INNOVATIVE: Journal Of Social Science Research Volume 4 Nomor 4 Tahun 2024 Page 516-524 E-ISSN 2807-4238 and P-ISSN 2807-4246
Website: https://j-innovative.org/index.php/Innovative

## Manufacturing Bio Briquettes from a Mixture of Coconut Shell and Cane Baggage using the Taguchi Method with the Pyrolysis Process
Anggun Puspitarini Siswanto 1 ✉ , Selvira Paulina Ananda 2
Diponegoro University
Email: selvirananda1@gmail.com 1 ✉

## Abstrak
Kebutuhan  sumber  energi  di  Indonesia  dan  konsumsi  energi  manusia  semakin  meningkat.  Untuk mengantisipasi  hal  tersebut,  maka  dibuatlah  bahan  bakar  alternatif  yaitu  biobriket  dari  tempurung kelapa dan ampas tebu. Biobriket adalah bahan bakar alternatif yang terbuat dari bahan bakar dengan ukuran/diameter kecil (ranting, serbuk, serpihan, serpihan, tempurung kelapa, tempurung kemiri, dan lain-lain). Tempurung kelapa memiliki sifat termal yang baik, yang dapat dilihat dari panas pembakaran, temperatur gelas, dan temperatur leleh, sehingga memiliki peluang yang besar sebagai bahan bakar pengganti. Ampas tebu atau bagasse merupakan hasil sampingan dari proses ekstraksi tebu. Perekat diperlukan untuk membantu membentuk ikatan antar partikel saat pembuatan bio-briket. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu karbonisasi dan komposisi tempurung kelapa terhadap kualitas bio-briket. Analisis proksimat yang dilakukan pada penelitian ini meliputi nilai kalor, kadar air, kadar  zat  mudah  menguap,  dan  kadar  abu.  Penelitian  ini  menggunakan  metode  Taguchi.  Hasil penelitian  analisis  proksimat  telah  memenuhi  SNI.  Metode  Taguchi  dapat  menghasilkan  kombinasi parameter  yang terbaik  sebagai  model  dan  acuan dalam pembuatan  briket  dalam  skala  yang  lebih besar.  Dengan  demikian,  briket  yang  dihasilkan  ramah  lingkungan  dan  sesuai  untuk  memenuhi kebutuhan  bahan  bakar  alternatif.  Dengan  cara  ini,  dapat  meminimalisir  masalah  pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh sampah.
Kata Kunci: Perekat, Briket Bio, Tempurung Kelapa, Ampas Tebu, Taguchi

## Abstract
The need for energy sources in Indonesia and human energy consumption are increasing. To anticipate this, an alternative fuel was made, namely biobriquettes from coconut shells and sugar cane bagasse. Biobriquettes are alternative fuels made from fuel with a small size/diameter (twigs, powder, flakes, flakes, coconut shells, candlenut shells, etc.). Coconut shells have good thermal properties, which can be seen from the heat of combustion, glass temperature and melting temperature, so they have a great opportunity as a substitute fuel. Bagasse or bagasse is a by-product of the sugar cane extraction process. Adhesive is needed to help form bonds between particles when making bio-briquettes. This research aims to determine the effect of carbonization temperature and coconut shell composition on the quality of  bio-briquettes.  The  proximate  analysis  carried  out  in  this  research  included  calorific  value,  water content, volatile matter content and ash content. This research uses the Taguchi method. The results of the proximate analysis research have met SNI. The Taguchi method can produce the best combination of parameters as a model and reference for making briquettes on a larger scale. Thus, the briquettes produced are environmentally friendly and suitable for meeting alternative fuel needs. In this way, we can minimize the problem of environmental pollution caused by waste.
Keywords: Adhesive, Bio Briquettes, Coconut Shell, Sugarcane Bagasse, Taguchi

## PENDAHULUAN
Energi  memiliki  peran  vital  dalam  berbagai  kegiatan  ekonomi  dan  kehidupan masyarakat. Oleh karena itu, Indonesia saat ini membutuhkan sumber energi yang cukup besar karena sebagai negara industri, sebagian besar energi yang digunakan berasal dari bahan  bakar fosil, yaitu minyak bumi,  batu  bara, dan gas. Bahan bakar fosil  merupakan energi  yang  tidak  dapat  diperbaharui  dan  menghasilkan  emisi,  sehingga  jika  digunakan secara  terus  menerus  akan  habis  dan  berdampak  pada  kerusakan  lingkungan.  Untuk mengantisipasi hal tersebut perlu adanya bahan bakar alternatif yang mudah didapat dan murah.
Sampah merupakan masalah yang kompleks baik dari segi ekonomi, sosial, budaya, dan kesehatan. Untuk mengatasi masalah tersebut, menerapkan proses daur ulang untuk menghasilkan produk yang bernilai dari bahan limbah yang dibuang.
Salah satu cara untuk mengatasi kedua masalah tersebut adalah dengan memproduksi bahan bakar alternatif dari biobriket karbon dari sampah organik, antara lain tempurung kelapa dan ampas tebu. Biobriket tempurung kelapa dan ampas tebu dapat menjadi bahan bakar alternatif untuk berbagai keperluan. Biobriket tempurung kelapa lebih disukai karena memiliki  kalori  energi  sebesar  7.340  kalori,  menghasilkan  panas  yang  lebih  besar dibandingkan biobriket arang biasa (Nurdiansyah, 2013).
Penyebaran tanaman kelapa yang luas di Indonesia dan banyaknya industri kecil dan rumah  tangga  yang  menggunakan  kelapa  sebagai  bahan  dasar  menghasilkan  limbah tempurung kelapa. Oleh karena itu, pemanfaatan tempurung kelapa untuk pembuatan bio briket dapat mengatasi masalah limbah tersebut (Maryono, 2013).
Ampas  tebu  atau  bagasse  merupakan  hasil  samping  dari  proses  ekstraksi  tebu. Berdasarkan analisis kimia, ampas tebu memiliki komposisi kimia yaitu, 3,28% abu, 22,09% lignin, 37,65% selulosa, 1,81% sari buah, 27,97% pentosan, dan 3,01% SiO2. Ampas tebu ini menghasilkan sebanyak 32% dari berat tebu yang digiling. Ampas tebu yang mengandung 2,5% gula memiliki nilai kalori sebesar 1.825 kkal. Jika kandungan airnya dikurangi hingga 40% dengan teknologi pengeringan, maka nilai kalori ampas tebu dapat meningkat menjadi 2.305 kkal (Indriani, 1992).
Metode Taguchi diperkenalkan oleh Dr. Genichi Taghuci pada tahun 1940. Metode ini merupakan metodologi baru di bidang teknik yang bertujuan untuk meningkatkan kualitas produk dan proses serta mengurangi biaya dan sumber daya seminimal mungkin (Soejanto, 2009). Desain eksperimen orthogonal array, modifikasi dari desain faktorial fraksional yang dilengkapi dengan transformasi respon berupa rasio signal-to-noise (S/N ratio), menjadi penemuan Taguchi yang paling fenomenal.
Proses  pirolisis  adalah  proses  penguraian  secara  kimiawi  dengan  menggunakan pemanasan tanpa oksigen. Metode ini dapat mengurangi sampah plastik hingga 90%. Bio- oil yang dihasilkan dari pirolisis biomassa dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar fosil. Produk yang diperoleh dari proses ini adalah gas, minyak, dan arang (Atsna, 2022).
Dari uraian di atas, peneliti tertarik untuk menggunakan limbah tempurung kelapa dan ampas tebu sebagai bahan baku dalam pembuatan bio briket dari campuran tempurung kelapa dan ampas tebu dengan perekat tepung tapioka menggunakan metode penelitian Taguchi dengan proses pirolisis.

## METODE PENELITIAN
Persiapan bahan dan alat
Penelitian  terapan  ini  akan  dilakukan  di  Laboratorium  Operasi  Teknik  Kimia  (OTK) Program  Studi  S.Tr  Teknologi  Rekayasa  Kimia  Industri,  Sekolah  Vokasi,  Universitas Diponegoro.  Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  tempurung  kelapa  dan ampas  tebu  dengan  perbandingan  6:4.  Bahan-bahan  limbah  tersebut  diperoleh  dari Magetan, Jawa Timur. Mereka kemudian menggunakan perekat kanji dengan kadar 10%. Peralatan yang digunakan dalam proses pembriketan antara lain seperangkat alat pirolisis, ayakan 60 mesh, cawan porselen, loyang alumunium, termometer, mesin pengepres bio
briket, crusher, timbangan, stopwatch, cangkul, bak, pengaduk, tanur, alat pencacah, oven. Peralatan untuk pengujian nilai kalor adalah seperangkat alat kalorimeter bom.

## Pyrolysis Process
Proses pirolisis dilakukan dalam kondisi terbatas pada pemanasan tanpa suhu yang terkontrol. Pembakaran bahan baku arang hingga menyala pada temperatur 400 ºC, 500 ºC, dan 600 ºC dengan waktu pirolisis 120 menit, 60 menit, dan 90 menit. Kemudian, uap hasil proses pirolisis dialirkan ke kondensor melalui pipa tembaga dan ditampung dalam botol penampung asap.

## Pembriketan
Bahan  baku  yang  digunakan  adalah  tempurung  kelapa,  ampas  tebu,  dan  tepung tapioka. Limbah tempurung kelapa dan ampas tebu ditimbang dengan perbandingan 6:4 dari total berat briket (600 g) untuk cetakan sarang lebah (kotak) dan 100 g untuk cetakan silinder.  Selanjutnya,  perekat  ditambahkan  sebanyak  10%,  dicampur  dengan  air,  dan dipanaskan dalam tungku listrik. Bahan-bahan tersebut diaduk hingga homogen. Campuran bahan dimasukkan ke dalam cetakan mesin press. Tekanan diatur dan divariasikan selama pengepresan yaitu 200 kg/cm2 dan 225 kg/cm2. Biobriket yang telah tercampur dicetak menggunakan alat pencetak biobriket, dikeluarkan dari alat pencetak, dan dibiarkan selama 1x24 jam pada suhu ruang. Biobriket dipanggang di dalam oven dengan suhu 100 ºC, 105 ºC, dan 110 ºC, dengan waktu 12 jam, 18 jam, dan 24 jam. Kemudian, bio -briket siap untuk digunakan dan dianalisis. Analisis yang dilakukan meliputi kadar air, kadar abu, kadar zat mudah menguap, dan nilai kalor. Hasil nilai analisis yang diperoleh kemudian diolah dengan menggunakan persamaan-persamaan dalam metode Taguchi.

## Metode Taguchi
Metode Taguchi dikembangkan berdasarkan pendekatan yang sama sekali berbeda dari metode konvensional dalam rekayasa kualitas. Dalam pengendalian kualitas, Taguchi telah menggabungkan filosofi utama dari industri manufaktur. Pendekatan Taguchi pada desain eksperimen diharapkan dapat mengembangkan kualitas yang kuat terhadap faktor noise (Thomas, 2011). Hasil dari eksperimen konfirmatori akan menentukan apakah tingkat faktor optimal yang diperoleh dapat diperluas ke skala industri.
Analysis Proksimat
Analisis  proksimat  adalah  menentukan  kandungan  unsur/zat  dalam  suatu  sampel tanpa  memperhatikan  struktur  senyawa  yang  sebenarnya.  Pada  penelitian  ini  dilakukan analisis moisture content, ash content, and volatile matter.

## 1. Inherent Moisture
Metode pengujian kadar air adalah sebagai berikut:
Cawan yang telah dibersihkan dikeringkan dalam oven pada suhu 105°C selama 1 jam, kemudian  didiamkan  dalam  desikator  selama  15  menit,  lalu  ditimbang.  Timbang masing-masing  cawan  dan  massa  sampel  sebanyak  3  gram,  kemudian  sampel dikeringkan menggunakan oven pada suhu 105°C selama 24 jam. Sampel dimasukkan ke dalam desikator selama 15 menit, setelah itu ditimbang, kemudian ditimbang dan dikeringkan  secara  berulang  sebanyak  9  sampel.  Hitung  kadar  air  (%)  dengan persamaan:
Inherent moisture (%) = 𝑐 − 𝑑 𝑐 − 𝑏 𝑥100%

## 2. Ash Content
Metode pengujian kadar abu adalah sebagai berikut:
Cawan porselen yang telah dibersihkan dimasukkan ke dalam oven selama 1 jam pada suhu 105°C, kemudian 3 g sampel ditimbang ke dalam cawan porselen tersebut. Bakar dengan  menggunakan  kompor  listrik  sebelum  dimasukkan  ke  dalam  tanur  agar asapnya  hilang,  kemudian  masukkan  sampel  pada  suhu  600- 800°C  selama  3  jam hingga menjadi abu. Dinginkan cawan beserta isinya dalam desikator selama 15 menit, kemudian  timbang  untuk  mendapatkan  berat  abu.  Hitung  kadar  abu  (%)  dengan persamaan:
Ash content (%) = 𝑑 − 𝑏 𝑐 − 𝑏 𝑥100%

## 3. Volatille Matter
Cara menguji materi yang mudah menguap adalah
Pertama, timbang massa cawan porselen, lalu masukkan ke dalam cawan, beri sampel sebanyak 3 g, lalu timbang. Panaskan ke  dalam tanur  pada suhu 750 °C selama 7 menit. Setelah itu, didinginkan dalam desikator selama ½ jam, lalu ditimbang. Hitung kadar zat yang menguap (%) dengan persamaan:
Volatille matter (%) = 𝑐 − 𝑑 𝑐 − 𝑏 𝑥100% − 𝐼𝑀
.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam  percobaan  ini,  empat  faktor  dan  tiga  level  proses  pembentukan  biobriket digunakan: suhu pirolisis (400 ºC, 500 ºC, dan 600 ºC), waktu pirolisis (120 menit, 60 menit, dan 90 menit), suhu pengeringan (100 ºC, 105 ºC, dan 110 ºC), dan waktu pengeringan (12 jam, 18 jam, dan 24 jam). Notasi orthogonal array yang sesuai dengan penelitian ini adalah L9  (34),  yang  mengindikasikan  bahwa  minimal  sembilan  percobaan  penelitian  akan dilakukan.  Berikut  ini  adalah  hasil  pengolahan  data  analisis  proksimat  dengan  metode Taguchi.

## Inherent Moisture
Figure 1. Effect of Main Factors Ratio SN Value of Inherent Moisture
Jenis SNR yang dipilih untuk kadar air arang semakin kecil semakin baik, sehingga level 1  dipilih  sebagai  level  optimal.  Parameter  waktu  pirolisis,  temperatur  pengeringan,  dan waktu  pengeringan  menunjukkan  tren  yang  sama  untuk  kadar  air  yang  melekat,  yaitu menurun seiring dengan meningkatnya level penelitian. Tipe SNR yang dipilih untuk kadar air arang semakin kecil semakin baik, sehingga level ke-3 dipilih sebagai level optimal, yaitu temperatur pirolisis 400 ºC, waktu pirolisis 120 menit, temperatur pengeringan 110 ºC, dan waktu pengeringan 24 jam. Faktor pengeringan sangat mempengaruhi kelembaban yang melekat pada bahan yang akan dipirolisis. Faktor pengeringan terdiri dari suhu dan waktu pengeringan.  Semakin  tinggi  suhu  pengeringan  dan  semakin  lama  waktu  pengeringan, semakin rendah kelembaban yang melekat pada bahan. Semakin tinggi moisture inheren bahan, maka hasil cairan pirolisis yang diperoleh akan semakin besar (Sunarsih, 2012).
Ash Content
Figure 2. Effect of Main Factors Ratio SN Value of Ash Content
Jenis  SNR  yang  dipilih  untuk  kadar  abu  arang  adalah  semakin  kecil  semakin  baik, sehingga level ke-6 dipilih sebagai level optimal. Suhu pengeringan dan waktu pengeringan menunjukkan tren peningkatan kadar abu dan level percobaan. Dari segi kadar abu, level 6 merupakan  level  suhu  pengeringan  yang  optimal  karena  memberikan  kadar  abu  yang paling kecil, yaitu pada suhu pirolisis 500 ºC, waktu pirolisis 120 menit, suhu pengeringan 100  ºC  dan  waktu  pengeringan  18  jam.  Fengel  dan  Wegener  (1995)  mendefinisikan  abu sebagai jumlah yang tersisa setelah pembakaran bahan organik yang komponen utamanya adalah zat-zat mineral, kalium, magnesium, dan silika. Abu yang terkandung dalam bahan bakar  padat  adalah  mineral  yang  tidak  mudah  terbakar  yang  tersisa  setelah  proses pembakaran atau reaksi yang menyertainya selesai. Abu menurunkan kualitas bahan bakar karena mengurangi nilai kalor (Yuwono, 2009).

## Volatile Matter
Figure 3. Effect of Main Factors Ratio SN Value of Volatile Matter
Jenis  SNR  yang  dipilih  untuk  volatile  matter  adalah  semakin  kecil  semakin  baik, sehingga level 1 dipilih sebagai level optimal. Sementara itu, parameter waktu pengeringan
menunjukkan tren penurunan pada level 2 dan kemudian naik lagi pada level 3. Level ke-2 merupakan level optimal untuk waktu pengeringan. Kondisi optimal untuk volatile matter adalah A3B3C3D2, yaitu temperatur pirolisis 600ºC, waktu pirolisis 120 menit, tem peratur pengeringan 105ºC, dan waktu pengeringan 12 jam. Bahan yang mudah menguap antara lain hidrogen, hidrokarbon (C2-C4), CH4, dan CO. Unsur hidrokarbon akan menyebabkan kadar volatile matter semakin tinggi sehingga briket arang akan menjadi mudah terbakar (Fengel  &  Wegener,  1995).  Arang  dengan  kadar  volatile  matter  yang  tinggi  akan  cepat terbakar,  tetapi  asap  dan  arang  dengan  kadar  volatile  matter  yang  rendah  akan  sulit terbakar dan hanya menghasilkan sedikit asap. Kadar zat mudah menguap diklasifikasikan sebagai rendah jika kurang dari 30% (Sudrajat, 1993).

## SIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  yang  dilakukan  di  laboratorium  Operasi  Teknik  Kimia  (OTK) Program  Studi  S.Tr  Teknologi  Rekayasa  Kimia  Industri,  Sekolah  Vokasi,  Universitas Diponegoro, dapat disimpulkan bahwa potensi pengembangan produk briket bio arang dari  limbah  biomassa  sebagai  sumber  energi  alternatif  sangat  besar  dan  berpeluang. Selain itu, hasil uji proksimat telah memenuhi SNI. Metode Taguchi yang digunakan untuk menentukan  pengaturan  parameter  yang  tepat  pada  proses  pembuatan  briket  dapat menghasilkan kombinasi parameter terbaik sebagai model dan acuan dalam pembuatan briket dalam skala yang lebih besar. Dengan demikian, masalah pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh  sampah dapat diminimalisir dengan mengolah sampah menjadi briket yang ekonomis dan ramah lingkungan.

## DAFTAR PUSTAKA
Atsna, H. A. (2022). Pyrolysis is Tools, Types, & Differences with Gasification, Semarang. Fengel, D., Wegener, G. (1995) Wood Chemistry Ultrastructure Chemical Reactions, Gadjah
Mada University, Yogyakarta.
Indriani,  S.  (1992). Manufacture  of  Biobriquettes  from  Sugarcane  Bagasse  Waste, University of North Sumatra, Medan.
Maryono. (2013). Manufacture and Quality Analysis of Coconut Shell Charcoal Briquettes in Terms of Starch Content. Journal of Chemical, pp. 74 – 83.
Nurdiansyah,  H.  S.  (2013). Effect  of  Carbonization  Temperature  Variation  and  Physical Activation  Temperature  of  Coconut  Shell  and  Kluwak  Shell  Activated  Carbon Electrode  on  Capacitance  Value  of  Electric  Double  Layer  Capacitor,  Sepuluh Nopember Institute of Technology, Surabaya.
Sudrajat, R. S., Soleh (1993). Technical Guidelines for Charcoal Making Activated Charcoal, Forestry Research and Development Agency, Bogor.
Sunarsih,  Sri,  Yuli,  P.,  Yordanesa,  S.  (2012). Effect  of  Temperature,  Time  and  Moisture Content  on  the  Preparation  of  Liquid  Smoke  from  Solid  Waste  of  Aren  Starch, National  Seminar  on  Science  &  Technology  Application  Technology  (SNAST), Yogyakarta.
Thomas,  Q.  P.  (2011).  Development  of  a  Trade-off  Function  for  Robust  Optimization Problems  in  Design  Engineering. Proceedings  of  the  IMProVe:  International Conference on Innovative Methods in Product Design, pp. 603 – 6011.
Yuwono, T. (2009). Effect of Addition of Igniters on Briquettes Charcoal from Jat Wood Powder Waste, M.S. Thesis, Gadjah Mada University, Yogyakarta.