## UJI PARAMETER TEMPERATUR DAN TEKANAN VAKUM TERHADAP YIELD CANGKANG KEMIRI PADA PROSES PIROLISIS
Abdul Rahman 1,* , Fauzan 1 dan Eddy Kurniawan 2
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh Lhokseumawe Jalan Cot Tengku Nie, Reuleut, Muara Batu, Aceh Utara, Indonesia
2 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh Lhokseumawe Jalan Cot Tengku Nie, Reuleut, Muara Batu, Aceh Utara, Indonesia *Email: rahman_muis@yahoo.com

## ABSTRAK
Paper ini menjelaskan hasil penelitian bio-oil dari proses pirolisis biomassa cangkang kemiri pada  sistem  pirolisis  vakum.  Temperatur  dan  tekanan  vakum  digunakan  sebagai  parameter input untuk mengetahui yields cangkang kemiri. Penelitian ini menggunakan reaktor pirolisis fast  fixed  bed dengan  menambahkan  pipa  di  dalam  reaktor  untuk  mengalirkan  udara  panas. Pipa  api  ini  dimaksudkan  untuk  menambah  luasan  permukaan  yang  bersentuhan  dengan biomassa  sehingga  diharapkan  panas  yang  diterima  dapat  lebih  merata.    Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  pada  temperatur  400 0 C,  tekanan  -20  kPa,  laju  panas  tetap  pada  15 0 C/menit  dan  waktu  penahanan  selama  60  menit, yield  bio - oil adalah  43.04%.  Pengujian dengan  kalorimeter  diperoleh  nilai  kalor  asap  cair  sebesar  29.42  MJ/kg.  Nilai  tersebut memperlihatkan  hasil  yang  lebih  tinggi  dari  beberapa  jenis  biomassa  lainnya.  Dari  hasil penelitian  ini  dapat  disimpulkan  terdapat  pengaruh  signifikan  secara  simultan  antara temperatur  dan  tekanan  terhadap  nilai  properti yield cangkang  kemiri.  Sebaliknya  secara parsial pengaruh temperatur sangat dominan dibandingkan tekanan terhadap yield asap cair.
Kata kunci : Pirolisis, Cangkang kemiri, Vakum, Yield

## 1. PENDAHULUAN
Menemukan  sumber  energi  alternatif selain  bahan  bakar  fosil  mendesak  untuk dilakukan seiring dengan semakin berkurangnya cadangan minyak dan meningkatnya  permintaan  energi,  untuk otomotif, bahan  baku  untuk  industri kimia dll.  Biomassa lignoselulosa adalah  satu- satu  sumber  terbarukan  yang  dapat dikonversikan menjadi bentuk bahan bakar cair,  padat,  dan  gas,  selain  panas  dan listrik, tanpa menimbulkan efek emisi CO 2 [1].  Pada  tahun  2100,  populasi  dunia diperkirakan akan lebih dari 12 miliar dan diperkirakan  permintaan  energi  akan meningkat  lima  kali  permintaan  saat  ini [2].  Dalam  keadaan  seperti  itu,  manusia harus  mendapatkan  sumber-sumber  energi baru  untuk  kelangsungan  hidupnya  yang bisa memenuhi  kebutuhan energi di masa depan.
Pengalihan  kepada  energi  terbarukan untuk kebutuhan manusia dengan berbagai  macam  bentuknya  telah  menjadi perhatian  para  peneliti  dan  ilmuan  di banyak  negara.  Sumber  energi  dari  proses pirolisis  dipandang  lebih  menarik  diantara berbagai proses termo-kimia karena kesederhanaan  dan  kemampuan  yang tinggi  dalam  mengkonversi  biomassa  dan limbah padat menjadi produk cair.
Pirolisis merupakan salah satu teknologi dengan perspektif industri terbaik  karena  kondisi  proses  dapat dioptimalkan  untuk  memaksimalkan  hasil dari  gas,  cairan,  atau  arang[3].  Pirolisis biomassa  dapat  dibagi  kedalam  beberapa tipe  sesuai  dengan  kondisi  reaksinya  [4], seperti pirolisis konvensional ( conventional  pyrolysis ),  pirolisis  cepat
( fast  pyrolysis )  dan  pirolisis  vakum
( vacuum pyrolysis ). Pirolisis vakum menarik  perhatian  banyak  peneliti  lokal dan  luar,  karena  konsumsi  energi  yang relativ rendah dan yield bio-oil yang tinggi [5,6]. Yield  bio-oil dan rasio  transformasi energi  dipengaruhi  oleh  sistem  pirolisis dan properti raw material (biomassa) [7].
Penelitian  ini  mencoba  mengangakat proses  pirolisis  dengan  sistem  vakum terhadap limbah cangkang kemiri sehingga dapat  mengetahui yield asap  cair  dan properti yang terkandung di dalamnya.

## 2. MATERIAL DAN METODE
Cangkang  buah  kemiri  diperoleh  dari perkebunan  kemiri  yang  banyak  terdapat di sekitar Lhokseumawe. Cangkang kemiri yang  digunakan  sudah  dikeringkan  hingga kandungan air sekitar 5%. Ukuran
cangkang  kemiri  rata-rata  0,5  cm  dan memiliki nilai kalori 20.20 MJ/kg. Properti cangkang  kemiri  diperlihatkan  pada  tabel 1.
Cangkang kemiri dimasukkan ke dalam reaktor fixed  bed sebanyak  5  kg.  Bagian utama  dari  sistem  pirolisis  yaitu  reaktor, perangkap tar dan kondensor menggunakan fluida air. Tinggi reaktor 50 cm dan diameter 40 cm. Gambar skematik dari  sistem  pirolisis  dapat  dilihat  pada gambar 1.
Proses pemanasan reaktor menggunakan  bahan  bakar  gas  LPG dimana  variasi  temperatur  yang  dipilih adalah    300,  350,  400  dan  450 0 C  diukur menggunakan thermocouple. Tekanan negatif  (vakum)  tabung  divariasikan  pada 20, 35, 50 dan 65 kPa. Tabel 1. Data properti cangkang kemiri [8] Kelembaban Minyak Karbohidrat Abu Serat 5-10% 7-10% 10-20% 55-65% 1-2%
Gambar 1. Skema proses pirolisis
Pemanasan  dilakukan  terhadap  reaktor dengan  laju  15 0 C/menit  hingga  temperatur konstan  yang  tetapkan  tercapai.  Kombinasi parameter  input  dilakukan  menggunakan disain eksperimen orthogonal L 16 (2 4 ).
Asap  hasil  yang  terbentuk  didalam reaktor  diarahkan  melewati  perangkap  tar yang terdapat diantara reaktor dan kondensor.  Selanjutnya  uap  dengan  densitas yang  lebih  besar  akan  terperangkap  pada perangkap tar secara gravitasi. Sementara itu gas  dengan  densitas  yang  lebih  ringan  akan memasuki  kondensor.  Kondensor  yang digunakan  berupa  drum  berdiameter  0,5 meter, tinggi 1,5 meter dimana terdapat pipa dengan  diameter  2  cm  yang  dibentuk  spiral dengan  panjang  lintasan  4  meter.  Aliran  gas dalam  kondensor  diarahkan  mengalir  dari bagian  atas  kebawah.  Sebagai  media pendinginan  digunakan  air  es  yang  di  jaga konstan  pada  temperatur  dibawah  10 0 C. Pada bagian ini kondensasi terjadi dan secara gravitasi kondensat akan masuk kedalam bak penampungan yang ditempatkan pada bagian bawah kondensor.
Tabel 2. Variables Uji dan Level Level X1 ( 0 C) X2 (kPa) 1 300 20 2 350 35 3 400 50 4 450 65
Sampel  yang  dimasukkan  kedalam reaktor setiap percobaan adalah 5 kg. Produk yang diperoleh berupa padatan arang , cairan dan  gas  ditimbang  untuk  mendapatkan yield masing-masing produk. Persamaan yield cair digunakan adalah sbb:
𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 = 𝑀𝑐 𝑀𝑏 𝑥100%
1)
dimana:
Mc = Massa produk cair (kg) Mb = Massa biomassa (kg)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  proses  pirolisis  berupa  asap  cair diperoleh  dengan  mengkombinasikan  variasi
temperature dan tekanan vakum seperti pada table  3.  Pengaruh  kenaikan  temperatur  dan tekanan  dapat  dilihat  pada  gambar  2  dan  3 sesuai  dengan  data  dari  table  3.  Pada temperature  300  hingga  450 0 C  dengan tekanan  vakum  20,  35,  50  dan  65  kPa, terlihat kenaikan nilai yield asap cair.
Penelitian  ini  menggunakan  disain orthogonal  dengan  jumlah  16  pengujian sebagaimana diperlihatkan pada tabel 3.
Tabel 3: Hasil pengujian No X 1 X 2 Y 1. 1 1 1 40.04 2. 1 2 36.61 3. 1 3 32.24 4. 1 4 28.40 5. 2 1 42.30 6. 2 2 40.98 7. 2 3 33.95 8. 2 4 29.04 9. 3 1 43.04 10. 3 2 39.52 11. 3 3 41.04 12. 3 4 38.47 13. 4 1 34.49 14. 4 2 37.67 15. 4 3 35.96 16. 4 4 30.23 dimana: X 1 : Temperatur X 2 : Tekanan
Y : Yield Bio oil (%)
Pengujian  secara  statistik  dilakukan dengan analisa regresi berganda menggunakan  excel    terhadap  data  hasil percobaan  untuk  mengetahui pengaruh parameter input terhadap outputnya. Informasi  yang  diperoleh  dari  analisis statistik  adalah  Adjusted  R  Square  =  0.87 yang menunjukkan adanya korelasi yang erat antar variabel bebas dan terikat.
Derajat bebas (db) total adalah k = n-1 =  15  dan    db  bebas  regresi  k  –  2  =  13. Dengan tingkat keykinan 95% nilai F hitung =  128.73  >  dari  F  tabel  =  2.448.  Nilai  t hitung untuk temperatur = 5.83 > dari nilai t tabel  =  1.77.  Sedangkan  nilai  t  hitung  untuk tekanan  =  0.49  <  dari  nilai  t  tabel  =  1.77.
0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 Yield Tekanan Yield Predicted Yield
Hubungan  secara  parsial  antar  variabel diperlihatkan  pada  gambar  3  dan  4.  Dari perhitungan  regresi  berganda  diperoleh persamaan sbb:
𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 = 0.085 𝑋1 + 0.059 𝑋2
2)
Gambar  2.  Pengaruh  temperature  dan tekanan terhadap yield bio oil
Gambar  3. Hubungan  variabel  temperatur dengan yield dan prediksi yield
Gambar  4.  Hubungan  variabel  tekanan dengan yield dan prediksi yield
Berdasarkan pengujian terhadap kandungan energi dari bio-oil diperoleh nilai 29.42  MJ/kg.,  berat  jenis  1100  kg/m3,  titik nyala 150 0 C. dan viskositas minyak 64.7 cSt pada 30 0 C. Tabel 4 memperlihatkan properti beberapa produk pirolisis biomassa.
Tabel  4.  Perbandingan  dengan  biomassa lainnya Analisa Minyak ampas tebu [9] Minyak rami [9] Viskositas Kinetik pada 30 0 C (cSt) 89.34 12.8 Densitas (kg/m 3 ) 1198 1224 Titik Nyala ( 0 C) 105 >70 HHV (MJ/kg) 20.072 21.091

## 4. KESIMPULAN
Dari  penelitian  dengan  menggunakan disain eksperimen orthogonal proses pirolisis cangkang kemiri dengan sistem vakum maka dapat disimpulkan sbb:
(1) Yield  bio  oil dan  nilai  rasio  konversi energi cenderung meningkat hingga mencapai  temperatur  400 0 C  dimana yield tertinggi diperoleh pada tekanan 20 kPa.
(2) Dengan melihat nilai F hitung (128.73)  > F tabel (2.44) pada taraf 5%, temperatur dan tekanan  secara  simultan  mempengaruhi yield.
(3) Nilai t hitung untuk temperatur (5.83)  > t tabel  (1.77) dan  nilai  t  hitung  untuk  tekanan (0.49)  <  dari  nilai  t  tabel  maka  temperatur secara parsial mempengaruhi yield sedangkan  tekanan  secara  parsial  tidak mempengaruhi yield.
0 10 20 30 40 50 0 200 400 600 Yield Temperatur Yield

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Maider, Lopez, Aguado, Artetxe, Bilbao, and  Olazar,  Effect  of  Vacuum  on Lignocellulosic Biomass Flash Pyrolysis in a Conical Spouted Bed Reactor, ACS Publication,  Energy  Fuels  2011,  25,  pp 3950–3960
[2]   Marshall, T, A., Morris, J. M., A Watery Solution  and  Sustainable  Energy  Parks, CIWM Journal (2006) 22-23.
[3]  Bridgwater,  A.  V.,  Biomass  Bioenergy 2011, DOI: 10.1016/j. biombioe.
2011.01.048.
[4]  Liu Guang-Qing, Dong Ren-Jie, Li Xiu- Jin, Biomass energy conversion technologies,  Chemical  Industry  Press, Beijing, 2009
[5]  Wang  Lian,  Xiao  Guo-Ming,  Liu  Nan, Southeast  University  Vol.41  (2011), p.804.
[6]  Willem  A.de  Jongh,  Marion  Carrier, J.H.Knoetze,  Journal  of  Analytical  and Applied Pyrolysis Vol.92 (2011), p.184.
[7]  Zheng  Ji-lu,  Journal  of  Analytical  and Applied Pyrolysis Vol.80 (2007), p.30.
[8]  Morton,  Julia  F.,  Miami  FL,    Fruits  of Warm Climates, Chapter-Date,
(1987).pp 5-11.
[9]  Islam,  M.R,  Nabi,  M.N.,  and  Islam, M.N.,  ,Characterization  of  Biomass Solid Waste for Liquid Fuel Production, 4th International Conference on
Mechanical  Engineering  (ICME  2001), Bangladesh 2001, PP 77-82.