## Processing Biochar from Solid Waste of Arenga Pinnata Flour Industry
Susanti Rina Nugraheni 1) , Agus Prasetya 2) , and Sihana 3)
1 Program Studi Teknik Kimia, FTI, UPN”Veteran” Yogyakarta Jln. SWK 104 (Lingkar Utara), Condongcatur, Yogyakarta
2 Chemical Engineering Department, UGM Jalan Grafika 2, Kampus UGM, Yogyakarta
3 Physics Engineering Department, UGM Jalan Grafika 2, Kampus UGM, Yogyakarta
* E-mail : susantirina22@gmail.com

## Abstract
Arenga pinnata solid waste can be used as biochar-making material because it contains biomass agriculture and  forestry residue. This research purposed to know the effect of pyrolysis in yield and characteristic of biochar as soil amendment. The research done by making model and practice the model.  The variables of this research were : temperature, biochar yield, C-organic content, water content, pH, N, P, and K. The raw materials weight that used in each pyrolysis process is  200  grams.The  result  from  this  research  are  the  highest  biochar  yield  from  arenga  pinnata  with  200  grams  of  raw materials weight was at 300 – 500 °C of temperature and 210-240 minutes of processing time with >30% of yield. The test  with  temperature  variations  show  :  1)  at  300-400°C  of  temperature  acquired  4,45%  of  water  content,  5,6  of  pH, 14,63%  of  C-organic  content,  0,71%  of  Nitrogen,  0,10%  of  Phosphor,  and  0,63%  of  Kalium,  2)  at  400-500°C  of temperature acquired 5,62% of water content, 5,26 of pH, 13,49% of C-organic content, 0,73% of Nitrogen, 0,13% of Phosphor, and 0,49% of Kalium, 3) at 500-600°C of temperatur acquired 3,22% of water content, 6,1 of pH, 15,66% of C-organic content, 0,92% of Nitrogen, 0,09% of Phospor, and 0,58% of Kalium. The results from this research were able to fulfill the regulation as soil amendment determined by International Biochar Initiative (2010).
Keywords: Arenga pinata waste, biochar, pyrolysis, temperature variable, and soil amendment.

## I.Pendahuluan.
Desa  Daleman  yang  terletak  di  wilayah  bagian  utara Kabupaten  Klaten  tepatnya  di  Kecamatan  Tulung, jumlah  penduduk  4994  jiwa,  dengan  jumlah  KK  1205. Di  wilayah  Desa  Daleman  terdapat  sentra  industri tepung  aren  yang  merupakan  bagian  dari  industri  kecil dan  rumah  tangga  di  Kabupaten  Klaten.  Tepung  aren merupakan  bahan  baku  untuk  membuat  soun,  cendol, bakmi, bakso, hunkwe, dll.
Proses  pengolahan  tepung  aren  diawali  dengan pembelahan  batang  aren  menjadi  empat  bagian  tiap potongnya. Kemudian bagian dalam batang aren di parut dengan  parutan  mesin  hingga  tersisa  kulit  batang  aren. Hasil dari parutan kemudian direndam dalam bak air dan disaring  ampas  kasarnya.  Hasil  pemerasan  dibiarkan sehingga patinya akan mengendap pada dasar bak. Dari proses pembuatan tepung aren dihasilkan limbah berupa cair  dan  padat.  Limbah  cair  berasal  dari  proses penyaringan  dan  pengendapan  tepung  aren,  sementara limbah padat yang berupa kulit batang aren berasal dari sisa  pemarutan  batang  serat  dan  ampas  serat  aren  yang berasal  dari  proses  penyaringan.  Menurut  Kepala  Desa Baghtiar  Joko  Widagdo,  jumlah  limbah  aren  biasanya mencapai 50 ton per hari.
Teknologi  yang  akan  digunakan  untuk  mengolah limbah padat aren adalah mengubahnya menjadi biochar (arang  hayati)  dengan  proses  pirolisis. Biochar adalah material  karbon  padat  yang  dihasilkan  dari  degradasi secara thermal ( biomassa /bahan  organik)  pada  kondisi sedikit  atau  tanpa  oksigen  (Lehmann  et.  al.,  2009).
Karena  berasal  dari  makhluk  hidup  kita  sebut  arang hayati.  Di  dalam  tanah,  biochar  dapat  meningkatkan kesuburan  tanah,  mengikat  karbon  dalam  tanah,  dan menyediakan habitat yang baik bagi  mikroba tanah, tapi tidak  dikonsumsi  seperti  bahan  organik  lainnya.  Dalam jangka panjang biochar tidak menganggu keseimbangan karbon-nitrogen,  bahkan  mampu  menahan  dan menjadikan  air  dan  nutrisi  lebih  tersedia  bagi  tanaman (Gani, 2010)

## II.Metodologi.
Bahan  baku  berupa  ampas  aren  diambil  dari  limbah pembuatan  tepung  aren  di  Desa  Daleman,  Tulung, Klaten. Bahan baku ampas aren terdiri dari serbuk halus dan  serat  kasar  dikeringkan  dengan  cara  dijemur dibawah sinar matahari selama beberapa hari agar benar- benar  kering  dan  kadar  airnya  berkurang.  Kemudian dilakukan  analisis  awal  di  laboratorium  untuk mengeyahui  kadar  air,  lignin,  dan  selulosanya.  Setelah hasil  analisis  diketahui,  bahan  ditimbang  sesuai  dengan variasi kebutuhan yaitu maksimal 200 gram bahan baku untuk satu kali proses pirolisis.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari satu set alat pirolisis dengan menggunakan kompor gas, dengan  kapasitas  200  gram  ampas  aren  sebagai  bahan baku. Sedangkan alat pendukung yang digunakan antara lain  :  timbangan,  lembaran  asbes,  penjepit,  kamera digital, stopwatch (penghitung  waktu),  multimeter digital, kertas dan ballpoint .
Gambar 1.
Keterangan Gambar : 1. Piroliser 2. Cerobong 3. Kompor LPG 4. Termokopel : T1 titik terbawah, T2 titik tengah, T3 titik teratas.
Gambar 1 . Rangkaian alat pirolisis
Pertama  kali  dilakukan  adalah  menyiapkan  kompor LPG  pada  tempatnya.  Kemudian,    bahan  baku  yang sudah  ditimbang  dimasukkan  ke  tabung  pirolisis  dan tutup  tabung  dipasang  rapat  dengan  memberi  tambahan bantalan  asbes  agar  tidak  ada  celah  udara.  Tabung pirolisis diletakkan diatas kompor dengan posisi tepat di tengah-tengah  kompor.Setelah  semua  peralatan  siap, kompor LPG dinyalakan. Suhu diusahakan stabil dengan cara  melihat  voltase  yang  ditunjukkan  pada  multimeter digital  dengan  memutar  volume  kompor  LPG.  Pada proses pirolisis, volatile matter akan menguap, mengalir keluar  melalui  lubang  pipa.  Sehingga  didalam  tabung pirolisis  hanya  tersisa  arang  ( char ).  Selanjutnya, peralatan  dimatikan  dan  didiamkan  sampai  mendekati suhu  kamar.  Setelah  itu  tutup  tabung  dibuka  secara perlahan  dan  arang  dikeluarakan  dan  dipisahkan  antara arang  dan  yang  bukan  arang,  kemudian  masing-masing ditimbang.
Data  yang  diperoleh  akan  dicatat  dalam  tabel, kemudian  dianalisis  untuk  menentukan  pengaruh temperatur terhadap rendemen dan karakteristik biochar . Rendemen arang dapat ditentukan dengan membandingkan  berat  arang  yang  dihasilkan  dengan berat  bahan  baku.  Sampel  ampas  aren  yang  telah dikeringkan  (dijemur)  ditimbang  sebanyak  200  gram. Kemudian  arang  hasil  pirolisis  pada  masing-masing temperatur  ditimbang.  Rendemen biochar (R)  hasil pirolisis dapat dihitung dengan rumus :
R = x 100% ................................  (1)
Kemudian,  uji  laboratorium  produk  dilakukan  dengan menghitung  kadar  C-Organik,  kadar  air,  pH,  N,  P,  dan K.

## III.Hasil dan Pembahasan.
Pada penelitian ini dilakukan untuk variasi temperatur seperti pada range suhu 300 – 400 °C, 400 – 500 °C, dan 500 – 600 °C. Setelah suhu tercapai seperti yang ditentukan, pembakaran dibatasi dengan cara mengecilkan volume pada kompor LPG, sehingga suhu tetap terjaga dalam range yang ditentukan. Seterusnya dilakukan selama waktu tertentu pada range suhu yang diinginkan agar rendemen yang dihasilkan 100% atau mendekati 100% arang.

## 3.1. Proses Pirolisis Pada Range Suhu 300 – 400 °C.
Pada  Gambar  2.  proses  pirolisis  dengan  berat  bahan baku  ampas  aren  200  gram.  Terlihat  proses  pirolisis untuk  suhu  T1  (titik  bawah),  suhu  tertinggi  tercapai mulai pada menit 180, yaitu 396°C. Untuk suhu T2 (titik tengah),  suhu  tertinggi  tercapai  mulai  pada  menit  210, yaitu  305  °C.  Dan  untuk  suhu  T3  (titik  atas),  suhu tertinggi  tercapai  mulai  pada  menit  210,  yaitu  287  °C. Selanjutnya  suhu  dijaga  pada  range  300-400  °C  sampai akhir proses.

## Gambar 2. Kenaikan suhu pada proses pirolisis (300-400 °C)
3.2. Proses Pirolisis Pada Range Suhu 400 – 500 °C. Pada  Gambar  3.  proses  pirolisis  dengan  berat  bahan baku  ampas  aren  200  gram.  Terlihat  proses  pirolisis untuk  suhu  T1  (titik  bawah),  suhu  tertinggi  tercapai mulai  pada  menit  170,  yaitu  488  °C.  Untuk  suhu  T2
(titik  tengah),  suhu  tertinggi  tercapai  mulai  pada  menit 190, yaitu 395 °C. Dan untuk suhu T3 (titik atas), suhu tertinggi  tercapai  mulai  pada  menit  190,  yaitu  362  °C. Selanjutnya suhu dijaga pada range 400-500 °C sampai akhir proses.
Gambar 3. Kenaikan suhu pada proses pirolisis (400-500 °C)
3.3. Proses Pirolisis Pada Range Suhu 500 – 600 °C Pada Gambar 4. proses pirolisis dengan berat bahan baku ampas aren 200 gram. Terlihat proses pirolisis untuk suhu T1 (titik bawah), suhu tertinggi tercapai mulai pada menit 130, yaitu 558 °C. Untuk suhu T2
(titik tengah), suhu tertinggi tercapai mulai pada menit 160, yaitu 468 °C. Dan untuk suhu T3 (titik atas), suhu tertinggi tercapai mulai pada menit 160, yaitu 393 °C. Selanjutnya suhu dijaga pada range 500-600 °C sampai akhir proses
.

## Gambar 4. Kenaikan suhu pada proses pirolisis (500-600 °C)

## 3.4. Rendemen Biochar.
Berdasarkan  hasil  dari  penelitian  yang  telah  dilakukan dengan  temperatur  yang  berbeda  dan  berat  bahan  baku ampas aren yang sama untuk setiap kali proses pirolisis,
yaitu  200  gram,  terdapat  pengaruh  yang  tidak  terlalu signifikan    pada  suhu  300-500°C  terhadap  rendemen biochar .
Tabel 1. Rendemen biochar (%) terhadap umpan No. Ampas Aren (gram) Temperatur (°C) Bio-char (R) (%) Ampas Aren Yang Tidak Terpirolisis (%) 1. 200 300 – 400 37,5 22,5 2. 200 400 – 500 32,5 2,5 3. 200 500 - 600 22,5 0

## Gambar 5. Grafik pengaruh variasi temperatur terhadap rendemen
biochar
3.5. Karakteristik Biochar Dari Ampas Aren. Berdasarkan hasil uji kadar air, pH, C-Organik, N, P dan K untuk masing-masing range suhu di Laboratorium
Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Yogyakarta dan
CV. Chem-Mix Pratama. Tabel 2. Karakteristik biochar ampas aren pada berbagai suhu No. Temperatur (°C) Air (%) pH C- Organik (%) N (%) P (%) K (%) 1. 300 – 400 4,45 5,6 14,63 0,71 0,10 0,63 2. 400 – 500 5,26 5,8 13,49 0,73 0,13 0,49 3. 500 - 600 3,22 6,1 15,66 0,92 0,09 0,58
Gambar 6. Analisis FTIR biochar pada range suhu 400-500 °C
Hal  yang  dapat  diamati  dari  pengukuran  spektrum IR  pada  Gambar  6.  dan  vibrasi  tekuk  pada  bilangan gelombang  1604,77  cm -1 menunjukkan  adanya  gugus karbonil.  Sedangkan  pada  bilangan  gelombang  2924,09 cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  metilen,  hal  ini  juga ditunjukkan pada pita 1604,77 cm -1 menandakan bahwa adanya  gugus  alkena.  Pita-pita  kuat  dibawah  900  cm -1 menunjukkan  bahwa  spektrum  ini  dari  senyawa
aromatik.  Adanya  beberapa  pita  di  bawah  900  cm -1 membuat  sukar  untuk  memutuskan  sifat  dari  substitusi benzene.  Selain  itu,  pada  bilangan  gelombang    antara 3400  -  2400  cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  asam karboksilat. Sehingga dapat disimpulkan bahwa senyawa ini mempunyai gugus fungsional COO - , -OH, dan C=C, yang  berarti  tersusun  atas  rantai  karbon  siklik  (inti benzene) dengan substitusi OH dan COO.
Gambar 7. Analisis FTIR biochar pada range suhu 400-500 °C
Hal  yang  dapat  diamati  dari  pengukuran  spektrum  IR pada  Gambar  4.6.  dan  vibrasi  tekuk  pada  bilangan gelombang  1627,92  cm -1 menunjukkan  adanya  gugus karbonil.  Sedangkan  pada  bilangan  gelombang  2931,80 cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  metilen,  hal  ini  juga ditunjukkan pada pita 1627,92 cm -1 menandakan bahwa adanya  gugus  alkena.  Pita-pita  kuat  di  bawah  900  cm -1 menunjukkan  bahwa  spektrum  ini  dari  senyawa aromatik.  Adanya  beberapa  pita  dibawah  900  cm -1 membuat  sukar  untuk  memutuskan  sifat  dari  substitusi benzene.  Selain  itu,  pada  bilangan  gelombang    antara 3400  -  2400  cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  asam karboksilat. Sehingga dapat disimpulkan bahwa senyawa ini mempunyai gugus fungsional COO - , -OH, dan C=C, yang  berarti  tersusun  atas  rantai  karbon  siklik  (inti benzene) dengan substitusi OH dan COO.

## IV. Kesimpulan.
Berdasarkan  hasil  penelitian  dapat  diambil  beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari  hasil  penelitian  di  atas  dengan  temperatur masing-masing 300-400 °C, 400 – 500 °C, dan 500 – 600  °C,  disimpulkan  bahwa  suhu  optimal  untuk mendapatkan rendemen tertinggi biochar dari ampas aren  dengan  berat  bahan  baku  200  gram  didapatkan pada temperatur 300 – 500 °C dan lama proses 210- 240 menit dengan rendemen sebesar > 30%.
2. Dari  hasil  pengujian  terhadap  ketiga range temperatur yang telah diteliti ditemukan, bahwa : 1) pada  temperatur  300-400°C  diperoleh  kadar  air sebesar  4,45%,  pH  5,6,  kadar  C-organik  14,63%, kadar N 0,71%, kadar P 0,10%, dan kadar K 0,63%, 2)  pada  temperatur  400-500°C  diperoleh  kadar  air 5,62%,  pH  5,26,  kadar  C-organik  13,49%,  kadar  N 0,73%, kadar P 0,13%, dan kadar K 0,49%, 3) pada temperatur 500-600°C diperoleh kadar air 3,22%, pH 6,1, kadar C-organik 15,66%, kadar N 0,92%, kadar P 0,09%, dan kadar K 0,58%. Kesimpulannya bahwa kesemua indikator rendemen dan karakteristik
biochar pada  ketiga range temperatur  yang  diteliti memenuhi  persyaratan  sebagai  pembenah  tanah  yang telah  ditentukan  oleh International  Biochar  Initiative (2010).  Dan  juga  diperoleh  dari  hasil  uji  FTIR  bahwa biochar ampas  aren  mengandung  gugus  karbonil, karboksil, dan inti benzene. Pemanasan lambat
mengubah  gugus  karbonil  dan  karboksil  menjadi karboksilat  di  dalam  rantai  benzene  yang  sangat potensial untuk menahan nutrient yang dibutuhkan tanah

## V. Daftar Pustaka.
Babu, B.V., Chaurasia A.S., 2004, Dominant Design Variables in Pyrolysis if Biomass Particles of Different Geometries in Thermally Thick Regime, Chemical Engineering Science.
Bergman, P.C.A., 2005. Torrefaction for biomass upgrading, 14th European Biomass Conference & Exhibition, Paris Ferizal dkk, 2011rang hayati ( Biochar ) sebagai pembenah tanah.
Firdayati, M. dan Handayani, M, 2005, Studi Karakteristik Dasar Limbah Tepung Aren, Jurnal Infrastruktur dan Lingkungan Binaan, Vol. I No. 2. Gani, Anischan., 2010, Multiguna Arang-Hayati Biochar, Sinar Tani Edisi 13-19 Oktober 2010.
Kusmiyati, Heni. 2007, Karakteristik Limbah Tepung Aren dan Permasalahan Lingkungan yang ditimbulkan di Desa Daleman Tulung Kabupaten Klaten. Teknik Lingkungan, Yogyakarta.
Leading Carbon Ltd., 2010, Product Definition and Standard DRAFT, International Biochar Initiative. Lehmann, J., 2005, Amazonian Dark Earths, Cornell University USA.
Loppinet-Serani, A., Aymonier, C., Cansell, F., 2008, Current and Foreseeable Applications of Supercritical Water for Energy and The Environment, ChemSusChem 1, 486 – 503.
dan Pemanfaatan Sampah/Limbah Perkotaan, Magister Sistem Teknik, UGM.
Nurida, NL., dkk, 2011, Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku pembenah tanah berupa biochar untuk rehabilitasi lahan, Jurnal Pertanian.
Peters, J.H., Barry, M., Fraser, N., and Collin, E.S., 1995, The Copyrolysis of Poly (Vinyl Chloride) with
Cellulose Derived Materails as A Models for Municipal Solid Waste Derived Chars, Fuel.
Potter C, M. Soepardi, Alulia Gani, 1994. Limbah cair berbagai industri di Indonesia. Sumber pengendalian dan baku mutu. WMD Bappedal, Jakarta Sastrohamidjojo, H., 2007, Spektroskopi, Liberty Yogyakarta.
Williams, T.P., Besler, S., 1992, Pyrolysis of Municipal Solid Waste, Journal of The Institute of Energy