1,16 – 1,17 g/cm3,

nilai kalor 19,51 – 22,42 MJ/kg, dan daya nyala termasuk dalam katagori lambat

– sedang. Bio-oil yang dihasilkan didominasi oleh asam asetat, fenol, dan

furfural serta terdapat beberapa komponen yang mudah terbakar yaitu 2-

propanon (CAS) aseton, benzene, 1,2,4 trimethylbenzene, dan 2-

Furanmethanol (furfuril alkohol). Perlakuan yang menghasilkan bio-oil yang

optimum adalah suhu 500 oC selama 30 menit, yang mempunyai karakteristik;

rendemen liquid 43,75%, rendemen bio-oil sebesar 7,95%, kadar fenol 3,80%,

pH 2,84, bobot jenis 1,116 g/cm3, nilai kalor 22,42 MJ/kg dan daya nyala

sedang.

Pembuatan bio-oil tahun 2013 menggunakan limbah industri kehutanan

dengan alat reaktor pirolisis cepat (free fall reactor). Hasil penelitian

menunjukkan bahwa rendemen liquid tertinggi diperoleh dari serbuk kayu

mahoni pada suhu 550 oC yang menghasilkan liquid lebih tinggi dibandingkan

dengan kulit kayu mahoni dan sludge kertas, dengan karakteristik; rendemen

liquid 25% dengan rendemen bio-oil sebesar 5%, kadar fenol 3,66, pH 2,98,

bobot jenis 1,092 g/cm3, nilai kalor 9,28 MJ/kg dan daya nyala lambat. Bio-oil

yang dihasilkan didominasi oleh asam asetat dan fenol. Hasil tersebut,

rendemen dan mutu biooil yang dihasilkan, masih rendah. Sehingga

disarankan perlu dilakukan perbaikan dan modifikasi alat free fall reactor dan

selanjutnya diujicoba pada bahan baku limbah biomassa.

E. Rumusan Masalah

Usaha mengatasi krisis energi adalah dengan mencari energi alternatif

pengganti bahan bakar minyak yang diantaranya adalah biofuel. Saat ini sudah

dikembangkan biodiesel dan bioetanol berbahan dasar pangan atau dikenal

dengan istilah biofuel generasi I. Untuk itu perlu terus dilakukan penelitian dan

pengembangan biofuel generasi II yang berbahan dasar non pangan seperti

non-edible seeds atau lignocelulosa dari limbah baik pertanian maupun

kehutanan. Biofuel generasi II menghasilkan biodiesel, bioetanol dan bio-oil.

Limbah kehutanan banyak mengandung selulosa dan hemiselulosa sangat

5

potensial untuk diolah menjadi biooil. Limbah tersebut adalah serbuk gergajian

kayu berasal dari industri perkayuan yang jumlahnya cukup besar mencapai 1,4

juta m3 pertahun. Selain limbah industi kehutanan terdapat bahan baku lain

yang berpotensi sebagai bahan pembuatan bio-oil yaitu rumput gelagah.

Rumput gelagah (Saccharum spontaneum) merupakan tumbuhan yang

termasuk dalam golongan rerumputan yang tumbuh di kawasan hutan.

Pemanfaatan rumput gelagah masih terbatas sebagai tanaman pencegah erosi

dan bunganya sebagai bahan pembuatan sapu, padahal potensinya sebagai

sumber energi berbasis biomasa cukup besar. Penelitian mengenai

pembuatan bio-oil berbahan baku rumput swichtgrass (Panicum virgantum)

telah dilakukan oleh Imam dan Capareda (2012), selain itu limbah daun

teh(Camelia sinensis) juga sudah dilaksanakan oleh Uzun et al. (2010). Hal ini

menunjukkan bahwa bio-oil dapat dibuat dari berbagai jenis biomasa meskipun

karakteristik yang diperoleh akan berbeda. Rumput gelagah sebagai salah

satu sumber biomasa perlu diteliti potensi dan karakteristiknya sebagai bahan

baku bio-oil.

Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan pembuatan bio-oil

menggunakan teknik pyrolisis cepat, namum belum memberikan hasil yang

optimal. Untuk itu perlu dilakukan beberapa penyempurnaan alat free fall

reactor.

F. Ruang Lingkup

Penelitian tahun 2014 berfokus pada kegiatan pembuatan bio-oil dari

rumput gelagah serta pengujian sifat fisiko-kimia bio-oil yaitu : rendemen,

berat jenis, kadar fenol, pH, nilai kalor, daya nyala dan sifat kimia (GCMS)

dengan teknik pirolisis cepat dengan sistem free fall design. Selain itu

dilakukan juga analisa kadar air, ekstraktif, holoselulosa, selulosa dan lignin

rumput gelagah.

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Bio-oil

Bio-oil merupakan bahan bakar cair berwarna kehitaman yang berasal

dari biomassa seperti kayu, kulit kayu dan biomassa lainnya melalui teknologi

pirolisis cepat (fast pyrolysis) yaitu teknologi degradasi termal pembuatan arang

(karbonisasi), tanpa kehadiran udara (oksigen) dalam proses pembuatannya,

berlangsung pada suhu 400- 600oC dengan waktu yang relatif singkat dan

proses pemadaman dilakukan secara cepat agar diperoleh produk dengan

berat molekul tinggi. Selain bio-oil, dihasilkan juga arang dan gas. Dalam

produksi bio-oil tidak dihasilkan limbah (zero waste). Seratus persen bahan

baku dikonversi menjadi bio-oil dan arang, sementara gas yang tidak dapat

dikondensasai dikembalikan ke dalam proses sebagai sumber energi (Hambali

et al. 2007).

Komponen organik terbesar dalam bio-oil adalah lignin, alkohol, asam

organik dan kerbonil. Karakteristik tersebut menjadikan bio-oil sebagai bahan

bakar yang ramah lingkungan. Bio-oil dapat menjadi alternatif pengganti bahan

bakar hidrokarbon untuk industri seperti untuk mesin pembakaran, boiler, mesin

diesel statis dan gas turbin dan efektif digunakan sebagai pensubstitusi diesel,

heavy fuel oil. ligth fuel oil dan natural gas untuk berbagai macam boiler

(Hambali, et al., 2007).

Bio-oil terbuat dari berbagai senyawa oksigenat organik yang berbeda-

beda dan tidak bercampur dengan bahan bakar minyak. Hal ini karena

tingginya kadar air sekitar 15 - 20% yang berfungsi juga sebagai pengikat

ratusan molekul yang berbeda yang disebut sebagai emulsi mikro. Crude bio-oil

dapat digunakan pemanas rumah tangga dan bila dimurnikan akan menjadi

bahan bakar yang lebih murni dan tinggi kalorinya yang bisa digunakan untuk

berbagai kebutuhan dalam industri kimia, seperti halnya petroleum fuel. Bio-oil

dapat dimurnikan (refined oil) untuk bahan bakar dan bila diolah lanjut dapat

digunakan sebagai bahan kimia (oleo-kimia). Bio-oil merupakan sumber

energi alternatif yang menarik untuk sejumlah alasan tertentu. Khususnya

bahan bakar ini merupakan energi terbarukan dan diproduksi dari bahan baku

7

yang dikategorikan sebagai limbah. Penggunaan sederhana crude bio-oil

adalah untuk bahan bakar di rumah tangga (pawon) atau untuk industri kecil

yaitu boiler dengan sedikit modifikasi. Penggunaan lebih lanjut dari bio-oil untuk

berbagai aplikasi terbuka lebar. Sebagai contoh, bio-oil dapat diolah lanjut

melalui proses hidrogenasi yaitu untuk memecah ikatan senyawa karbon

menjadi bahan bakar yang lebih berkualitas (Sudradjat dan Hendra, 2011).

B. Teknologi Pengolahan Bio-oil

Bio-oil atau dikenal dengan pyrolysis oil dapat dihasilkan melalui proses

pirolisis. Pirolisis lambat dengan suhu rendah telah dilakukan selama berabad-

abad dan dikenal pada proses pembuatan arang. Pada pirolisis lambat produk

utama yang dihasilkan adalah arang, selain itu dihasilkan destilat yang

mengandung bio-oil. Perkembangan selanjutnya adalah pirolisis cepat (fast

pyrolysis), yaitu suatu proses dimana bahan organik atau biomasa dipanaskan

secara cepat (waktu tinggal biomasa di dalam reaktor harus secepat mungkin

sekitar 1-2 detik) pada suhu 850-1000oF atau sekitar 450 – 600oC tanpa

keberadaan oksigen. Produk utama pirolisis cepat adalah bio-oil sekitar 60-

70%, arang 12-15% dan gas 13-25%. Kelebihan fast pyrolysis adalah dapat

dioprasikan pada suhu moderat yaitu 450oC dengan tekanan atmospir,

sedangakan kekurangannya adalah kandungan oksigen dan airnya cukup tinggi

dan tempat penyimpanannya harus dari bahan tahan karat. Beberapa jenis

teknologi fast pyrolysis antara lain bubling fluidized bed, circulating fluidized

beds/trasport reactor, rotating cone pyroyzer, ablative pyrolysis, vacum

pyrolysis, auger reactor (Brown dan Holmgren, 2012). Selain itu mulai

dikembangkan juga free fall reactor dimana bahan baku dimasukkan dari

bagian atas menuju reaktor yang sudah dipanaskan, selain diperoleh bio-oil

akan dihasilkan juga arang dan gas (Onay dan Kockar, 2006).

8

C. Rumput Gelagah

Rumput Gelagah (Saccharum spontaneum) adalah jenis tanaman yang

tumbuh secara liar di hutan. Tumbuhan yang hidup tumbuh bergerombol/koloni

ini memiliki akar yang sangat kuat sehingga bisa di manfaatkan untuk

mencegah terjadinya erosi. Rumput gelegah tumbuh di dataran tinggi dan tinggi

batang mencapai 2-3 m. Tanaman ini tumbuh sepanjang tahun, dan biasanya

musim bunga rumput gelagah antara bulan Juli-Agustus. Meskipun selain bulan

tersebut dapat juga ditemukan namun tidak sebanyak pada saat musim bunga.

Sekilas nampak rumput ini tidak bermanfaat karena hanya mengganggu

tanaman masyarakat, sehingga petani selalu membabatnya ketika melakukan

pembersihan lahan agar tidak mengganggu tanaman yang ada. Saat ini

pemanfaatan rumput gelagah adalah sebagai pakan ternak dan bahan baku

sapu (Melung, 2013).

http://melung.or.id/2012/10/07/sayuran-organik-unggulan-desa-melung/

9

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN A. Lokasi Penelitan

Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Pengolahan Kimia dan Energi

Hasil Hutan, P3KKPHH Bogor, analisa sifat fisiko-kimia yang tidak dimiliki

P3KKPHH dilakukan di UPI Bandung. Pengambilan bahan baku akan dilakukan

di daerah Jawa Barat (Sukabumi dan Bandung).

B. Bahan dan Peralatan

Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah rumput gelagah.

Bahan kimia yang digunakan antara lain metanol, etanol, asam klorida, air

suling, asam asetat, natrium tio sulfat, kalium yodida, natrium hidroksida, kalium

hidroksida, penolphtallin (PP) dan lain-lain.

Peralatan yang digunakan antara lain mesin pembuat serbuk kayu,

saringan, reaktor pirolisis bio-oil free fall reactor, penampung larutan bio-oil,

penampung partikulat, alat distilasi, pengaduk (stirer), desikator, pH meter,

piknometer, erlenmeyer asah, neraca, oven dan lain-lain.

C. Prosedur Penelitian

1. Persiapan bahan

a. Rumput gelagah diambil dari lapangan, selanjutnya dikeringkan

menggunakan oven pada suhu 80oC sampai kering, lalu dihaluskan.

b. Serbuk rumput gelagah diseragamkan ukurannya yaitu 20, 40 dan 60

mesh (lolos ayakan 20 tertampung di 40, lolos ayakan 40 tertampung di

60 dan lolos ayakan 60 tertampung di 80)

2. Pembuatan bio-oil

a. Penelitian pembuatan bio-oil menggunakan alat free fall reactor pada

suhu reaksi 550 dan 600oC dengan ukuran serbuk 20, 40 dan 60 mesh.

10

b. Pemurnian bio-oil.

Bio-oil yang ada dalam penampungan masih kotor, oleh karena itu masih

harus dimurnikan dengan menggunakan kertas saring.

3. Pengujian Kualitas

Pengujian dilakukan terhadap sifat fisiko-kimia yaitu : rendemen (arang,

cairan/liquid, bio-oil, dan gas), berat jenis, pH, kadar fenol, nilai kalor, daya

nyala dan sifat kimia menggunakan GCMS.

a. Rendemen

1. Rendemen arang

Rendemen arang ditetapkan dengan menghitung perbandingan berat arang

terhadap berat bahan baku awal.

Rendemen (%) = Berat arang x 100 Berat bahan baku 2. Rendemen cairan/liquid

Botol berwarna gelap yang bersih ditimbang dengan teliti, lalu diisi dengan

cairan/liquid. Lalu botol ditimbang lagi. Selanjutnya ditentukan

rendemennya dengan formula berikut:

Rendemen (% b/b) = bobot cairan (botol isi–botol kosong) x 100

bobot bahan baku

3. Rendemen bio-oil

Botol berwarna gelap yang bersih ditimbang dengan teliti, lalu diisi dengan

bio oil. Lalu botol ditimbang lagi. Selanjutnya ditentukan rendemennya

dengan formula berikut:

Rendemen (% b/b) = bobot bio-oil (botol isi–botol kosong) x 100

bobot bahan baku

4. Rendemen gas

Gas dihitung dengan rumus : Gas = 100% - (Rendemen arang + cairan)

11

b. Bobot jenis

Bj = Bc – Bp

Ba – Bp

Bc = Berat piknometer + contoh (gram)

Bp = Berat piknometer kosong (gram)

Ba = Berat piknometer + aquades (gram)

c. pH

Pengujian pH bio-oil dilakukan menggunakan pH meter. Prinsip cara uji

derajat keasaman (pH) dengan menggunakan alat pH meter adalah sebuah

metode pengukuran pH berdasarkan pengukuran aktifitas ion hidrogen

secara potensiometri/elektrometri dengan menggunakan pH meter.

Sebelum digunakan dilakukan kalibrasi alat pH-meter dengan larutan

penyangga sesuai instruksi kerja alat setiap kali akan melakukan

pengukuran. Prosedurnya adalah sebagai berikut:

1. Keringkan dengan kertas tisu selanjutnya bilas elektroda dengan air

suling.

2. Bilas elektroda dengan contoh uji.

3. Celupkan elektroda ke dalam contoh uji sampai pH meter

menunjukkan pembacaan yang tetap.

4. Catat hasil pembacaan skala atau angka pada tampilan dari pH meter.

d. Kadar fenol

Sebanyak 0,5 g bio-oil ditambah 5 ml NaOH 2 N, kemudian diencerkan

sampai 250 ml. Sebanyak 25 ml larutan tersebut ditambah 10 ml larutan

bromida kromat, 5 ml HCl pekat dan 50 ml aquades, kemudian dikocok

selama 1 menit dan didiamkan selama 5-30 menit. Sebanyak 5 ml larutan

KI 15% ditambahkan ke dalam larutan, lalu dikocok 1 menit, kemudian

dititrasi dengan Na2S2O3 0,1 N. Perlakuan yang sama dilakukan terhadap

blanko.

12

Kadar fenol total = (b-a) x N x BM x fp x 100%

1000 x S

b = ml Na2S2O3 untuk blangko

a = ml Na2S2O3 untuk contoh

BM = bobt molekul fenol

N = Normalisasi Na2S2O3

S = bobot sampel

fp = faktor pengenceran

e. Nilai Kalor Pembakaran

Nilai kalor pembakaran menunjukkan energi kalor yang dikandung dalam

tiap satuan massa bahan bakar. Nilai kalor dapat diukur dengan bomb

calorimeter Parr 6200 calorimeter bomb. Sejumlah 1 – 2 ml sampel

ditimbang dan dimasukkan ke dalam wadah pembakar, lalu dimasukkan ke

dalam tabung 1108 oxigen bomb, dipasangkan sumbu pembakar dan

tabung ditutup. Selanjutnya tabung divakum dan dimasukkan ke dalam

kalorimeter dan alat dihidupkan. Hasil analisis akan keluar secara otomatis

pada layar monitor yang terdapat di bagian atas alat calorimeter bomb.

f. Daya nyala

Daya nyala adalah kemampuan bahan bakar cair untuk menyala ketika

diberi sumber api. Pengukuran daya dilakukan dengan cara; disiapkan

sejumlah kawat dengan panjang ±10 cm, pada bagian ujung kawat dililitkan

kapas secukupnya dan dicelupkan ke dalam bio-oil sampai ± ¾ bagian

kapas. Selanjutnya ujung kapas dinyalakan dengan cara mendekatkan

ujung kapas tersebut pada nyala dari sebuah lilin sambil dihitung pada detik

keberapakah kapas tersebut terbakar dan dicatat juga karakteristik nyala

yang timbul. Untuk mengetahui daya nyala bio-oil dibuat skoring sebagai

berikut: cepat : 0 – 2 detik, sedang : 3 – 5 detik, lambat > 6 - 10 detik, bila

di atas 11 detikndikatagorikan tidak menyala.

13

g. Analisa GCMS

Bio-oil dianalisis kandungan senyawa kimianya menggunakan GCMS

Shimadzu QP 5050 A. Kondisi alat memakai suhu kolom 60oC, suhu

detector 300oC, suhu injector 280oC dan waktu analisa 35 menit. Bio-oil

disaring dengan kertas saring, kemudian diinjeksikan ke dalam GC

sejumlah 0,2 μL sehingga terkromatografi dengan komponen yang

terpisah. Selanjutnya spektrum puncak kromatogram dari sampel akan

dicocokkan oleh spektrum yang ada dalam Library GCMS yang menyimpan

berbagai jenis senyawa.

4. Analisa proksimat bahan baku

a. Kadar ekstraktif

Sebanyak 2 g sampel serbuk rumput gelagah dimasukkan ke dalam

cawan saring. Selanjutnya cawan saring dimasukkan ke dalam Soxhlet

sedemikian sehingga ujung cawan saring lebih tinggi dari ujung sifon dan

sampel didalamnya lebih rendah. Ekstraksi dilakukan dengan 200 ml

alkohol - benzena (1 : 2) selama 4-6 jam. Setelah selesai, cawan

dikeluarkan dan dihisap dengan pompa vakum, lalu dicuci dengan alkohol

untuk menghilangkan benzena dan dihisap lagi dengan pompa vakum.

Selanjutnya cawan saring dan isinya dikeringkan dalam tanur pada suhu

100-105 oC dan ditimbang sampai beratnya konstan.

% kadar ekstraktif = berat awal-berat kering tanur x 100% berat kering tanur

b. Penentuan holoselulosa

Sampel bebas ekstraktif ekuivalen 2 g berat kering ditempatkan dalam

erlenmeyer 250 ml. Tambahkan 100 ml air destilat, 1g sodium klorit dan 1

ml asam asetat glasial. Panaskan dengan water bath pada suhu 80oC.

Jaga agar permukaan air dalam water bath lebih tinggi dari permukaan

larutan dalam erlenmeyer. Tambahkan 1 g sodium klorit dan 0,2 ml asam

asetat setiap interval pemanasan selama 1 jam, dan penambahan

dilakukan sebanyak 4 kali. Saring sampel dengan menggunakan glass

14

filter, cuci dengan menggunakan air panas. Tambahkan 25 ml asetat 10 %,

lalu dicuci dengan air panas hingga bebas asam. Sampel dioven pada

suhu 105 ± 3oC hingga beratnya konstan, dinginkan dan timbang.

Holoselulosa, % = berat holoselulosa x 100% berat serbuk bebas ekstraktif

c. Lignin Sebanyak 1,0 ± 0,1 g serbuk bebas ekstraktif dimasukkan ke dalam

gelas piala. Tambahkan larutan asam sulfat 72 % sebanyak 15 ml.

Penambahan asam dilakukan secara perlahan dan bertahap sambil diaduk

dengan suhu dijaga pada ± 1oC. Setelah tercampur sempurna, simpan

gelas piala pada suhu 20 ± 1oC selama 2 jam sambil diaduk sesekali.

Tambahkan sekitar 300 – 400 ml air ke dalam erlenmeyer 1000 ml dan

pindahkan sampel dari gelas piala ke dalam erlenmeyer. Bilas dan

encerkan larutan dengan air hingga dicapai konsentrasi asam sulfat 3%,

yaitu hingga total volume 575 ml. Didihkan larutan selama 4 jam dan jaga

agar volume larutan konstan dengan menambahkan air panas. Saring

lignin dengan gelas filter dan cuci dengan air panas hingga bebas asam.

Keringkan sampel lignin dalam oven pada suhu 105 ± 3oC hingga beratnya

konstan, dinginkan dan timbang.

Lignin, % = berat lignin x 100%

berat serbuk bebas ekstraktif

d. Selulosa

Ke dalam erlenmeyer 300 ml yang berisi g serbuk bebas ekstraktif

ditambahkan 125 ml HNO3 3,5%. Kemudian diekstrak pada waterbath

dengan suhu 80 oC selama 12 jam. Setelah itu serbuk disaring dengan

cawan saring dan dikeringudarakan. Cawan saring dimasukkan ke dalam

gelas piala 200 ml dan ditambahkan 125 ml larutan NaOH + Na2SO3 (20:20

g dalam 1 liter). Selanjutnya diekstrak pada suhu 50 oC selama 2 jam.

Setelah itu serbuk kayu dikeluarkan dari gelas piala, disaring dan

ditambahkan NaClO2 10% sampai berwarna putih. Lalu ditambahkan 100

15

ml CH3COOH 10% dan dicuci sampai bebas asam. Terakhir ditambahkan

50 ml etanol. Kemudian cawan dikeringkan pada suhu 100-105 oC dan

ditimbang sampai beratnya konstan.

% kadar selulosa = berat selulosa x 100%

berat serbuk bebas ekstraktif

5. Ujicoba upgrading bio-oil

Ujicoba upgrading bio-oil dilakukan pada perlakuan yang memberikan

hasil optimum. Proses upgrading dilakukan dengan cara cracking non

catalytic (tanpa katalis) tanpa penambahan hidrogen dan berlangsung pada

kondisi tekanan 1 atmosfir. Proses cracking adalah pemecahan senyawa

organik rantai panjang menjadi dua atau lebih senyawa organik rantai lebih

pendek. Hasil upgrading dianalisa daya nyala dan kandungan senyawa

kimia menggunakan GCMS.

C. Analisis Data

Analisis data pada penelitian pendahuluan dilakukan secara deskriptif

dan tabulasi. Perlakuan yang dilakukan dalam penelitian utama terdiri dari 2

faktor yaitu : Faktor ukuran serbuk (A) dengan 3 jenis ukuran yaitu 20 mesh

(A1), 40 mesh (A2), dan 60 mesh (A3) dan faktor suhu dengan 2 level yaitu 550

oC (A1) dan 600 oC (A2). Pengujian statistik menggunakan rancangan

percobaan acak lengkap faktorial, 3 kali ulangan. Jumlah total kombinasi

perlakuan adalah 3 x 2 x3 = 18.

16

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Analisa Proksimat Rumput Gelagah

Hasil analisis kimia rumput gelagah dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Sifat fisiko kimia rumput gelagah

Parameter

Kadar (%)

Kadar Air 8,12

Kadar ekstraktif 6,59

Kadar holoselulosa 51,32

Kadar alpha selulosa 33,22

Kadar hemiselulosa 18,10

Kadar Lignin 23,78

Hasil pengukuran menunjukkan bahwa rumput gelagah yang digunakan

dalam penelitian ini cukup kering dengan kadar air 8,12%. Kadar holoselulosa

adalah 51,32%, hasil ini lebih kecil dari polisakarida kayu pada umumnya yang

berkisar antara 65-75% dan tempurung nyamplung sebesar 87,64% (Fengel

dan Wegener 1995; Wibowo, 2009). Holoselulosa merupakan karbohidrat

dalam kayu yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan pektin. Meskipun

kadar holoselulosa lebih rendah dari bahan kayu dan tempurung, rumput

gelagah masih dapat dikonversi menjadi produk pirolisis berupa pyrolitic oil, dan

arang/arang aktif, dan sebagai sumber energi wood pellet. Menurut Asano et

al. (1999), bahan yang mengandung karbon baik organik maupun anorganik

dapat dijadikan bahan baku pembuatan arang dan turunannya.

Alpha selulosa rumput gelagah adalah sebesar 33,22% dan kadar

hemiselulosa yang ditentukan sebagai pentosan sebesar 18,10%. Selulosa α

digunakan sebagai penduga atau penentu tingkat kemurnian selulosa.

Hemiselulosa merupakan heteropolisakarida yang tersusun dari 5 jenis gula

yaitu 3 heksosa (glukosa, manosa dan galaktosa) dan 2 pentosa (xilosa dan

arabinosa) (Ahmadi 1990).

17

Kadar ekstraktif rumput gelagah yang larut dalam alkohol benzena

adalah 6,59%. Zat ekstraktif terdiri dari berbagai jenis komponen senyawa

organik seperti minyak atsiri, terpenoid, steroid, lemak, lilin, fenol (stilben,

lignan, tanin terhidrolisis, tanin kondensasi, flavonoid) (Sjostrom 1998).

Kadar lignin dalam rumput gelagah adalah 23,78 %. Kadar lignin

tersebut masuk dalam rentang kadar lignin kayu pada umumnya yang berkisar

antara 20 – 25%. Lignin merupakan zat organik polimer yang penting dan

banyak terdapat dalam tumbuhan tingkat tinggi. Terdapat dalam lamela tengah

dan dinding sel primer. Lignin dapat meningkatkan sifat kekuatan mekanik

pada tumbuhan untuk berdiri kokoh (Fengel dan Wagener 1995).

Gambar 1. Batang, daun dan bunga rumput gajah

B. Penelitian Utama

1. Rendemen

Hasil rendemen produk dari pirolisis serbuk rumput gelagah pada ukuran

20-40, 40-60 dan 60-80 mesh (selanjutnya disebut 20, 40 dan 60 mesh) dan

temperatur 550 dan 600oC menggunakan free fall pyrolisis dapat dilihat pada

Tabel 2 dan Gambar 3. Dari hasil penelitian diperoleh liquid atau cairan

18

berkisar antara 23,81-30,88% , atau dari 1 kg serbuk rumput gelagah akan

diperoleh sekitar 238,1 - 308,8 g liquid. Liquid atau cairan hasil pirolisis

merupakan gabungan antara produk cair (terdiri dari asam pyrolignic atau cuka

kayu) dan fase minyak (tar kayu atau pyrolitic oil) (Sensoz, 2003). Rendemen

terbesar diperoleh dari serbuk rumput gelagah pada perlakuan suhu 550oC

dengan ukuran 40 mesh yaitu sebesar 30,88% dan yang terkecil dihasilkan dari

sampel rumput gelagah pada ukuran 60 mesh dengan suhu 600oC. Terdapat

penurunan rendemen pada suhu di atas 550oC. Rendemen cairan rumput

gelagah pada ukuran 20 mesh lebih rendah dari 40 mesh pada suhu 550 dan

600oC. Hal ini diduga disebabkan oleh ukuran partikel yang besar yang

menyebabkan pembakaran belum sempurna, hal ini dibuktikan dengan masih

adanya serbuk gelagah yang tidak terbakar sempurna dan warna arang yang

tidak seluruhnya berwarna hitam pekat. Sementara itu pada ukuran yang lebih

halus 60 mesh rendemen pyrolytic oil lebih rendah dibandingkan ukuran 40

mesh dan 20 mesh. Hal ini disebabkan oleh menempelnya sejumlah serbuk

dengan ukuran yang lebih halus pada dinding pipa reaktor bagian atas tempat

keluarnya serbuk dari screw feeder menuju reaktor pemanas. Berbeda pada

penelitian sebelumnya (Wibowo dan Hendra, 2013) dengan menggunakan

ukuran 60 mesh, serbuk kayu mahoni tidak terjadi sumbatan atau bahan baku

yang menempel di reaktor. Hal ini diduga disebabkan perbedaan karakteristik

bahan baku. Karakteristik rumput gelagah berbeda dengan serbuk kayu pada

umumnya, dimana rumput gelagah (Saccharum spontaneum) merupakan jenis

rumputan yang umumnya memiliki berat jenis yang rendah dibandingkan kayu,

contohnya rumput switchgrass yang memiliki berat jenis antara 0,22-0,24 (Lam

et al, 2008) sedangkan kayu mahoni 0,52-0,72 (Mulyono, 2013). Berat jenis

yang ringan dan partikel serbuk yang lebih halus dapat menyebabkan serbuk

mudah menempel bahkan menggumpal pada saat memasuki pipa dengan suhu

tinggi. Hasil analisis sidik ragam menunjukkan bahwa faktor suhu dan ukuran

baku berpengaruh nyata terhadap rendemen bio-oil.

Hasil rendemen liquid bio-oil menggunakan free fall reactor bervariasi

tergantung model dan peralatan pendukung lainnya. Penelitian yang dilakukan

oleh Zanzi et al. (1996) dan Yu et al. (1997) dalam Ellens, (2009) menghasilkan

19

rendemen bio-oil maksimum 5 dan 8% menggunakan suhu 750 dan 700oC.

Tetapi terdapat juga teknik free fall reactor yang menghasilkan rendemen

mencapai 50-73% ( Xu et al, 2003; Li et al, 2004; Zhang et al, 2007), hal ini

dapat terjadi karena adanya penggunaan alat tambahan yaitu Electrostatic

Presipitor (ESP) dan cooled ice box atau dry ice cooled condenser untuk unit

kondenser pendingin. Penggunaan ESP akan meningkatkan jumlah rendemen

liquid yang dihasilkan dengan cara menangkap asap yang tidak dapat

didinginkan dalam unit kondenser. Prinsip kerja ESP yaitu dengan memberi

muatan negatif kepada asap tersebut melalui beberapa elektroda (biasa

disebut discharge electrode). Jika asap tersebut dilewatkan lebih lanjut ke

dalam sebuah kolom yang terbuat dari plat yang memiliki muatan lebih positif

(biasa disebut collecting electrode), maka secara alami asap tersebut akan

tertarik oleh plat-plat tersebut, dan keluar dari kolom dalam bentuk cairan bila

bahan utamanya asap atau berbentuk butiran abu halus bila bahan utamanya

abu. Sementara penggunaan cooled ice box atau dry ice cooled condenser

dapat mempercepat proses pendinginan uap yang mengalir dalam tabung

kondenser.

Rendemen arang berkisar antara 21,78-31,87%, dengan rendemen

terbesar berasal dari sampel 20 mesh suhu 550oC dan terkecil pada ukuran 60

mesh 600oC dan rendemen gas berkisar antara 40,98-54,4% dengan rendemen

terbesar diperoleh pada dari ukuran 60 mesh dan suhu 600oC dan terkecil

diperoleh dari sampel 20 mesh dan suhu 550oC. Sebagai hasi samping

pengolahan bio-oil, arang masih dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi

dan merupakan produk yang sudah dimanfaatkan masyarakat dan mempunyai

nilai ekonomi. Sementara itu hasil samping gas dapat dimanfaatkan sebagai

energi alternatif untuk memasak, tetapi masih memerlukan tahapan proses

penyaringan dan pemurnian gas agar dapat terbakar sempurna. Selain itu

terdapat kendala dalam penyimpanan gas, karena gas yang dihasilkan dari

proses pengolahan bio-oil bukan gas bertekanan tinggi, tetapi bertekanan

rendah yang sulit dimasukkan ke dalam tabung penyimpanan.

20

Tabel 2. Rendemen produk free fall pirolisis rumput gelagah

Produk (%) Ukuran serbuk

Temperatur (oC)

550 600

Arang 20 31,87 27,47

40 23.28 22,37

60 22,57 21,78

Liquid 20 27,15 25,47

40 30,88 26,15

60 24,63 23,81

Bio-oil 20 5,43 5,09

40 6,18 5,23

60 4,93 4,76

Gas 20 40,98 46,46

40 45,84 51,48

60 52,8 54,4

Gambar 2. Rendemen liquid produk pirolisis serbuk gelagah suhu 550 – 600oC dengan ukuran 20, 40 dan 60 mesh

0

5

10

15

20

25

30

35

550 600

Re

nd

em

en

, %

Suhu

20 mesh

40 mesh

60 mesh

21

2. Kadar fenol

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar fenol bio-oil rumput gelagah

adalah 4,96-8,11% (Tabel 3). Fenol terendah diperoleh pada sampel rumput

gelagah ukuran 20 mesh dengan suhu 550oC yaitu 4,96% dan kadar fenol

tertinggi diperoleh pada sampel serbuk kayu dengan ukuran 60 mesh suhu

600oC. Hasil sidik ragam menunjukkan bahwa suhu, ukuran bahan baku dan

interaksi keduanya berpengaruh nyata terhadap kadar fenol (Lampiran 2).

Terdapat kecenderungan bahwa semakin tinggi suhu pirolisis kadar fenol

semakin bertambah besar. Hasil ini lebih besar dari bio-oil serbuk kayu mahoni

yang berkisar antara 3,58-3,66% (Wibowo dan Hendra, 2013) pada suhu 400-

550oC. Menurut Girard (1992) kandungan fenol dalam cairan hasil pirolisis

dipengaruhi oleh kandungan lignin bahan dan suhu pirolisis. Lignin pada

dasarnya adalah suatu fenol yang sangat stabil dan sukar dipisahkan dan

mempunyai bentuk yang bermacam-macam, sehingga baru akan terurai pada

suhu tinggi seperti pada proses pirolisis suhu 300 – 500oC (Djatmiko et al.

1985; Maga, 1987; Haygreen dan Bowyer, 1996).

Gambar 3. Kadar fenol bio-oil rumput gelagah suhu 550 – 600oC dengan ukuran 20, 40 dan 60 mesh

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

550 600

Fen

ol,

%

Suhu, oC

20

40

60

22

Tabel 3. Karakteristik bio-oil rumput gelagah

Suhu (oC)

Ukuran bahan baku

Parameter

Fenol (%)

pH

Bobot jenis g/cm3

Nilai kalor MJ/kg

Daya nyala

550 20 4,96 2,69 1,0988 23,88 lambat 40 7,58 2,62 1,1108 25,29 lambat 60 7,65 2,5 1,1166 20,83 lambat

600 20 6,73 2,58 1,0989 22,24 lambat 40 7,96 2,51 1,1107 23,04 lambat 60 8,11 2,49 1,1163 20,66 lambat

3. pH bio-oil

Tabel 3 dan Gambar 6 menunjukkan bio-oil rumput gelagah mempunyai

kadar pH antara 2,49 - 2,69. pH terendah diperoleh pada suhu 600oC dengan

ukuran serbuk sebesar 60 mesh yaitu sebesar 2,49 dan pH tertinggi diperoleh

pada sampel dengan ukuran 20 pada suhu 550oC yaitu sebesar 2,69. Hasil

sidik ragam menunjukkan bahwa suhu dan ukuran bahan baku serta interaksi

keduanya berpengaruh nyata terhadap pH bio-oil (Lampiran 3).

Keasaman yang tinggi disebabkan adanya asam asetat dan asam

lainnya akibat proses pirolisis yang memecah selulosa dan lignin serta zat

ekstraktif yang bersifat asam. Hal ini sesuai pendapat Easterly (2002) bahwa

keasaman bio-oil cukup tinggi yaitu antara 2,5 sampai 3,0 sehingga

mensyaratkan penanganan penyimpanan bio-oil menggunakan bahan yang

tahan karat, seperti stainless steel, gelas kaca, plastik, dan fiberglass.

23

Gambar 4. pH bio-oil rumput gelagah suhu 550 – 600oC dengan ukuran 20, 40 dan 60 mesh

4. Bobot jenis

Hasil pengujian bobot jenis atau densitas bio-oil yang diperoleh dari

sampel serbuk rumput gelagah pada ukuran 20,40 dan 60 dan suhu 550 -

600oC berkisar antara 1,0988-1,1166 g/cm3 (Tabel 3). Berdasarkan analisis

sidik ragam menunjukkan bahwa faktor suhu, ukuran bahan baku dan interaksi

keduanya berpengaruh nyata. Hasil ini lebih rendah dari penelitian Sensoz

(2003) yang menghasilkan densitas bio-oil kulit kayu Pinus brutia Ten sebesar

1,2 g/cm3. Tingginya bobot jenis bio-oil disebabkan oleh senyawa kimia yang

terkandung di dalam bio-oil banyak yang mempunyai berat molekul yang tinggi.

Menurut Otomotif (2008), semakin banyak presentasi zat dengan berat molekul

tinggi, maka berat jenis larutan bahan bakar tersebut akan semakin tinggi.

Berbeda dengan bahan bakar minyak bumi yang mempunyai presentase zat

bermolekul berat yang rendah, sehingga densitasnya cenderung lebih ringan.

Bila bahan bakar mengandung banyak senyawa dengan berat molekul tinggi

akan menyulitkan proses penguapan dalam ruang bakar mesin, dan cenderung

menjadi jelagah yang tidak terbakar sempurna.

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

2,6

2,65

2,7

2,75

550 600

pH

Suhu

20 mesh

40 mesh

60 mesh

24

Gambar 5. Bobot jenis bio-oil rumput gelagah pada suhu 550-600oC dengan ukuran 20, 40 dan 60 mesh 5. Nilai kalor

Nilai kalor pembakaran menunjukkan energi kalor yang dikandung dalam

tiap satuan massa bahan bakar. Tabel 3 menunjukkan nilai kalor bio-oil dari

serbuk rumput gelagah yang diukur dengan alat calorimeter bomb yaitu 20,66

dan 25,29 MJ/kg. Nilai kalor tertinggi diperoleh pada sampel 40 mesh 550oC

dan terendah pada sampel 60 mesh 600oC. Nilai kalor ini lebih tinggi jika

dibandingkan bio-oil sengon dengan proses pirolisis lambat menghasilkan nilai

kalor 22,42 MJ/kg (Wibowo dan Hendra, 2012), tetapi masih lebih rendah jika

dibandingkan penelitian (Onay dan Kockar, 2006) yang menghasilkan bio-oil

dari biji rapeseed dengan nilai kalor sebesar 37,9 MJ/kg Hal ini dapat

disebabkan oleh perbedaan bahan baku dan alat pirolisis yang digunakan. Biji

rapeseed merupakan sumber minyak nabati yang dikenal sebagai minyak

rapeseed atau rapa yang diperoleh dari tumbuhan bermarga Brassica. Adanya

kandungan minyak nabati dalam bahan baku bio-oil akan meningkatkan nilai

kalor dari bio-oil yang dihasilkan.

1,085

1,09

1,095

1,1

1,105

1,11

1,115

1,12

550 600

bj

Suhu

20 mesh

40 mesh

60 mesh

25

6. Daya nyala

Pengujian daya nyala dilakukan untuk mengetahui kemampuan bio-oil

untuk menyala bila diberi sumber api. Daya nyala bio-oil rumput gelagah

menggunakan free fall pyrolisis dapat dilihat pada Tabel 3. Semua sampel

mempunyai katagori lambat. Hal ini disebabkan masih dominannya senyawa

asam asetat dan fenol di dalam liquid hasil pirolisis free fall. Biooil atau pirolitic

oil tidak sama dengan bahan bakar minyak pada umumnya yang mempunyai

kemampuan daya nyala yang cepat terbakar. Hal ini disebabkan oleh

tingginya kandungan air (cuka kayu) yang terdapat di dalam sampel bio-oil

tersebut. Untuk dapat memperbaiki daya nyala bio-oil dapat dilakukan dengan

mencampurkan bahan aditiv polar seperti etanol. Stamatov, et al. (2005) telah

melakukan ujicoba mengenai daya bakar biooil yang sudah dipisahkan bagian

airnya dengan mencampurkan etanol lalu diujicoba menggunakan combuster,

hasil ujicoba memberikan hasil nyala bio-oil lebih pendek, lebih lebar dan lebih

terang dibandingkan dengan nyala bahan bakar diesel dengan kondisi yang

sama. Adanya penambahan polar aditive seperti etanol tersebut menurut

Stamatov, et al. (2005) dapat memperbaiki atomisasi yang lemah dan nilai

kalor yang rendah dari bio-oil. Kemampuan nyala bio-oil rumput gelagah lebih

baik dibandingkan biooil dari sludge kertas yang masuk katagori tidak terbakar

(Wibowo dan Hendra, 2013). Hal ini dapat terjadi karena perbedaan

karakteristik bahan baku yang digunakan.

Gambar 6. Uji daya nyala bio-oil

26

7. Hasil GCMS (Gas Chromatography Mass Spectrometry)

Hasil pengujian GCMS menunjukkan bahwa komponen kimia bio-oil

serbuk rumput gelagah ukuran 20 mesh pada suhu 550oC terdeteksi 20

komponen (Lampiran 5), yang didominasi oleh asam asetat, 1-hydroxy 2-

propanone, golongan phenol, dan 3-furaldehyd. Sedangkan untuk ukuran 20

mesh pada suhu 600oC (Lampiran 8), terdeteksi 34 komponen kimia dan

didominasi oleh asam asetat, golongan phenol, 1-hydroxy 2-propanone, atau

aceton, dan 2-furancarboxaldehyde. Suhu yang tinggi menyebabkan

komponen kimia terpecah menjadi komponen lainnya sehingga jumlah

komponen bertambah.

Komponen kimia bio-oil serbuk rumput gelagah ukuran 40 mesh pada

suhu 550oC terdapat 38 komponen (Lampiran 6), yang juga didominasi oleh

asam asetat, golongan phenol, 1-hydroxy 2-propanone atau aseton, butanedial

dan furfural. Sementara pada suhu 600oC (Lampiran 9) juga terdeteksi

sebanyak 38 komponen dan didominasi oleh asam asetat, golongan phenol,

1-hydroxy 2-propanone atau aseton, butanedial dan benzenmethanol.

Komponen kimia bio-oil serbuk rumput gelagah ukuran 60 mesh pada

suhu 550oC terdapat 33 komponen (Lampiran 7), didominasi oleh asam

asetat, golongan phenol, golongan 1-hydroxy 2-propanone atau aseton,

butanedial dan toluen. Sementara pada suhu 600oC (Lampiran 10) juga

terdeteksi sebanyak 45 komponen dan didominasi oleh asam asetat, golongan

phenol, 1-hydroxy 2-propanone atau aseton, butanedian, dan propanal.

Dari hasil analisis GCMS dapat dilihat bahwa ukuran bahan baku dan

suhu dapat mempengaruhi komponen kimia bio-oil yang dihasilkan. Pada

ukuran 60 mesh atau halus, lebih banyak komponen kimia sampel yang terurai

pada suhu tinggi dibandingkan sampel berukuran lebih besar. Jumlah

komponen kimia sampel 60 mesh 600oC lebih banyak diduga karena ukuran

sampel yang halus memudahkan pecahnya sampel menjadi komponen-

komponen kimia lainnya.

27

Bio-oil serbuk rumput gelagah pada ukuran 20, 40 dan 60 dengan suhu

550oC dan 600oC didominasi asam asetat dan fenol. Ini tidak berbeda dengan

bio-oil yang dihasilkan dari serbuk kayu sengon (Wibowo dan Hendra, 2012).

Asam asetat berperan penting dalam produksi etanol di mana dua pertiga

energi di dalam etanol berasal dari asam asetat, dan sepertiganya berasal dari

penambahan hidrogen (Kanellos, 2009). Tidak terdapat komponen

hidrokarbon alkana di dalam crude liquid pirolisis, meskipun demikian terdapat

komponen yang termasuk bahan bakar mudah terbakar yaitu aseton, benzene,

dan toluen.

Hasil ujicoba upgrading pada bio-oil yang dihasilkan dari serbuk rumput

gelagah 40 mesh dengan suhu 550oC, diperoleh 2 fraksi cairan yaitu asap cair

55-60% dan liquid (sejenis minyak) yang berada di lapisan atas asap cair dan

sisa bio-oil yang sangat kental sekitar 39-44%. Liquid yang berada di lapisan

atas asap cair dipisahkan dan diperoleh rendemen berkisar antar 0,8 - 1% v/v

dengan rendemen rata-rata 0,87%. Rendemen yang dihasilkan masih rendah,

hal ini diduga disebabkan upgrading yang dilakukan tanpa menggunakan

katalis, sehingga proses cracking belum berjalan optimal memecah senyawa

organik rantai panjang menjadi rantai yang lebih pendek.

Hasil uji daya nyala menunjukkan liquid tersebut masuk dalam katagori

cepat (0-2 detik) sama seperti daya nyala bahan bakar minyak bumi; bensin

atau solar (0-2 detik). Hasil uji GCMS terdapat senyawa benzenmethanol, dan

teridentifikasi adanya senyawa alkena yaitu 3-hexadecene (C16H32) dan

cyclotetradecene (C14H28), selain itu terdapat juga n-heptacosane (C27H56), n-

triacontane (C30H62) dan n-tetratriacontane (C34H70) yang merupakan turunan

hidrokarbon alkana (CnH2n+2) dengan rantai yang masih panjang atau sering

disebut higher alkanes karena mempunyai rantai karbon yang panjang

(Lampiran 11). Senyawa alkena merupakan senyawa hidrokarbon yang

mengandung ikatan rangkap karbon-karbon/ikatan rangkap dua atau disebut

ikatan tidak jenuh, mempunyai rumus CnH2n. Sementara itu senyawa yang

banyak terdapat dalam minyak bumi adalah alkana CnH2n+2 yang tidak memiliki

ikatan rangkap atau disebut ikatan jenuh (Fessenden dan Fesenden, 1992).

Untuk dapat dihasilkan senyawa turunan hidrokarbon alkana adalah dengan

28

cara upgrading (peningkatan kualitas) bio-oil melalui proses cracking dengan

penambahan katalis (Catalitic cracking) dan hidrogen pada proses pengolahan

bio-oil. Adanya proses hidrogenasi pada senyawa alkena dapat merubah

alkena menjadi alkana dan memecah rantai panjang menjadi rantai yang lebih

pendek (Fessenden dan Fesenden, 1992).

29

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Pembuatan bio-oil dari rumput gelagah dilakukan dengan teknik pirolisis free

fall pyrolysis pada suhu 550 dan 600 oC dengan ukuran 20, 40 dan 60 mesh,

diperoleh sifat fisiko kimia yaitu rendemen liquid berkisar antara 23,81–

30,88%, kadar fenol 4,96.–8,11%, pH 2,49–2,69, bobot jenis 1,0988–1,1166

g/cm3, daya nyala di atas 6 detik, dan nilai kalor 20,66-25,29 MJ/kg. Bio-oil

yang dihasilkan didominasi oleh asam-asam terutama asam asetat, dan fenol

serta terdapat beberapa komponen zat yang mudah terbakar yaitu aseton,

benzene, dan toluen.

2. Biomassa rumput gelagah dengan ukuran lolos ayakan 40 mesh

menghasilkan liquid lebih baik pada suhu 550oC dengan karakteristik;

rendemen liquid 30,88%, kadar fenol 7,58%, pH 2,62, bobot jenis 1,1108

g/cm3, nilai kalor 25,29 MJ/kg dan daya nyala di atas 6 detik.

B. Saran

Hasil samping pengolahan bio-oil adalah arang dengan rendemen

berkisar antara 21,78-31,87%, dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif

arang briket dan pellet serta arang aktif yang perpotensi meningkatkan nilai

tambah. Sedangkan hasil samping gas dengan rendemen antara 40,98- 54,4%

masih belum dimanfaatkan. Untuk meningkatkan mutu bio-oil sebagai bahan

bakar mesin perlu dilakukan penelitian upgrading bio-oil melalui teknik cracking

yaitu pemecahan senyawa organik rantai panjang menjadi dua atau lebih

senyawa organik rantai lebih pendek.

30

DAFTAR PUSTAKA

BPPT. 2011. Energi masa depan di sektor transportasi dan kelistrikan. Pusat

Teknologi Pengembangan Sumber Daya dan Energi. BBPT. BPPY-Press. Jakarta.

Brown, R.C dan J. Holmgren. 2012. Fast Pyrolisis and bio-oil upgrading. http://www.ascension-publishing.com/BIZ/HD50.pdf. Diakses 27 Februari 2012.

Djatmiko B, Ketaren S, Setyahartini S. 1985. Pengolahan Arang dan

Kegunaannya. Bogor. Agro Industri Press. Easterly J.L. 2002. Assessment of bio-oil as a replacement for heating oil.

CONEG Policy Research Center, Inc. Fessenden, R. J., Fessenden, J. S. (1992), Kimia Organik, Jilid 2, Edisi ketiga,

Penerbit Erlangga, Jakarta. Girard JP Morton. 1992. Smoking In: Teknologi of meat and meat products,

Girard JP and Morton I (Ed). Ellis Horwood Limited, New York. Hambali E, Mujdalifah S, Tambunan AH, Pattiwiri AW, Hendroko R. 2007.

Teknologi Bioenergi. Agro Media Pustaka. Jakarta. Haygreen JG, Bowyer JL. 1996. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu Suatu Pengantar.

Hadikusomo SA, Penerjemah; Yogyakarta. Gajah Mada University Press. Terjemahan dari: Forest Product and wood science, an introduction.

Imam, T dan Capareda, S. 2012. Characterization of bio-oil, syn-gas and bio-

char from switchgrass pyrolysis at various temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. Volume 93. Januari 2012. 170-177

Kanellos M. 2009. Fuel from Vinegar? Zeachem Gets $34M to Try it Out.

http://www.greentechmedia.com/articles/read/fuel-from-vinegar-

zeachem-gets-34m-to-try-it-out-5472/. Diakses tanggal 3 Desember

2012.

Krause, R. 2001. Bio and alternative fuels for mobility. In enhancing biodiesel development and use. Proceedings of the International Biodiesel Workshop, Tiara Convention Center, Medan. 24 Oktober 2001. Ditjen Perkebunan, Departemen Pertanian. Jakarta.

http://www.ascension-publishing.com/BIZ/HD50.pdf

http://www.greentechmedia.com/articles/read/fuel-from-vinegar-zeachem-gets-34m-to-try-it-out-5472/

http://www.greentechmedia.com/articles/read/fuel-from-vinegar-zeachem-gets-34m-to-try-it-out-5472/

31

Lam, P.S., S. Sokhansanj, X.Bi., C.J. Lim, L.J. Naimi, M.Hoque, S.Mani, A.R. Womac, X.P. Ye, dan S. Narayan. 2008. Bulk density of wet and dry wheat straw and switchgrass particles. Applied Engineering inAgriculture. Vol.24(3): 351-358. Amerika.

Li, S., S. Xu, S. Liu, C. Yang, Q. Lu. 2004. Fast pyrolysis of biomass in free-fall

reactor for hydrogen-rich gas. Fuel Processing Technology, 2004. 85: p. 1201-1211.

Maga, JA. 1987. Smoke in Food Processing. CRC Pres. Inc. Boca Raton.

Florida. Melung. 2013. Rumput gelagah yang belum termanfaatkan.

http://melung.desa.id/2012/10/30/rumput-gelagah-yang-belum-termanfaatkan/. Diakses 1 Desember 2013.

Mulyono, A. 2013. 6 Jenis kayu untuk membuat mebel yang telah diuji oleh

Balai Penelitian Kayu. http://www.vedcmalang.com/pppptkboemlg/ index.php/menuutama/departemen-bangunan-30/542-6-jenis-kayu-untuk-membuat-mebel-yang-telah-diuji-oleh-balai-penelitian-kayu. Diakses 17 November 2014.

Onay, dan O.M. Kockar. Pyrolysis of rapeseed in a free fall reactor for

production of bio-oil. Fuel 85 (2006) 1921–1928. Otomotif. 2008. Pengaruh berat jenis pada pembakaran. http://otomotif-

inovatif.blogspot.com/2008/07/pengaruh-berat-jenis-pada-pembakaran.html. Diakses 28 November. 2014.

Reksowardoyo, R. P. 2005. Melaju kendaraan berkat biji-bijian. Trubus, XXXVI /

November 2005. Jakarta.

Samiarso, L. 2001. Indonesian policy on renewable energy development dalam enhancing biodiesel development and use. Proceedings of the International Biodiesel Workshop, Tiara Convention Center, Medan. 24 Oktober 2001. Ditjen Perkebunan, Departemen Pertanian. Jakarta.

Sensoz, S. 2003. Slow pyrolisis of wood bark from Pinus bruti Ten. end product compositions. Jurnal Bioresource Technology 89 pp. 307-311. Stamatov, V., D. Honnery, J.Soria. 2005. Combustion properties of slow

pyrolysis bio-oil produced from indegenous Austalian species. Renewable Energy 31 (2006) 2108-2121.

Sudradjat, R dan Hendra, D . 2011. Teknologi pengolahan bahan bakar nabati

berbasis selulosa dan hemiselulosa (bio-oil). Laporan Hasil Penelitian. Pustekolah. Bogor. (Tidak diterbitkan).

http://melung.desa.id/2012/10/30/rumput-gelagah-yang-belum-termanfaatkan/

http://melung.desa.id/2012/10/30/rumput-gelagah-yang-belum-termanfaatkan/

32

Uzun, B.B., E.P. Varol, F.Ates, N. Ozbay dan A.E. Putun . 2010. Synthetic fuel

production from tea waste: Characterisation of bio-oil and bio-char. Fuel Volume 89, Issue 1. 176–184.

Wibowo, S. 2009. Karakteristik arang aktif tempurung biji nyamplung (Calophyllum inophyllum linn) dan aplikasinya sebagai adsorben minyak nyamplung. Bogor. Tesis. (Tidak diterbitkan).

Wibowo, S dan Hendra, D. 2012. Teknologi pengolahan bahan bakar nabati berbasis selulosa dan hemiselulosa (bio-oil). Laporan Hasil Penelitian. Pustekolah. Bogor. (Tidak diterbitkan).

Wibowo, S dan Hendra, D. 2013. Teknologi pengolahan bahan bakar nabati

berbasis selulosa dan hemiselulosa (bio-oil). Laporan Hasil Penelitian. Pustekolah. Bogor. (Tidak diterbitkan).

Xu, W.C., K.Matsuoka, H.Akiho, M.Kumagai, A.Tomita. 2003. High pressure

hydropyrolysis of coals by using a continuous free-fall reactor. Fuel, 2003. 82: p. 677-685.

Zhang, L., S. Xu, W.Zhao, S.Liu. 2007. Co-pyrolysis of biomass and coal in a

free fall reactor. Fuel, 2007. 86: p. 353-359.

http://www.sciencedirect.com/science/journal/00162361

http://www.sciencedirect.com/science/journal/00162361/89/1

33

Lampiran1: Rekapitulasi analisa keragaman hasil pengamatan pengaruh suhu dan ukuran bahan baku terhadap rendemen bio-oil rumput gelagah

Source

Type III Sum of

Squares df Mean Square F Sig.

Corrected Model 93.970a 5 18.794 31.901 .000

Intercept 12496.856 1 12496.856 21212.224 .000

suhu 26.021 1 26.021 44.168 .000

bahan 55.303 2 27.652 46.936 .000

suhu * bahan 12.646 2 6.323 10.733 .002

Error 7.070 12 .589

Total 12597.896 18

Corrected Total 101.040 17

a. R Squared = ,930 (Adjusted R Squared = ,901)

34

Lampiran 2 : Rekapitulasi analisa keragaman hasil pengamatan pengaruh suhu dan ukuran bahan baku terhadap fenol bio-oil rumput

gelagah.

Source

Type III Sum of


Corrected Model 20.887a 5 4.177 2892.089 .000

Intercept 924.213 1 924.213 639840.015 .000

suhu 3.415 1 3.415 2364.062 .000

bahan 15.651 2 7.825 5417.612 .000

suhu * bahan 1.822 2 .911 630.581 .000

Error .017 12 .001

Total 945.118 18

Corrected Total 20.905 17


35

Lampiran 3 : Rekapitulasi analisa keragaman hasil pengamatan pengaruh suhu dan ukuran bahan baku terhadap pH bio-oil rumput gelagah.

Source

Type III Sum of


Corrected Model .098a 5 .020 70.500 .000

Intercept 118.426 1 118.426 426333.780 .000

suhu .028 1 .028 100.820 .000

bahan .060 2 .030 108.420 .000

suhu * bahan .010 2 .005 17.420 .000

Error .003 12 .000

Total 118.527 18

Corrected Total .101 17


36

Lampiran 4 : Rekapitulasi analisa keragaman hasil pengamatan pengaruh suhu dan ukuran bahan baku terhadap bj atau density bio-oil serbuk rumput gelagah

Source

Type III Sum of


Corrected Model .001a 5 .000 3533.829 .000

Intercept 22.125 1 22.125 4.064E8 .000

suhu 5.556E-8 1 5.556E-8 1.020 .332

bahan .001 2 .000 8833.133 .000

suhu * bahan 1.011E-7 2 5.056E-8 .929 .422

Error 6.533E-7 12 5.444E-8

Total 22.126 18

Corrected Total .001 17


37

Lampiran 5. GCMS bio-oil rumput gelagah 20 mesh suhu 550oC

38


40


41


42


44


46

Lampiran 11. Hasil GCMS upgrading bio-oil

48

Lampiran 12. Foto Kegiatan Penelitian

Gambar 7. Rumput gelagah (Saccharum spontaneum)

Gambar 8. Pengambilan rumput gelagah

49

. Gambar 9. Proses pencacahan rumput

Gambar 10. Proses penjemuran rumput gelagah

50

Gambar 11. Proses pengecilan ukuran

Gambar 12. Proses pengayakan serbuk rumput gelagah

51

Gambar 13. Proses pembuatan bio-oil pada suhu 550oC

Gambar 14. Crude bo-oil/pyrolysis oil

52

Gambar 15. Sampel crude bio-oil untuk analisa

Gambar 16. Sampel bio-oil untuk analisa nilai kalor

teknologi pengolahan bahan bakar nabati …database.forda-mof.org/uploads/bio_oil_2014.pdf · pada...

Documents