## KARAKTERISTIK PEMBAKARAN  BRIKET ARANG BERBAHAN BAKU SAMPAH KOTA DENGAN ANALISA TERMOGRAVIMETRY

## Yudi Setiawan
Jurusan Teknik Mesin, Universitas Bangka Belitung Jl.Merdeka no. 04 Pangkalpinang E-mail : yudiubb@yahoo.co.id
Abstrak  : Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  campuran  bahan terhadap  char  yang  dihasilkan,  energi  aktivasi  dan  karakteristik pembakarannya (ITVM, ITFC, PT dan BT). Proses pirolisis menggunakan 6 sampel  uji  yaitu  benda  uji  1  (100%  bambu),  benda  uji  2  (100%  daun pisang), benda uji 3 (100% plastik  kemasan), benda uji 4 (50% bambu-50% daun pisang), benda uji 5 ( 50% bambu-50% plastik kemasan) dan benda uji 6 (50% daun pisang-50% plastik kemasan) dengan massa 20 gram. Sampel dipirolisis dengan  temperatur akhir 400 o C dengan heating rate 10 o C/menit.
Temperatur    dipertahankan  selama    30  menit  setelah  temperatur  sampel mencapai  temperatur  akhir  yang  diinginkan.  Setelah char hasil  pirolisis diperoleh  kemudian  dilakukan  pembriketan  sebelum  pembakaran.  Bahan briket memiliki massa 3 gram,  yang terdiri dari 2,4 gram arang (80%) dan 0,6 gram binder (2,86% kanji dan 17,14 % air).
Untuk bahan tunggal benda uji 2 ( daun pisang)  menghasilkan  massa akhir pirolisis  tertinggi    yaitu  32,8%  dengan  nilai  kalor    3.982  kal/gram.Variasi campuran  bahan    berpengaruh  terhadap  massa char yang  dihasilkan.
Campuran  bahan  uji  4  (bambu-daun  pisang)  menghasilkan    massa  akhir pirolisis  tertinggi    yaitu  30,3%  dengan  nilai  kalor    5.547  kal/  gram.  Nilai kalor tertinggi   dihasilkan pada campuran benda uji 6 (daun pisang–plastik kemasan) yaitu 8.360 kal/ gram yang kemungkinan disebabkan oleh uap tar yang terkandung dalam volatile matter akan menjadi reaktif. Uap tar dapat mengalami  reaksi  sekunder  berupa cracking menjadi  gas-gas  hidrokarbon yang  terperangkap  di  dalam  pori-pori  partikel  arang  atau  mengalami repolimerisasi menjadi arang. Untuk bahan campuran, benda uji 4 (bambu- daun  pisang)      memiliki  energi  aktivasi  terendah  yaitu  22,923 (kJ/mol).Karakteristik  pembakaran  pada  benda  uji  4yaitu  ITVM  =158 o C  , ITFC=176 o C,  PT =376 o C dan BT =729 o C.
Kata kunci : pirolisis, char, thermogravimetry

## 1. Pendahuluan
Konsumsi  energi  di  berbagai  sektor seperti  transportasi,  industri  dan  energi listrik  untuk  rumah tangga  di  Indonesia tercatat  terus  meningkat  dengan  laju
pertumbuhan  rata-rata  pertahun  sebesar 5,2  %,  sebaliknya  cadangan  energi nasional yang semakin menipis menimbulkan  kekhawatiran  akan  krisis energi  di  masa  mendatang  jika  tidak
ditemukan  sumber-sumber  energi  yang baru. Beberapa peneliti telah melakukan percobaan pada beberapa jenis biomassa untuk  mengetahui  pengaruh  pirolisis terhadap karakteristik biomassa. Grammelis  dkk  (2009)  melakukan penelitian  dengan  sampel  5  sampel berbahan baku kayu, 6 sampel berbahan baku  plastik  dan  2  sampel RDF ( Refused Derived Fuel ). Pirolisis dilakukan  pada  kisaran  temperatur  30 0 C  sampai  dengan  1000 0 C  dengan  laju kenaikan temperatur 20 0 C/menit, sementara proses pembakaran dilakukan dengan kondisi termal yang sama. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kinetika reaksi  dekomposisi RDF merupakan penjumlahan  dari  kinetika  komponen penyusunnya  dan  juga  RDF  dengan komponen  plastik  yang  lebih  tinggi menghasilkan  char  yang  lebih  rendah dengan  reaktivitas  yang  rendah.  Ojolo dan  Bamgboye  (2005)  telah  melakukan penelitian  terhadap  sampel  sampah (campuran  dari  limbah  makanan,  buah- buahan/sayur,  kertas,  plastik  dan  bahan tekstil)  melalui  proses  pirolisis  untuk mendapatkan  tar, char dan  gas.  Pada penelitiannyaberat sampel yang digunakan    seberat  12  kg  dengan temperatur  pirolisis  berkisar  antara  500 0 C  dan    650 0 C,  perbandingan  produk
yang didapatkan dari penelitian tersebut adalah 52,2 % tar, 25,2 % char dan 22,6 %  gas.  Phan  dkk  (2008)  telah  meneliti karakteristik  produk    pirolisis  dari segregated  waste dimana  proses pirolisis  berlangsung  dengan  sampel 200 gram dan dengan kisaran temperatur akhir 350 o C  sampai dengan 700 o C.  Hasilnya  produk char yang dihasilkan 38%- 55% dimana nilai kalor produk  liquid  berkisar  antara  10-12 MJ/kg. Saptoadi (2006) meneliti ukuran partikel  terhadap  laju  pembakaran briket. Hasilnya diperoleh bahwa semakin  kecil  ukuran  partikel  akan menurunkan  laju  pembakaran  briket dari sekam padi, hal ini disebabkan oleh densitas  briket  yang  semakin  tinggi sehingga porositas menjadi lebih rendah dan  difusi  menjadi  terhambat.  Zapusek dkk (2003) melakukan penelitian mengenai  pengaruh  temperatur,  lama dan  ukuran  partikel  dalam  proses karbonasi  terhadap  sifat-sifat  dasar batubara  setelah  dikarbonasi.  Pada variasi  ukuran  partikel  batubara  yang digunakan  pada  temperatur  750 0 C selama  30  menit  menunjukkan  semakin besar ukuran partikel dapat meningkatkan  kandungan  air,  karbon, kalori  dan  hidrogen.  Tetapi  dapat menurunkan kandungan abu, zat volatil,
nitrogen  dan  sulfur.  Gran  (2001) persamaan laju reaksi (k) yang merupakan  representasi  dari  konstanta Arrhenius (𝑘   = 𝐴𝑒 −𝐸/𝑅𝑇 ) dengan A adalah faktor pra eksponensial, E adalah energi  aktivasi, 𝑅 adalah  konstanta  gas universal, T adalah temperatur.
Thermogravimetry Analysis (TGA) merupakan suatu teknik untuk
menganalisa perhitungan stabilitas termal  suatu  bahan  dengan  memonitor perubahan  massa  selama  spesimen diberi perlakuan panas. Grafik perubahan  massa  ditampilkan  sebagai fungsi  terhadap  kenaikan  temperatur dapat dilihat pada gambar 1.

## Gambar 1. Proses pembakaran
Initiation    Temperature  of  Volatile Matter (ITVM)    adalah  temperatur  saat mulai  terbakarnya volatile  matter . Intiation  Temperature of Fixed Carbon (ITFC)  adalah  temperatur  saat  mulai
terbakarnya fixed  carbon . Peak  of weight  loss  rate  Temperature (PT) adalah temperatur saat laju pengurangan massa tertinggi. Burning out Temperature (BT)  adalah  temperatur saat fixed carbon telah habis terbakar .

## 2. Metodologi Penelitian
Gambar 2.  Skema peralatan uji pirolisis
Pada  gambar  2    proses  pirolisis menggunakan  sampel  uji  dengan  massa 20  gram  (1)  dimasukkan  ke  dalam wadah  sampel  (2),  yang  digantungkan dengan  kawat  pada  timbangan  digital (3).  Salah  satu  ujung thermocouple (4) diletakkan  sedikit  di  atas  sampel  dan ujung thermocouple yang  lain  tertanam dalam sampel tetapi sedikit di atas pada bagian  bawah  wadah  sampel.  Bak
0 100 200 300 400 500 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 200 400 600 Te m p e ratu r laju pe ng ur angan m ass a Waktu penurunan massa laju penurunan massa IT V M IT FC P T B T Penampung tar 1 N 2 2 3 5 6 air 7 4 9 10 8 Thermocouple reader
pendingin  (5)  diisi  air.  Nitrogen dialirkan  dari  tabung  (6)  dengan  laju aliran 1 liter/menit menggunakan pengaturan  rotameter  (7). Furnace (8) dipanaskan dengan menghidupkan thermocontroller (9) untuk memperoleh temperatur akhir 400 o C dengan heating
rate 10 o C/menit. Temperatur dipertahankan selama  30 menit  setelah temperatur sampel mencapai temperatur akhir yang diinginkan. Laju pengurangan massa dan data temperatur terekam  di  program  komputer  (10). Setelah char hasil  pirolisis  diperoleh kemudian dilakukan pembriketan sebelum  pembakaran.  Bahan  briket memiliki  massa  3  gram,    yang  terdiri dari 2,4 gram arang (80%) dan 0,6 gram binder  (2,86%  kanji  dan  17,14  %  air). Bahan  tersebut  dicetak  dengan  cetakan berbentuk  silinder  dan  berdiameter  15 mm. Pembriketan dilakukan pada tekanan  250  kg/cm 2 selama  5  menit, setelah  itu  briket  dipanaskan  dalam oven  pemanas  pada  temperatur  100 0 C selama  20  menit  untuk  mengurangi kadar  air.  Pembakaran  briket  dilakukan dengan  cara  menaikkan  temperatur ruang  bakar  secara  bertahap  dengan besar  kenaikan  konstan  tiap  waktu (kenaikan  temperatur  20 0 C  /  menit) sampai tersisa abu.
Gambar 3 Skema peralatan uji pembakaran
Pada  gambar  3  proses  uji  pembakaran, sampel  briket  (11)    dimasukkan  ke dalam wadah sampel (12) yang digantungkan  pada  timbangan  digital (13).  Salah  satu  ujung thermocouple (14)  diletakkan  sedikit  di  atas  sampel dan  ujung thermocouple lain  tepat  di atas  sampel. Blower (15)  mengalirkan udara  dengan  laju  aliran  udara  0,1  m/s. Furnace (16) dipanaskan dengan menghidupkan thermocontroller (17) untuk mengatur heating rate 20 o C/menit.  Laju  pengurangan  massa dan  data  temperatur  terekam  pada program komputer (18).
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Hasil Pengujian Nilai Kalor
Pengujian  uji  proksimat  pada bahan  tanpa  pirolisis  diperoleh  hasil seperti tabel 1 berikut :
13 Thermocouple reader 11 12 14 17 18 16 15
Tabel 1. Hasil uji proksimat bahan mentah Dari uji proksimat terlihat  bahwa kadar fixed  carbon lebih  tinggi  terdapat  pada bahan  plastik kemasan. Kenaikan  nilai kalor  dipengaruhi  oleh volatile  matter dan fixed carbon sedangkan penurunan nilai kalor dapat disebabkan oleh  kadar abu  dan kadar air yang tinggi . 3.2.  Pengaruh  Variasi  Campuran Terhadap  Massa  Arang  Serta  Nilai Kalor
Data lengkap pengujian pirolisis terhadap  massa  arang  dan  nilai  kalor dapat dilihat pada tabel sebagai berikut:
Tabel 2. Massa char dan Nilai kalor
Pada  penelitian  campuran  massa char terbanyak  terdapat  pada  bahan  bambu- daun  pisang,  ini  mungkin  di  sebabkan komponen  bahan  organik  memiliki fixed carbon yang lebih tinggi dari pada bahan anorganik.  Sedangkan  nilai kalor tertinggi  terdapat  pada  bahan  daun pisang-plastik kemasan, hal ini mungkin
disebabkan oleh uap tar yang terkandung  dalam volatile  matter akan menjadi reaktif. Uap tar dapat mengalami  reaksi  sekunder  berupa cracking menjadi  gas-gas  hidrokarbon yang  terperangkap  di  dalam  pori-pori partikel arang atau mengalami repolimerisasi  menjadi  arang  (Di  Blasi,
2008),  sehingga  hal  inilah  yang  diduga memberi kontribusi
terhadap peningkatan  nilai  kalor.  Proses  reaksi sekunder dari uap tar tersebut diilustrasikan pada gambar.
arang             arang Sampah               tar
gas                   gas
Gambar 3.  Reaksi sekunder uap tar
3. 3. Karakteristik Pembakaran
Baha n (%) abu (%) Kad ar air (%) volat ile matt er (%) kar bon teta p (%) Nilai kalor (kal/ gram) Bam bu 8,0 05 7,3 15 80,3
76 4,3 04 4.001,563 Dau n pisa ng 13, 56 10, 155
73,0 8 3,2 77 4.189,169 Plast ik kem asan 1,8 1 0,9 55 95,5 45 1,6
9 8.326,184 Nomor Benda Uji Temperatur pengurangan massa ( o C) Massa char (%) Nilai kalor (kal/gram) 1 183– 398 27,63 6.215 2 173– 402 32,8 3.982 3 290 – 412 15,2 5.649 4 136– 395 30,3 5.547 5 132– 399 25,1 4.913 6 130 – 412 24,2 8.360
 Karakteristik Pembakaran

## Benda Uji 1
Pengurangan  massa  akibat    mulai terbakarnya volatile  matter terjadi  pada suhu  sekitar  203 o C.  Pengurangan massa  akibat    mulai  terbakarnya fixed carbon terjadi  pada  suhu  sekitar    248 o C.  Pengurangan  massa  tertinggi  pada suhu sekitar 364 o C. Fixed carbon habis terbakar terjadi pada suhu sekitar 737 o C dengan  energi  aktivasi  22,981  kJ/mol. Pada akhir pembakaran diperoleh massa akhir  18,1  %  dan  waktu  pembakaran sekitar  23 menit.
Tabel 3. Karakteristik dan energi aktivasi pembakaran bambu
Bahan Karakteristik temperatur pembakaran ( o C) Energi aktivas i (kJ/ mol) ITV M ITF C PT BT Benda Uji 1 203 248 364 737 22,981  Karakteristik

## Pembakaran

## Benda Uji 2
Pengurangan  massa  akibat    mulai terbakarnya volatile  matter terjadi  pada suhu  sekitar    197 o C.Pengurangan massa  akibat    mulai  terbakarnya fixed carbon terjadi  pada  suhu  sekitar    209
o C.  Pengurangan  massa  tertinggi  pada suhu  sekitar  315 o C  dan fixed  carbon
habis  terbakar  terjadi  pada  suhu  sekitar
736 o C dengan energi aktivasi pembakaran  22,623  kJ/mol.  Pada  akhir pembakaran diperoleh massa akhir 16,5 % dengan waktu pembakaran sekitar  21 menit.
Tabel  4.  Karakteristik  dan  energi aktivasi  pembakaran daun pisang Bahan Karakteristik temperatur pembakaran ( o C) Energi aktivasi (kJ/ mol) ITV M ITFC PT BT Benda Uji 2 197 209 315 736 22,623  Karakteristik Pembakaran

## Benda Uji 3
Pengurangan  massa  akibat    mulai terbakarnya volatile  matter terjadi  pada suhu sekitar 242 o C. Pengurangan massa akibat    mulai  terbakarnya fixed  carbon terjadi  pada  suhu  sekitar  288 o C. Pengurangan  massa  tertinggi  pada  suhu sekitar   687 o C dan fixed carbon habis terbakar  terjadi  pada  suhu  sekitar 559 o C. Pada akhir pembakaran diperoleh  massa  akhir  51  %    dengan waktu  pembakaran  sekitar    10  menit dengan  energi  aktivasi  pembakaran 31,420  kJ/mol.  Dari  grafik-grafik    di atas dapat  diketahui   temperatur, energi aktivasi dan waktu  pembakaran seperti dalam tabel berikut
Tabel  5.  Karakteristik  dan  energi aktivasi pembakaran plastik kemasan Bahan Karakteristik temperatur pembakaran ( o C) Energi aktivas i (kJ/ mol) ITV M ITF C PT BT Benda Uji 3 242 248 687 559 31,420

##  Karakteristik Pembakaran Benda Uji 4
Pengurangan  massa  akibat    mulai terbakarnya volatile  matter terjadi  pada suhu  sekitar  158 o C.  Pengurangan massa  akibat    mulai  terbakarnya fixed carbon terjadi pada suhu sekitar 176 o C.
Pengurangan  massa  tertinggi  pada  suhu sekitar  376 o C dan fixed carbon habis terbakar  terjadi  pada  suhu  sekitar  729 o C.  Pada  akhir  pembakaran  diperoleh massa  akhir  28  %  dengan  waktu pembakaran sekitar 18 menit dan energi aktivasi pembakaran 22,923 kJ/mol.
Tabel 6. Karakteristik dan energi aktivasi  pembakaran bambu-daun pisang Bahan Karakteristik temperatur pembakaran ( o C) Energi aktivasi (kJ/ mol) ITV M ITFC PT BT Benda Uji 4 158 176 376 729 22,923

##  Karakteristik Pembakaran Benda Uji 5
Pengurangan  massa  akibat    mulai terbakarnya volatile  matter terjadi  pada
suhu sekitar 174 o C. Pengurangan massa akibat  mulai terbakarnya fixed carbon terjadi  pada  suhu  sekitar  194 o C. Pengurangan  massa  tertinggi  pada  suhu sekitar    384,3 o C  dan fixed  carbon habis  terbakar  terjadi  pada  suhu  sekitar 602 o C. Pada  akhir  pembakaran diperoleh  massa  akhir  20,1  %  dengan waktu pembakaran  18 menit dan energi aktivasi pembakaran 26,265 kJ/mol. Tabel  7.  Karakteristik  dan  energi aktivasi  pembakaran  bambu- plastik kemasan
Bahan Karakteristik temperatur pembakaran ( o C) Energi aktivasi (kJ/mol) ITV M ITFC PT BT Benda Uji 5 174 194 384 602 26,265

##  Karakteristik Pembakaran Benda Uji 6
Pengurangan  massa  akibat    mulai terbakarnya volatile  matter terjadi  pada suhu  sekitar  193 o C  .  Pengurangan massa  akibat    mulai  terbakarnya fixed carbon terjadi pada suhu sekitar 240 o C. Pengurangan  massa  tertinggi  pada  suhu sekitar   420 o C dan fixed carbon habis terbakar  terjadi  pada  suhu  sekitar  574 o C.  Pada  akhir  pembakaran  diperoleh massa  akhir  42  %  dengan  waktu pembakaran  sekitar    42  menit  dengan
energi  aktivasi  pembakaran  32,809 kJ/mol.
Tabel 8. Karakteristik dan energi aktivasi pembakaran daun pisang- plastik kemasan Bahan Karakteristik temperatur pembakaran ( o C) Energi aktivasi (kJ/ mol) ITV M ITFC PT BT Benda Uji 6 193 240 420 574 32,809
Pada proses pembakaran,  bahan -  bahan  campuran  akan  mengalami proses terbakarnya volatile matter lebih awal (temperatur lebih rendah).
Kejadian  ini  mungkin  disebabkan  oleh sifat  bahan  yang  tidak  homogen sehingga memungkinkan terjadinya porositas  yang  berakibat  pada  semakin cepatnya volatile matter terbakar

## 4. Kesimpulan
Untuk bahan tunggal, benda uji 2 (daun pisang)    menghasilkan    massa  akhir pirolisis  tertinggi    yaitu  32,8%  dengan nilai  kalor    3.982  kal/gram.  Untuk bahan campuran,  benda  uji 4 (bambu - daun pisang) menghasilkan  massa akhir pirolisis  tertinggi    yaitu  30,3%  dengan nilai  kalor    5.547  kal/gram.  Nilai  kalor tertinggi      dihasilkan  pada  campuran benda  uji  6  (daun  pisang  –  plastik kemasan)  yaitu  8.360  kal/gram  yang
kemungkinan  disebabkan  oleh  uap tar yang  terkandung  dalam volatile  matter akan  menjadi  reaktif.  Uap tar dapat mengalami  reaksi  sekunder  berupa cracking menjadi  gas-gas  hidrokarbon yang  terperangkap  di  dalam  pori-pori partikel arang atau mengalami repolimerisasi  menjadi  arang.  Untuk bahan  campuran,  benda  uji  4  (bambu  - daun  pisang)      memiliki  energi  aktivasi terendah yaitu 22,923 (kJ/mol). Karakteristik  pembakaran  pada  benda uji  4  yaitu    ITVM=158 o C  ,  ITFC=176
o C,  PT =376 o C dan BT =729 o C.

## Daftar pustaka
Di  Blasi,  C.  ,2008, Modeling  Chemical and  Physical  Processes  of  Wood and  Biomass  Pyrolisis ,  Progress in Energy and Combustion Science 34 , pp. 47-99 Grammelis,P., Basinas, P., Malliopoulou, A., Sakellaropoulos, G., 2009, Pyrolisis Kinetics and Combustion  Characteristics  of Waste  Recovered  Fuels ,  Fuel  88 (2009), pp. 195-205 Gran,  I.R.,  2001,  “ Characterisation  of MSW  for  Combustion  Systems” , SINTEF Energy Research, Norway. Ojolo,S.J dan Bamgboye,2005 , Thermochemical  Conversion  of
Municipal Solid Waste to
Produce Fuel and Reduce Waste Agricultural  Engineering International: the CIGR Ejournal.  Vol.  VII.  Manuscript EE 05 006. September, 2005.
Phan,  AN,  Ryu,  C.,  Sharifi,  V.N., Swithenbank, J., 2008, Characterisation of Slow Pyrolisis Products from Segregated  Wastes  for  Energy Production , J.Anal.Appl.Pyrolisis  81  (2008), pp. 65-71. Saptoadi, H., 2006, The Best Biobriquette  Dimension  and  its Particle  Size ,  The  2nd  Joint International Conference on “Sustainable Energy and Environment  (SEE  2006)”    21- 23 November, Bangkok, Thailand. Zapusek,  A.,  Wirtgen,  C.,  Weigandt,  J. dan Lenart, F., 2003, Characterisation  of  Carbonizate Produced  from  Velenje  Lignite In  Lab-Scale  Reactor, Acta Chim. Slov .50