BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sekam Padi
Sekam padi merupakan lapisan keras yang meliputi kariopsis yang terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan beras sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak dan energi atau bahan bakar. (Anonim, 2010).
Penggunaan energi sekam bertujuan untuk menekan biaya pengeluaran untuk bahan bakar bagi rumah tangga petani. Penggunaan Bahan Bakar Minyak yang harganya terus meningkat akan berpengaruh terhadap biaya rumah tangga yang harus dikeluarkan setiap harinya. Diperoleh sekam sekitar 20-30%, dedak antara 8-12% dan beras giling antara 50-63,5% data bobot awal gabah, dari proses penggilingan padi. Sekam dengan persentase yang tinggi tersebut dapat menimbulkan masalah terhadap lingkungan. (Anonim, 2010).
Sifat Kimia Sekam Padi
Ditinjau data komposisi kimiawi, sekam mengandung beberapa unsur kimia penting seperti dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Komposisi Kimiawi Sekam
| Komponen | Kandungan (%) |
1. Kadar air 2. Protein kasar 3. Lemak 4. Serat kasar 5. Abu 6. Karbohidrat kasar
1. Karbon ( zat arang) 2. Hidrogen 3. Oksigen 4. Silika
1. H2O 2. Crude Protein 3. Crude Fat 4. Ekstrak Nitrogen Bebas 5. Crude Fiber 6. Abu 7. Pentosan 8. Sellulosa 9. Lignin | 9,02 3,03 1,18 35,68 17,71 33,71 1,33 1,54 33,64 16,98 2,40 – 11,35 1,70 – 7,26 0,38 – 2,98 24,70 – 38,79 31,37 – 49,92 13,16 – 29,04 16,94 – 21,95 34,34 – 43,80 21,40 – 46,97 |
Dengan komposisi kandungan kimia seperti tersebut pada tabel 2.1, sekam dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan di antaranya:
1. sebagai bahan baku pada industri kimia, terutama kandungan zat kimia furfural yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia.
2. sebagai bahan baku pada industri bahan bagunan, terutama kandungan silikia (SiO2) yang dapat digunakan untuk campuran pada pembuatan semen portland, bahan isolasi, husk-board dan campuran pada industri bata merah.
3. sebagai sumber energy panas pada berbagai keperluan manusia, kadar sellulosa yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil.
2.2 Briket Arang
Briket arang adalah arang yang dibuat dari serbuk arang yang ditambah larutan perekat, kemudian di press, yang akhirnya mempunyai bentuk, ukuran dan kerapatan tertentu, sehingga menjadi produk yang lebih efisien dalam penggunaan sebagai bahan bakar.
Briket arang pada umumnya digunakan sebagai bahan bakar untuk keperluan rumah tangga, bahan bakar khusus tungku pembakaran, pengeringan daging dan ikan, peleburan timah dan lain-lain. Produksi briket arang di Indonesia mempunyai prospek yang cukup baik untuk dikembangkan, karena cukup tersedianya bahan baku berupa limbah industri yaitu sekam padi yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku briket arang untuk dijadikan bahan bakar briket yang mana merupakan alternatif yang cukup besar.
Syarat dari briket arang adalah:
1. Kekuatan briket, menjadi bahan yang tidak mudah hancur baik dalam pengangkutan maupun penaganannya. Kekuatan terhadap hentakan, gesekan dan tekanan dalam keadaan dingin maupun panas (pijar).
2. Ukuran dan bentuk sesuai dengan yang dibutuhkan.
3. Bersih dalam penaganannya.
4. Mudah dibakar.
5. Untuk dibuat bahan bakar yang tidak berasap, biasa dilakukan karbonisasi.
6. Mempunyai sifat-sifat kimia fisika tertentu, misalnya porositas, berat jenis, kadar zat terbang (volatile matter), kadar abu dan kadar air. (Sutanto. H, 2000).
Pemanasan kayu hingga suhu sedikit diatas 100°C sudah menyebabkan peruraian thermal. Sekitar 270°C peruraian thermal ini tidak membutuhkan sumber panas eksternal lagi karena proses menjadi eksotermis. Kayu terurai secara bertahap, hemisellulosa terdegradasi pada kisaran suhu 200 - 260°C, sellulosa pada suhu 240 - 350°C, dan lignin pada 280 - 500°C. (Putri. N, 2005).
2.3 Karbonisasi
Karbonisasi adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas yang hanya meninggalkan karbon sebagai residu.(Anonim, 2010).
Karbonisasi biomassa atau yang lebih dikenal dengan pengarangan adalah suatu proses untuk menaikkan nilai kalor biomassa dan dihasilkan pembakaran yang bersih dengan sedikit asap. Hasil karbonisasi adalah berupa arang yang tersusun atas karbon dan berwarna hitam. (Husada, 2008).
Singh dan Misra (2005) dalam Kardianto (2009), karbonisasi merupakan suatu proses untuk mengkonversi bahan orgranik menjadi arang. pada proses karbonisasi akan melepaskan zat yang mudah terbakar seperti CO, CH4, H2, formaldehid, methana, formik dan acetil acid serta zat yang tidak terbakar seperti seperti CO2, H2O dan tar cair. Gas-gas yang dilepaskan pada proses ini mempunyai nilai kalor yang tinggi dan dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan kalor pada proses karbonisasi.
Prinsip proses karbonisasi adalah pembakaran biomassa tanpa adanya kehadiran oksigen. Sehingga yang terlepas hanya bagian volatile matter, sedangkan karbonnya tetap tinggal di dalamnya. Temperatur karbonisasi akan sangat berpengaruh terhadap arang yang dihasilkan sehingga penentuan temperatur yang tepat akan menentukan kualitas arang. (Jawa Pos. Rabu, 30 Mei 2007 dalam Husada, 2008).
Kondisi - kondisi yang berpengaruh terhadap proses karbonisasi adalah :
1. Ukuran Bahan
Ukuran bahan yang semakin kecil mengakibatkan makin cepat perataan ke seluruh umpan sehingga pirolisis berjalan lebih sempurna. Ukuran arang yang cukup halus membentuk briket yang baik, sebaiknya dengan ukuran 30 – 60 mesh, karena ukuran partikel yang cukup besar akan sulit dilakukan perekatan sehingga mempengaruhi kuat tekan.
2. Waktu Karbonisasi
Waktu pirolisis akan semakin sempurna, bila waktu pemanasan diperpanjang sehingga hasil arang semakin berkurang, tetapi cairan gas semakin meningkat. Waktu karbonisasi bervariasi yaitu berkisar antara 1 – 2 jam.
3. Pengaruh Penambahan Bahan Perekat
Jenis bahan perekat mempunyai kelebihan dan kekurangan, namun syarat utama dari perekat adalah harus ikut terbakar dan dapat menambah nilai kalor. Penambahan perekat yang tidak semestinya (baik jenis maupun komposisinya) akan dapat mengurangi nilai kalor dari briket arang.
4. Suhu Karbonisasi
Proses karbonisasi sekam padi yang terbaik diperoleh pada suhu 240 – 250oC selama 2 jam dan pada suhu 200 oC didapatkan sekam padi yang belum terkarbonisasi sempurna, sedangkan pada suhu 300 – 320oC telah terbentuk abu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar padat (Sulistyanto A, 2006), antara lain :
1. Ukuran partikel
Salah satu faktor yang mempengaruhi pada proses pembakaran bahan bakar padat adalah ukuran partikel bahan bakar padat yang kecil. Dengan Partikel yang lebih kecil ukurannya, maka suatu bahan bakar padat akan lebih cepat terbakar.
2. Kecepatan aliran udara
Laju pembakaran bahan bakar padat akan naik dengan adanya kenaikan kecepatan aliran udara dan kenaikan temperatur. Dengan kata lain, apabila kecepatan aliran udara mengalami kenaikan maka akan diikuti kenaikan temperatur dan laju dari pembakaran bahan bakar padat naik dalam satu renggang waktu.
3. Jenis bahan bakar
Jenis bahan bakar akan menentukan karakteristik bahan bakar. Karakteristik tersebut antara lain kandungan volatile matter (zat-zat yang mudah menguap) dan kandungan moisture (kadar air). Semakin banyak kandungan volatile matter pada suatu bahan bakar padat maka akan semakin mudah bahan bakar padat tersebut untuk terbakar dan menyala.
4. Temperatur udara pembakaran
Kenaikan temperatur udara pembakaran menyebabkan semakin pendeknya waktu pembakaran.
5. Karakteristik bahan bakar padat yang terdiri dari:
1. Kadar karbon
2. Kadar air (moisture)
3. Zat-zat yang mudah menguap (Volatile matter)
4. Kadar abu (ash)
5. Nilai kalori
2.4 Amilum
Amilum merupakan suatu senyawa organik yang tersebar luas pada kandungan tanaman. Amilum dihasilkan dari dalam daun-daun hijau sebagai wujud penyimpanan sementara dari produk fotosintesis. Amilum juga tersimpan dalam bahan makanan cadangan yang permanen untuk tanaman, dalam biji, jari-jari teras, kulit batang, akar tanaman menahun, dan umbi. Amilum merupakan 50-65% berat kering biji gandum dan 80% bahan kering umbi kentang. (Gunawan, 2004 dalam Willy, 2009).
Amilum juga disebut dengan pati. Pati yang diperdagangkan diperoleh dari berbagai bagian tanaman, misalnya endosperma biji tanaman gandum, jagung dan padi ; dari umbi kentang ; umbi akar Manihot esculenta (pati tapioka); batang Metroxylon sagu (pati sagu); dan rizom umbi tumbuhan bersitaminodia yang meliputi Canna edulis, Maranta arundinacea, dan Curcuma angustifolia (pati umbi larut). (Fahn, 1995 dalam Willy, 2009).
Mekanisme pengikatan pada briket bertekanan rendah mengandalkan sifat adhesif dari binder. Selain melakukan mekanisme pengikatan kohesif – adhesif, binder juga berperan dalam penggumpalan (agglomeration) dan meningkatkan kekuatan briket setelah kering. Amilum (starch) adalah kombinasi dari dua polimer karbohidrat (polisakarida) yaitu amilosa dan amilopektin. Amilopektin adalah polimer glukosa yang bercabang, amilosa adalah polimer glukossa linear.(Yuni, 2009).
Pati atau amilum adalah karbohidrat kompleks yanng tidak larut dalam air, berwujud bubuk putih, tawar (tanpa rasa) dan tidak berbau. Fungsi pati hampir sama dengan fungsi glikogen yaitu suatu bentuk cadangan glukosa yang digunakan pada saat diperlukan. Pati dibentuk dari rantai glukosa melalui ikatan α̣-glikosida. Senyawa ini hanya menghasilkan glukosa pada hidup kita, sehingga disebut glukan. Pati alam tidak larut dalam air dingin, membentuk warna biru dengan larutan yodium. Pati sebenarnya terdiri dari 2 fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi yang terlarut disebut Amilosa dan fraksi yang tidak terlarut disebut Amilopektin. Rasio antara amilosa dan amilopektin berbeda untuk tiap jenis pati. Pada umumnya bergantung dari jenis asalnya. Kadar Amilosa pati berkisar antara 15-20 % dari total pati. Kandungan Amilopektin dalam bahan pangan sangat berperan dalam menentukan pekat tidaknya bahan. (Sutaniry dan Kasengar,1985 dalam Miraji, R dan Cristin, Y, 2010).
Gambar 2.1 Struktur Amilosa
Gambar 2.2 Struktur Amilopektin
Pati selain di konsumsi sebagai sumber karbohidrat, digunakan dalam pembuatan makanan sebagai zat pengental dan penerapan utama pati diluar bidang pangan yaitu sebagai zat perekat untuk memperbaiki kekuatan tenunan dan mutu penulisan kertas.(Hendrikson, dkk, 1988 dalam Miraji, R dan Cristin, Y, 2010).
Berdasarkan penelitian - penelitian yang telah dilakukan, sampai sekarang tepung kanji atau amilum merupakan jenis pengikat terbaik yang pernah digunakan dalam pembuatan berbagai macam briket, karena mudah didapatkan dan murah harganya. Selain itu tepung kanji atau amilum juga dapat menaikkan nilai kepadatan briket arang, memperlambat proses pembakaran sehingga tidak cepat menjadi abu, juga mampu menjaga suhu briket arang tetap konstan saat berlangsungnya proses pembakaran. (Prastyo. A, 2000).
Sitorus dan Widardo (1997), meneliti tentang pengaruh jenis perekat pada pembuatan briket serbuk sabut kelapa, dimana yang menjadi perlakuan adalah jenis perekat yaitu perekat tapioka dan perekat sagu, dengan masing-masing prosentase perekat 8, 9, 10, 11 dan 12 persen. Hasilnya penggunaan perekat tapioka 10% dan sagu 12% merupakan perlakuan terbaik karena memberikan penampakan yang baik dan tidak terdapat retak-retak dengan masing-masing kadar air rata-rata 12,76 % dan 11,83 % kerapatan jenis 0,5157 gr/cm3 dan 0,5175 gr/cm3 serta kuat tekan 6,62 kg/cm2 dan 6,64 kg/cm2.
Penambahan kanji 5% pada briket jerami yang menggunakan preheating menujukkan kuat tekan yang lebih tinggi, tetapi ini tidak terjadi pada briket glugu dan kayu jati. (Suyitno, 2005).
2.5 Karakteristik briket
Karakteristik briket atau spesifikasi briket yang terdiri dari:
1. Kadar karbon
Komponen yang bila terbakar tidak membentuk gas adalah KT (karbon tetap) atau disebut FC (fixed carbon). Kandungan FC (fixed carbon) adalah kandungan karbon tetap yang terdapat pada briket yang berupa arang (char).
2. Kadar air (moisture)
Air yang terkandung dalam kayu atau produk kayu dinyatakan sebagai kadar air (Haygreen dan Bowyer, 1989). Kadar air briket ialah perbandingan berat air yang terkandung dalam briket dengan berat kering briket tersebut. Kadar air briket dapat digunakan untuk menghitung parameter sifat – sifat briket.
3. Zat-zat yang mudah menguap (Volatile matter)
Zat terbang terdiri dari gas-gas yang mudah terbakar seperti hidrogen, karbon monoksida (CO), dan metana (CH4), tetapi kadang-kadang terdapat juga gas-gas yang tidak terbakar seperti CO2 dan H2O. Volatile matter atau yang sering disebut zat terbang, berpengaruh terhadap pambakaran briket. Kandungan Volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas api. Penilaian tersebut didasarkan pada rasio atau perbandingan antara kandungan karbon (fixed carbon) dengan zat terbang, yang disebut dengan rasio bahan baker (fuel ratio). Semakin tinggi nilai fuel ratio maka jumlah karbon didalam briket yang tidak terbakar juga semakin banyak. (Bidang Energi dan Sumber Daya Alam, Mengenal Batu Bara 2 – www.beritaiptek.com dalam Kardianto, 2009).
4. Kadar abu (ash)
Abu terdiri dari bahan mineral seperti lempung, silika, kalsium, serta magnesium oksida dan lain – lain, merupakan bahan yang tidak dapat terbakar. Abu adalah bahan yang tersisa apabila kayu dipanaskan hingga berat konstan (Earl, 1974 dalam penelitian Husada, 2009). Salah satu unsur utama yang terkandung dalam abu adalah silika dan pengaruhnya kurang baik terhadap nilai kalor yang dihasilkan.
5. Nilai kalori
Nilai kalor bahan bakar adalah jumlah panas yang dihasilkan atau ditimbulkan oleh suatu gram bahan bakar tersebut dengan meningkatkan temperatur 1 gr air dari 3,5oC-4,5oC, dengan satuan kalori. (Koesoemadinata, 1980) dalam (Kardianto, 2009). Dengan kata lain, nilai kalor adalah besarnya panas yang diperoleh dari pembakaran suatu jumlah tertentu bahan bakar di dalam zat asam. Semakin tinggi berat jenis bahan bakar, maka semakin rendah nilai kalor yang diperolehnya. Nilai kalor menurut Syachri (1983) dalam penelitian Kardianto (2009) adalah satuan panas yang dihasilkan persatuan bobot bahan yang mudah terbakar pada proses pembakaran yang cukup oksigen.
2.6 Reaktor Pirolisis
Reaktor pirolisis adalah alat pengurai senyawa-senyawa organik yang dilakukan dengan proses pemanasan tanpa berhubungan langsung dengan udara luar dengan suhu 400-600°C. Reaktor pirolisis dibalut dengan selimut dari bata dan tanah untuk menghindari panas keluar berlebih. Proses pirolisis menghasilkan zat dalam tiga bentuk yaitu padat, cair, dan gas.
Cara penggunaan alat ini yaitu dengan memasukkan bahan baku kedalam reaktor pirolisis dan kemudian ditutup rapat.
Prinsip kerja reaktor pirolisis.
Prinsip kerja dari reaktor piroloisis adalah proses pembakaran biomassa tanpa udara (O2). Naiknya temperatur maka akan terjadinya dekomposisi bahan organik.
Tahapan proses dekomposisi bahan organik dimulai dari pengeringan dengan pemanasan (dehidrasi) dan diikuti hilangnya cairan dan karbon dioksida (Evolusi hydrogen). Tahapan selanjutnya adalah terdekomposisi hemisellulosa pada temperatur 200-250 oC. Hemisellulosa merupakan polimer dari beberapa monosakarida seperti pentosan (C5H8O4) dan heksosan (C6H10O5). Pirolisis pentosan menghasilkan furfural, furan dan derivatnya beserta satu seri panjang asam-asam karboksilat. Pirolisis heksosan terutama menghasilkan asam asetat dan homolognya, sedangkan sellulosa terdekomposisi pada temperatur 280 oC dan berakhir pada 300-350 oC pirolisis sellulosa berlangsung dalam dua tahap, yaitu :
1. Tahap pertama adalah reaksi hidrolisis menghasilkan glukosa.
2. Tahap kedua merupakan reaksi yang menghasilkan asam asetat dan homolognya, bersama-sama air dan sejumlah kecil furan dan fenol.
Tahap selanjutnya adalah dekomposisi lignin pada temperatur 300-350 oC dan berakhir pada 400-450 oC. Pirolisis struktur dasar lignin berperanan penting dalam memberikan aroma asap produk asapan. Senyawa ini adalah fenol, eter fenol seperti guaiakol, siringol dan homolog serta derivatnya. (Masramdhani, 2010).
