Chemica Volume 1, Nomor 2, Desember 2014, 77 ‐ 84 ISSN : 2355 ‐ 8776

## Karakteristik Torrefaksi dan Densifikasi Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit
Maryudi*
Program Studi Teknik Kimia, Universitas Ahmad Dahlan, Kampus III, Jln. Supomo, Janturan, Warungboto, Umbulharjo, Yogyakarta 55164
*Email: maryudi@che.uad.ac.id

## Abstract
Energy demand increases continuously due to the growth of industries. Most industries still rely on fossil fuel that its price commonly increases and the deposit in the universe decreases since it is not renewable resource. Indonesia is the largest palm oil producer in the world that has potential abundance biomass of empty fruit bunch (EFB) of oil palm. It can be alternative energy source. The EFB is commonly used as fuel for heat source of boiler jn the palm oil plant. Most applications were by conventional combustion process that has disadvantage of low energy value. The EFB was only chopped and grinded, and then dried prior to combustion process. This study investigates improvement of energy quality of EFB through torrefaction (or light pyrolysis) and densification process.  The EFB was chopped in the small size and grinded in the form of fiber, then dried. The EFB fiber in small slices was pressed in a small steel tube and heated in the range of 200-300  C. The variables of study were duration and temperature of process. The initial heat value of EFB was 18,241 MJ/kg that slightly lower than its of kernel shell heat value 19.955 MJ/kg. The water content were found 6.28% and 4.31% for EFB and kernel shell respectively. Results have shown that torrefaction and densification have improved the calorific value of EFB in the range of 6.58-16.71% of its initial value.  On the other hand, the energy yield has decreased to 97.54, 97.26 and 93.76% of its initial energy yield for torrefaction temperature of 200, 250 and 300  C respectively
Key words: empty fruit bunch, oil palm, solid fuel, torrefaction, calorific value.

## Pendahuluan
Pertumbuhan  industri  yang  pesat  telah  menimbulkan  konsumsi  energi  yang  sangat  besar.  Kebutuhan energi industri di Indonesia  pada umumnya  masih  dipasok  oleh bahan  bakar  minyak  maupun  gas. Di sisi  lain, bahan  bakar  minyak  merupakan  bahan  impor  diIndonesia  dengan  harga  cukup  tinggi.  Industri  kecil  pada umumnya  memiliki  kendala  di  bagian  penyediaan  energi.  Industri  kecil  hampir  tidak  mungkin  menggunakan sumber  energi  dari  bahan  bakar  minyak,  karena  secara  ekonomi  akan  sangat  rugi.  Indonesia  memiliki  potensi biomassa yang sangat besar dan mungkin untuk dimanfaatkan sebagai sumber energy alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil atau bahan bakar minyak. Biomassa dihasilkan dari berbagai kegiatan perkebunan seperti kebun kelapa sawit dan hutan tanaman industri.
Sumber  biomassa  terbesar  di  antaranya  disumbangkan  oleh  perkebunan  kelapa  sawit.  Kelapa  sawit merupakan  tumbuhan  pohon  yang  tingginya  bisa  mencapai  24  meter.  Bunga  dan  buahnya  berupa  tandan  serta bercabang banyak. Buahnya kecil dan berwarna merah kehitaman apabila  masak. Daging buahnya padat. Kulit buah  dan  daging  buah  mengandung  minyak.  Buah  sawit  menempel  pada  tandan  buah.  Buah  sawit  terdiri  dari lapisan eksokarp: bagian kulit buah yang berwarna kemerahan dan licin, lapisan mesokarp: bagian serabut buah, endoskarp: cangkang buah dan endosperm/inti buah dan embrio yang mengandung minyak inti berkualitas tinggi
Volume 1, Nomor 2, Desember 2014, 77-84 ISSN : 2355-8776
[1]. Minyak sawit terkandung dalam serabut buah (mesokarp) yang biasa disebut crude palm oil (CPO) dan inti sawit mengandung minyak inti sawit atau kernel palm oil (KPO).
Tandan kosong kelapa sawit adalah tandan buah kelapa sawit yang telah diambil buahnya melalui proses pemipilan  atau  threshing.  Proses  pengolahan  kelapa  sawit  dapat  disajikan  pada  Gambar  1  [2].  Kelapa  sawit menghasilkan produk berupa minyak sawit, dan limbah berupa tandan kosong kelapa sawit dan cangkang sawit. Potensi tandan kosong kelapa sawit di Indonesia mencapai 11.7 juta ton pada tahun 2011 [3].
Gambar 1. Proses pengolahan kelapa sawit (Sumber: Uemura et al., 2011)
Potensi kelapa sawit di Indonesia sangat besar yang tersebar di seluruh wilayah, terutama Sumatera dan Kalimantan.  Produksi  minyak  sawit  Indonesia  tumbuh  dari  21.390.326  ton  tahun  2009 menjadi  22.899.109  ton tahun 2011[4]. Sebaran produsen utama minyak sawit (Crude Palm Oil/CPO) berdasarkan provinsi disajikan pada Tabel  1.  Produksi  minyak  sawit  yang  besar  juga  memberikan  gambaran  betapa  besar  limbah  biomassa  yang dihasilkan. Limbah biomassa  kelapa sawit dapat dilihat di  dua tahapan, di kebun  kelapa sawit ( on farm ) dan di pabrik kelapa  sawit ( off farm ), potongan pelepah, batang pohon  kelapa sawit  dan limbah tandan kosong  kelapa dari pabrik CPO.
Tandan  kosong  kelapa  sawit  selama  sudah  dimanfaatkan  sebagai  bahan  bakar  boiler,  namun pemanfaatanya  belum  maksimal.  Karakteristik  tandan  kosong  berbeda  dengan  cangkang  dan  serabut,  hal  ini menyebabkan tandan kosong tidak dapat digunakan sebagai sumber energi secara langsung dengan menggunakan fasilitas yang sama dengan cangkang dan serabut. Karakteristik yang berbeda dari tandan kosong, menyebabkan dibutuhkannya teknologi yang khusus dalam pemanfaatannya sebagain bahan bakar [5].
Tabel 1. Produksi minyak sawit (ton) di Indonesia
Provinsi 2009 2010 2011 Sumatera Utara 3 862 399 3 899 623 4 001 150 Riau 5 311 368 5 495 968 5 391 303 Jambi 1 499 891 1 644 086 1 690 990 Sumatera Selatan 2 313 508 2 542 822 2 481 090 Kalimantan Barat 1 331 659 1 426 876 1 408 629 Kalimantan Tengah 1 798 102 1 724 668 2 115 445 Kalimantan Selatan 1 041 367 1 049 219 1 029 141 Sumber: (BPS,2012)
Volume 1, Nomor 2, Desember 2014, 77-84 ISSN : 2355-8776
Torrefaksi  adalah  metode  termal  untuk  konversi  biomassa  yang  beroperasi  pada  suhu  200-300  C. Proses  ini  dilakukan  pada  kondisi  atmosferis  tanpa  adanya  oksigen.  Nama  lain  dari  proses  torrefaksi  adalah roasting, slow-and mild pyrolysis, wood cooking dan pengeringan suhu tinggi. Torrefaksi adalah adalah teknologi yang dapat meningkatkan sifat-sifat biomassa [6]. Densifikasi adalah proses pemadatan biomassa dengan tekanan tertentu.  Wang  [7]  melakukan  kombinasi  torrefaksi  dan  densifikasi  sisa  gergaji  menjadi  pelet.  Pelet  yang dihasilkan memiliki kualitas yang bagus.
Pemanfaatan  limbah  tandan  kosong  kelapa  sawit  masih  sangat  terbatas.  Di  sisi  lain  hidupnya  industri kecil  sangat  ditentukan  oleh  pemenuhan  kebutuhan  energi.  Beberapa  pabrik  kelapa  sawit  skala  kecil  hanya mengolah tandan kosong kelapa sawit dengan menggiling dan mengeringkan. Kemudian bahan tersebut dibakar biasa. Hal ini memberikan kandungan energi per volumenya rendah. Selain itu pembakaran secara sederhana juga mengakibatkan  sulit  untuk  mengendalikan  panas  yang  dihasilkan.  Oleh  karena  itu  perlu  dilakukan  usaha  untuk menghasilkan bahan bakar padat berbasis limbah tandan kosong kelapa sawit yang memiliki kualitas yang baik.
Penelitian ini dirancang untuk  meningkatkan  kualitas tandan  kosong  kelapa sawit sebagai bahan bakar melalui  proses  torrefaksi  (pemanasan)  dan  densifikasi  (pemadatan).  Proses  ini  diharapkan  akan  menghasilkan bahan bakar padat yang memiliki kandungan panas per satuan volume yang lebih besar, pembakaran yang stabil, efisiensi pembakaran yang lebih baik.

## Metode Penelitian
Bahan :  bahanutama  adalahtandan  kosong  kelapa  sawit.  Tandan  kosong  kelapa  sawit  (TKKS)  yang sudah diolah berupa serat/fiber yang didatangkan dari pabrik kelapa sawit di Indragiri Hilir, Riau.
Alat :  alat  penelitian  yang  digunakan  pada  percobaan  pendahuluan  adalah  alat  pemotong  untuk memotong  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  menjadi  lebih  pendek.  Oven  digunakan  untuk  mengeringkan  serat dari tandan kosong kelapa sawit. Thermogravimetric Analyzer (TGA) digunakan untuk menentukan rentang suhu operasi torrefaksi. Sedangkan alat utama adalah alat pres hidrolik berupa cetakan silinder yang dilengkapi dengan pemanas,  pengukur  suhu  dan  pengukur  tekanan.  Alat  uji  tekan  digunakan  untuk  mengukur  kuat  tekan  bahan bakar  padat  hasil  torrefaksi  dan  densifikasi.  Alat  uji  kandungan  panas  bahan  bakar  padat  hasil  torrefaksi  dan densifikasi.
Prosedur penelitian : prosedur secara umum dapat dilihat pada Gambar 2. Tandan kosong kelapa sawit yang  sudah  berupa  serat/fiber  dipotong-potong  menjadi  ukuran  kecil  0,5-1  cm.  Potongan  serat  tandan  kosong kelapa sawit dikeringkan dalam oven pada suhu 60  C selama 3-4 jam.
Sebagian  kecil  bahan  diambil  untuk  diuji  thermogravimetry  dan  kandungan  panas.  Selanjutnya  bahan dimasukkan dalam cetakan alat pres untuk dilakukan densifikasi (pengepresan) dan torrefaksi (pemanasan) secara simultan. Suhu pemanasan ditentukan dari hasil uji thermogravimetry diperkirakan berkisar 200-300  C. Tekanan proses dilakukan eksplorasi dengan meningkatkan penekanan sampai bahan padat dimampatkan secara maksimal. Variabel yang diteliti meliputi suhu proses dan lama proses. Pengujian heat value dilakukan pada hasil torrefaksi dan densifikasi secara simultan dengan alat bomb-calorimeter untuk memperoleh nilai kalor setiap satuan berat.
Analisis hasil: analisis meliputi kekuatan mekanik bahan bakar padat dan kandungan panas bahan bakar padat.  Kondisi  terbaik  dicari  untuk  memberikan  hasil  bahan  bakar  padat  kandungan  panas  yang  tinggi.  Grafik hubungan  variabel  (suhu  proses,  waktu)  dengan  hasil  (respon)  berupa heat  value (kandungan  panas)  akan memberikan gambaran kondisi operasi yang memberikan hasil terbaik.
Volume 1, Nomor 2, Desember 2014, 77-84 ISSN : 2355-8776
Gambar 2. Diagram alir penelitian

## Hasil dan Pembahasan

## Karakteristik Tandan Kosong Kelapa Sawit
Karakterisasi serat tandan kosong kelapa sawit telah dilakukan dengan mengukur kadar air, kadar fixed carbon,  kadar  volatile.  Selain  itu  pengukuran  terhadap  parameter-parameter  tersebut  juga  dilakukan  terhadap cangkang  buah  kelapa  sawit.  Hal  ini  karena  selama  ini  cangkang  buah  dinilai  lebih  baik  sebagai  sumber  bahan bakar karena sifatnya yang keras dan padat.
Analisis  kadar  air  menunjukkan  fiber  dari  tandan  kosong  kelapa  sawit  memiliki  kandungan  air  sekitar 6,28 %.  Sementara cangkang kelapa sawit (palm kernel shell) mengandung air  sedikit lebih rendah sekitar 4,31 %.
Analisis thermogravimetri (TG) menunjukkan hasil seperti disajikan pada Gambar 3, sementara bentuk derivative  thermogravimetri  (DTG)  disajikan  pada  Gambar  4.  Gambar  3  dan  4  menunjukkan  bahwa  baik  fiber dari tandan kosong kelapa sawit maupun cangkang kelapa sawit mengalami beberapa langkah degradasi (multiple steps  degradation)selama  proses  pemanasan.  Hal  ini  bisa  dilihat  adanya  beberapa  puncak  dalam  kurva  DTG (Gambar  4).  Namun,  proses  utama  degradasi  terjadi  pada  rentang  suhu  200-400  C.  Pada  awal  proses  ditandai dengan  pelepasan  air  yang  terkandung  dalam  fiber/serat,  selanjutnya  pada  proses  degradasi  utama  akan melepaskan  zat-zat  volatile  yang  lain  yang  memiliki  titik  penguapan  lebih  tinggi.  Selain  itu  juga  terjadi dekomposisi yang menghasilkan asam asetat, furfural, hydroxiacetone sebagaimana dilaporkan sebelumnya oleh Pathwardhan et al. [8].
Uji  kandungan  panas,  Uji kuat tekan Bahan bakar padat TKKS TKKS Uji  TGA,  Uji  Kandungan panas Pemotongan Torrefaksi  dan  densifikasi secara simultan Pengeringan
Volume 1, Nomor 2, Desember 2014, 77-84 ISSN : 2355-8776
Gambar 3. Grafik thermogravimetri (TG) dari fiber tandan kosong dan cangkangkelapa sawit
Hasil  tes  thermogravimetri  (TG)  dan  derivatif  thermogravimetri  (DTG)  juga  memberikan  gambaran bahwa antara fiber/serat dari tandan  kosong kelapa sawit dan cangkang (kernel shell) tidak ada perbedaan yang signifikan  dalam  sifat  degradasinya.  Hal  ini  ditunjukkan  dari  kurva  yang  hampir  sama,  menunjukan  langkah degradasi dan suhu degradasi yang hampir sama.
Kurva thermogravimetri (TG) dan derivatif thermogravimetri (DTG) dijadikan acuan untuk menentukan kondisi operasi torrefaksi. Kondisi proses torrefaksi dilakukan pada tahap awal terjadinya degradasi utama. Maka rentang suhu 200-300  C dipilih untuk melakukan proses torrefaksi.
. Gambar 4. Grafik thermogravimetri derivatif (DTG) dari fiber tandan kosong dan cangkangkelapa sawit

## Karakteristik Torrefaksi
Torrefaksi dilaksanakan pada rentang suhu 200-300  C, sesuai dengan hasil pengujianthermogravimetri (TG). Nilai panas (calorific value /heat value) setelah proses torrefaksi ditampilkan dalam Tabel 2 dan Gambar 5.
0 20 40 60 80 100 0 200 400 600 800 1000 % berat Suhu,  C Fiber Cangkang
-0,60 -0,50 -0,40 -0,30 -0,20 -0,10 0,00 0,10 0 200 400 600 800 1000 berat derivatif % Suhu,  C Fiber Cangkang
Volume 1, Nomor 2, Desember 2014, 77-84 ISSN : 2355-8776
Selain itu uji calorific value juga dilakukan pada cangkang (kernel shell) tanpa proses torrefaksi. Calorific value cangkang sebesar 19.955 MJ/kg lebih besar sedikit dibanding calorific value fiber sebesar 18,241MJ/kg.
Tabel 2. Data calorific value (nilai kalor) fiber setelah torrefaksi pada berbagai suhu dan waktu proses
Waktu, menit Calorific Value, MJ/kg T = 200  C T = 250  C T = 300  C 0 18,241 18,241 18,241 15 18,512 19,002 19,314 30 19,072 19,483 20,835 45 19,132 20,403 21,321 60 19,442 20,522 21,289
Hasil  menunjukkan bahwa  kondisi  waktu dan suhu torrefaksi berpengaruh pada kandungan panas atau calorific  value  (CV).    Semakin  lama  proses  torrefaksi  akan  meningkatkan  kandungan  panas.  Gambar  5 menunjukkan waktu sekitar 45 menit memberikan hasil yang optimum. Setelah 45 menit, nilai kandungan panas atau CVrelatif tidak berubah.
Perubahan suhu proses juga memberikan pengaruh pada calorific value. Gambar 5 menunjukkan bahwa semakin  tinggi  suhu  semakin  besar  calorific  value  (CV).  Pada  suhu  300  C  memberikan  peningkatan  yang terbesar,  dari  calorific  value  (CV)  18,241  MJ/kg  sebelum  torrefaksi  menjadi  21,289  MJ/kg  setelah  proses torrefaksi.  Suhu  yang  tinggi  memberikan  proses  pembebasan  bahan  volatile  yang  lebih  sempurna,  sehingga kandungan atau persentase fixed carbon dalam hasil akan semakin besar. Hal ini berarti meningkatkan kandungan panas atau calorific value (CV). Calorific value (CV) yang tinggi berarti semakin baik untuk penerapan sebagai bahan bakar, dengan volume yang kecil tetapi memberikan nilai panas yang besar.
Gambar 5. Grafik hubungan calorific value (heat value) dengan waktu torrefaksi.
Uemura  et.  al.  [2]  menggunakan  istilah  calorific  value  ratio  atau  CV  ratio  untuk  menyatakan perbandingan antara calorific  value sebelum proses  torrefaksi dengan  sesudah proses torrefaksi.  Calorific  value ratio  disajikan  pada  Tabel  3.  CV  ratio  naik  sesuai  dengan  kenaikan  suhu  proses  torrefaksi.  Setelah  proses torrefaksi selama 60 menit, CV ratio naik 6,58 %, 12,50 % dan 16,71 % berturutan untuk suhu 200, 250 dan 300  C.
18 19 20 21 22 0 15 30 45 60 75 calorific value. MJ/kg Waktu, menit 200 C 250 C 300 C
Volume 1, Nomor 2, Desember 2014, 77-84 ISSN : 2355-8776
Tabel 3. Data calorific value ratio dari fiber setelah torrefaksi pada berbagai suhu dan waktu proses
Waktu, menit Calorific Value ratio (CV ratio), % T = 200  C T = 250  C T = 300  C 0 100 100 100 15 101,49 104,17 105,88 30 104,56 106,81 114,22 45 104,88 111,85 116,89 60 106,58 112,50 116,71
Selain calorific value, hal yang penting untuk diamati adalah enegy yield. Energy yield merupakan kasil kali  mass  yield  dengan  CV  ratio  [2].  Energy  yield  menyatakan  energy  yang  diperoleh  dari  proses  torrefaksi. Energy yield disajikan pada Tabel 4 dan ditampilkan dalam Gambar 6.
Tabel 4. Data energi yield pada berbagai suhu setelah proses torrefaksi selama 60 menit
Suhu Proses,  C CV ratio, % Mass yield Energy Yield, % 200 106,58 0,9151 97,54 250 112,50 0,8642 97,26 300 116,71 0,8034 93,76
Gambar 6. Grafik hubungan energy yield dan suhu torrefaksi.
Gambar 6  menunjukkan bahwa energy  yield turun dengan naiknya  suhu proses torrefaksi. Di  sisi lain, seperti dibahas sebelumnya bahwa calorific value naik dengan naiknya suhu proses torrefaksi (Gambar 5). Hal ini menunjukkan  bahwa  naiknya  suhu  proses  torrefaksi  bisa  memberikan  keuntungan  bahwa  bahan  memiliki calorific value yang tinggi, namun ada kerugian yaitu turunnya energy yield, atau ada kehilangan potensi energy dari bahan.

## Simpulan dan Saran

## Simpulan
Karakterisasi  bahan  dan  torrefaksi  telah  dilaksanakan  pada  berbagai  kondisi.  Dari  pembahasan  dapat ditarik  simpulan  a)  fiber  dari  tandan  kosong  kelapa  sawit  memiliki  sifat  yang  hampir  sama  dengan  cangkang kelapa  sawit,  baik  kandungan  air,  kandungan  energy  dan  sifat  degradasi;  b)  calorific  value  fiber  pada  kondisi
80 90 100 150 200 250 300 350 Energy yield (%)
Suhu, C
awal  sebesar  18,241  MJ/kg  lebih  kecil  sedikit  dibanding  calorific  value  cangkang  sebesar  19.955  MJ/kg;  c) kenaikan  suhu  proses  torrefaksi  mengakibatkan  naiknya  calorific  value,  namun  energy  yield  berkurang. Torrefaksi  memiliki  keuntungan  peningkatan  kualitas  bahan  bakar  padat,  tetapi  menurunkan  kandungan  energy (energy yield).

## Saran
Pengujian  kuat  tekan  perlu  dilakukan  untuk  mengetahui  kekuatan  briket  yang  dihasilkan.  Penelitian torrefaksi bisa dilanjutkan untuk mempelajari proses dan kondisi operasi yang memberikan kekuatan tekan yang baik.

## Daftar Pustaka
[1] Depratemen  Perindustrian,  2007,  Gambaran  Sekilas  Industri  Minyak  Kelapa  Sawit,  Sekretaris  Jenderal Departemen Perindustrian, Jakarta.
[2] Uemura, Y., Omar, W.N., Tsutsui, T. and Yusup, S.B. 2011. Torrefaction of oil palm  wastes. Fuel . 90 (8): 2585-2591.
[3] Cahyanto, M.N., 2012, Penelitian Kelapa Sawit Di Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Gadjah Mada, Seminar Kelapa Sawit, FTP-UGM, Yogyakarta
[4] BPS,  2012,  Perkembangan  Beberapa  Indikator  Utama  Sosial-Ekonomi  Indonesia,  Badan  Pusat  Statistik, Jakarta, Indonesia. p.71
[5] Fabijanto,  I.,  2011,  Kajian  Teknis  &  Keekonomian  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Biomasa  Sawit;  Kasus:  Di Pabrik  Kelapa  Sawit    Pinang  Tinggi,  Sei  Bahar,  Jambi, Journal  of  Mechatronics,  Electrical  Power,  and Vehicular Technology,Vol. 02, No 1, pp 11-22 .
[6] Van  der  Stelt,  M.J.C.,  Gerhauser,  H.,  Kiel,  J.H.A.  and  Ptasinski,  K.J.  2011.  Biomass  upgrading  by torrefaction for the production of biofuels: A review. Biomass and Bioenergy . 35 (9): 3748-3762.
[7] Wang, C., Peng, J., Li, H., Bi, X.T., Legros, R., Lim, C.J. and Sokhansanj, S. 2013. Oxidative torrefaction of biomass  residues  and  densification  of  torrefied  sawdust  to  pellets. Bioresource  Technology . 127 (0):  318- 325.
[8] Patwardhan,  P.R.,  Brown,  R.C.,  Shanks,  B.H.,  2011.  Product  distribution  from  the  fast  pyrolysis  of hemicellulose. ChemSusChem 4, 636–643.