REACTOR: JOURNAL OF RESEARCH ON CHEMISTRY AND ENGINEERING – VOL. 3 NO. 1 (2022) 22-27
Available online at: http://reactor.poltekatipdg.ac.id/

## R E A C T O R
Journal of Research on Chemistry and Engineering
|    ISSN Online 2746-0401    |

## Pengaruh Kondisi Temperatur Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit Terhadap Komposisi Produk Tar
Dennis Farina Nury 1 , Muhammad Zulfikar Luthfi 2 , Siti Zullaikah 3
1 Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, 35265, Indonesia
2 Jurusan Teknik Kimia Bahan Nabati, Politeknik ATI Padang, Jl. Bungo Pasang-Tabing, Padang, 25171, Indonesia
3 Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia

## ARTICLE INFORMATION

## A B S T R A C T
Received: May 29, 2022 Revised: June 27, 2022 Available online: June 30, 2022 Oil palm empty fruit bunch (EFB) is one of the biomass wastes that have a great potential of a bioenergy resource due to its natural properties, such as high calorific value. The conversion of EFB biomass into valuable biofuels can achieved through biochemical and thermochemical processes. Tar (bio- oil),  the  liquid  product  from  the  pyrolysis  is  one  of  the  most  attractive biofuels. The study aims to determine the  effect of temperature process of pyrolysis  EFB  on  its  tar  production  under  droptube  reactor.  The  results showed that maximum tar yield was 43,80% obtained at 500 °C. The EFB tar  produced  at  500  °C  was  also  determined  to  have  a  higher of  phenol compound at 51,9%. The high phenolic content indicates its potential to be used  for  the  production  of  renewable phenolic  resins .  Hence,  the  present work of pyrolysis of EFB presents itself as a promising method to produce phenol rich tar (bio-oil) from biomass waste.

## KEYWORDS
Biomass  Waste,  Droptube  Reactor,  EFB, Phenol, Pyrolysis

## CORRESPONDENCE
Name: Dennis Farina Nury E-mail: dennis.nury@tk.itera.ac.id

## PENDAHULUAN
Tanaman kelapa  sawit  merupakan salah satu komoditas perkebunan  yang  memiliki  peran  penting  dalam perekonomian  di  Indonesia.  Dalam  setiap  kegiatan produksi  agroindustri  kelapa  sawit,  juga  dihasilkan limbah  biomassa  sebagai  produk  samping.  Limbah biomassa  memiliki  volume  yang  cukup  besar, diantaranya  berupa  cangkang  sawit  sebanyak  5,5-8%, tandan  kosong  kelapa  sawit  (TKKS)  sebesar  20-23%, pelepah sawit sebesar 13,5-15% dan serat sawit sebesar 15% dari total tandan buah segar (TBS) yang diproduksi [1].  Prosentase  tandan  kosong  kelapa  sawit  (TKKS) sebagai  limbah  biomassa  produk  pengolahan  kelapa sawit yang cukup besar dapat dijadikan alternatif sumber energi  terbarukan  dan  untuk  menjaga  kelestarian lingkungan di Indonesia.
Teknologi  pirolisis  merupakan  teknik  yang  tepat  untuk meningkatkan  nilai  mutu  dari  limbah  TKKS  dengan memproduksi bio-oil [2] . Pirolisis merupakan dekomposisi kimia dengan meggunakan pemanasan pada
kisaran  temperatur  400-600 o C  tanpa  adanya  oksigen, sehingga  dihasilkan char ,  gas  dan  tar  [3].  Salah  satu produk akhir dari proses pirolisis adalah tar yang berupa liquid berwarna  cokelat  sampai  kehitam-hitaman  dan merupakan  campuran  yang  kompleks  terdiri  dari senyawa  alifatik,  aromatik, alicyclic, dan heterocyclic yang  berpotensi  sebagai fuel  oil ataupun  bahan  baku kimia industri [4].
Hasil  dan  sifat  dari  produk  pirolisis  TKKS  yang terbentuk  sangat  dipengaruhi  oleh  parameter  proses seperti  desain  reaktor  pirolisis,  variabel  reaksi (temperatur, laju pemanasan, waktu tinggal, tekanan dan katalis)  serta  karakteristik  (ukuran  partikel,  bentuk  dan struktur)  TKKS.  Temperatur  operasi  pirolisis  TKKS merupakan  salah  satu  faktor  yang  sangat  berpengaruh terhadap produk Bio-oil, bio-char dan gas [1]. Semakin tinggi  temperatur,  maka  hasil  produk liquid akan semakin besar, namun pada kenaikan temperatur tertentu dapat menurunkan produk liquid yang diperoleh [5].
Untuk  mengetahui  adanya  pengaruh  temperatur operasi terhadap  perolehan  produk  pirolisis  biomassa  TKSS,
beberapa peneliti telah melakukan penelitian diantaranya,  Mardiah  et  al.  (2014)  melaporkan  pada penelitian  co-pirolisis  TKKS  dan  batubara  kualitas rendah dengan  memvariasikan temperatur operasi (300, 400,  500,  600  dan  700  °C).  Dari  penelitian  tersebut diperoleh hasil terbaik pada kondisi operasi suhu 400 °C, yield produk liquid meningkat 24,47% dan dari Analisa GCMS  diperoleh  senyawa  mengandung  benzen  dan turunannya, polycyclic  aromatic  hydrocarbon ,  alkana, alkohol, aldehid dan keton [6].
Zullaikah  et  al.  [4]  melaporkan  pada  penelitian  co- pirolisis  TKKS  dan  batubara  menggunakan  reaktor droptube dengan  kondisi  operasi  1  jam  dan  temperatur 500 0 C dan variasi rasio bahan baku (100/0; 75/25; 50/50; 25/75  dan  0/100  %  wt).  Hasil  penelitian  menunjukkan bahwa semakin tinggi blending ratio , yield produk liquid yang  diperoleh  semakin  meningkat,  sedangkan  gas  dan char  menurun.    Hasil  terbaik  produk liquid diperoleh pada kondisi rasio batubara : TKKS =25:75, dengan yield sebesar  28.69%.  Berdasarkan  analisa  dengan  GC-MS terdapat  senyawa  yang  mengandung phenol dan hidrokarbon aromatis [4]. Sembiring et al. [7] melakukan penelitian fast pyrolysis TKKS pada fluidized bed reactor untuk  memperoleh  produk bio  oil tertinggi  yaitu  27% dari  temperatur operasi  optimum  500°C  dengan  ukuran partikel 70 mesh. Temperatur operasi pirolisi yang lebih tinggi menyebabkan produk bio oil rendah. hasil GC-MS terkandung senyawa golongan fenol, keton, aldehid dan alkohol [7].
Berdasarkan studi  literatur yangn telah dijelaskan, akan dilakukan  penelitian  mengenai  pirolisis  TKKS  dengan memvariasikan  kondisi  operasi  temperatur  serta  untuk mengetahui  karakteristik  produk liquid yang  dihasilkan untuk dijadikan menjadi bahan bakar cair.

## METODOLOGI

## Bahan Baku
Tandan  kosong  kelapa  sawit  (TKKS)  diperoleh  dari perkebunan  kelapa  sawit  di  daerah  Samarinda, Kalimantan  Timur.  Ukuran  partikel  TKKS  direduksi dengan  distribusi  ukuran  149µm  –  2,38mm.  Massa TKKS  yang digunakan dalam proses pirolisis yaitu 100 gram.
Komposisi kimia bahan baku dapat dilihat  pada Tabel 1. Analisa Proximate mengacu pada ASTM D-5142-09 dan Ultimate mengacu  pada  ASTM  D-5373-08.  Untuk analisa nilai kalor menggunakan alat Bomb Calorimeter PARR  1261  mengacu  pada  ASTM  D3286-85  seperti pada penelitian [4].
Tabel 1. Analisa Proximate dan Ultimate TKKS Parameter Analisa Nilai Analisa Proximate % Moisture content 7.17 % Ash 12.00 % Volatile matter 77.09 % Fixed Carbon 28.00 Analisa Ultimate %Carbon 42.23 %Hydrogen 6.32 %Sulphur 0.23 %Oxygen 51.21 HHV (MJ/kg) 14.32

## Pirolisis TKKS
Prinsip  dari  penelitian  ini  adalah  mempelajari pengaruh variasi kondisi temperatur pirolisis tandan kosong kelapa sawit (TKKS) terhadap perolehan yield produk char, tar dan gas.

## Gambar 1. Diagram Alir Proses Pirolisis TKKS

## Reaktor Droptube
Proses  pirolisis  dilakukan  pada  reaktor  tipe Droptube dengan dimensi panjang 90 cm, OD 2 inch dan ketebalan dinding  6  mm  dengan  bahan stainless  steel 216  H. Reaktor dilengkapi dengan 3 thermocouple tipe K yang diletakkan  di  sela-sela  reaktor ,  bend  heater yang menutupi  30  cm  permukaan  reaktor  bagian  tengah dengan  temperatur  operasi  mencapai  1200  ˚C,  sebuah kondensor untuk kondensasi dan hopper yang diletakkan
Tandan kosong kelapa sawit
(TKKS)
Pencacahan Pengeringan oven 105 °C Pengecilan partikel 25 mesh Reaktor pirolisis
Variasi suhu: 300, 400 dan 500 °C Gas N 2
Kondensasi
Analisa GC-MS produk liquid
di atas reaktor sebagai penampung bahan baku. Adapun skema reaktor Droptube [4] dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema reaktor Droptube
Keterangan :
1. Reaktor Pirolisis    6. Thermocouple
2. Kondensor             7. Heater
3. Controller 8. Tar Trap
4. Tabung gas N 2 9. Gas bag
5. Hopper

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Produk Pirolisis TKKS
Selama  proses  pirolisis,  temperatur  dijaga  konstan  dan gas carrier nitrogen  dialirkan  ke  dalam  reaktor  dengan rate konstan.  Proses  pirolisis  ini  berlangsung  selama  1 jam.  Tar    ditampung  dengan  cara  mengkondensasikan gas yang terbentuk dengan air sebagai pendingin. Produk char yang  diperoleh  ditimbang  setelah  pirolisis  selesai dan  reaktor  didinginkan  dalam  temperatur  ruangan. Untuk  mendapatkan  tar,  produk liquid terlebih  dahulu diseparasi  menggunakan rotary vacum evaporator pada temperatur 60 ˚C [8]. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Tar hasil pirolisis TKKS
Liquid atau  cairan  hasil  pirolisis  merupakan  gabungan antara produk cair (terdiri atas asam pirolignat atau cuka kayu) dan  fase  minyak ( pyrolytic oil ). Produk cair juga dikenal  dengan  istilah  asap  cair  ( liquid  smoke )  yang
dalam  pengaplikasiannya  banyak  digunakan  sebagai bahan  pengawet  makanan.  Fase  minyak  ( pyrolytic  oil ) inilah  yang  selanjutnya  disebut  sebagai  tar  atau bio  oil [2] .
Hasil  produk  pirolisis  TKKS  yang  selanjutnya  disebut sebagai yield yang  merupakan  persentase  perbandingan antara berat bagian yang dapat dimanfaatkan dengan total bahan. Perhitungan yield produk dengan rumus [4]:
Yield Char = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶ℎ𝑎𝑟 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 x 100% Yield Tar = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑎𝑟 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 x 100% Yield Gas = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐺𝑎𝑠 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 x 100% [4]

## Pengaruh Temperatur terhadap Yield Produk Pirolisis
Dari  pengujian  yang  dilakukan  dengan  4  variasi temperatur  yaitu  300,  400,  500  dan  600  C°,  diperoleh prosentase yield produk  sebagai  yang  disajikan  pada Gambar 4.
Gambar 4 Perolehan Yield Pirolisis TKKS
Pada Gambar 4 dapat dilihat perolehan produk gas, liquid dan char dari pirolisis pada variasi temperatur 300, 400, 500  dan  600 o C.  Dengan  meningkatnya  temperatur reaksi, yield gas dan tar meningkat sedangkan yield char mengalami  penurunan.  Hal  ini  dapat  dijelaskan  karena biomassa  TKKS  memiliki  kandungan volatile  matter lebih  tinggi  berdasarkan  analisa proximate .  Selain  itu, baik selulosa, hemiselulosa dan lignin memiliki struktur makromolekular sebagai biomassa berkayu yang masing- masing strukturnya dihubungkan dengan ikatan eter (R- O-R). Ikatan eter memiliki energi ~380-420 kJ/mol [9], [10].
Terdapat  pengaruh  temperatur  terhadap  hasil yield pirolisis. Yield produk char memiliki  kecenderungan penurunan  seiring  dengan  meningkatnya  temperatur,
yaitu  terjadi  penurunan  pada  temperatur  300 0 C-600 0 C. Hasil  ini  sesuai  dengan  penelitian  yang  dilakukan oleh Zullaikah, et al pada tahun 2018  [4]. Char yang menurun menunjukan  bahwa  bahan  baku  terdekomposisi  lebih banyak  seiiring dengan  meningkatnya temperatur. Char hasil pirolisis TKSS mengalami penurunan dari 90,32 gr (40,87%)  pada  temperatur  300 o C  dan  terus  menurun menjadi 55,2gr (26,65%) pada temperatur 600 o C. Hal ini dapat  disebabkan  karena  semakin  tingginya  temperatur maka waktu yang diperlukan untuk proses dekomposisi termal  semakin  pendek  sehingga  gas  yang  dihasilkan sedikit.
Hasil berbeda ditunjukan yield produk tar, dimana yield tar  cenderung  meningkat  dengan  meningkatnnya temperatur  proses  pirolisis. Yield terbesar  dihasilkan pada temperatur 500 0 C. Yield produk tar TKKS sebesar 32,62  %  diperoleh  pada  temperatur  reaksi  300 o C  dan terus  meningkat  menjadi  43,80  %  pada  temperatur  500 o C. Yield produk tar kembali  sedikit  turun  pada temperatur  600 o C  sebesar  38,41%.  Hal  ini  disebabkan karena  makin tingginya temperatur  pirolisis, komponen biomassa  (selulosa,  hemiselulosa  dan  lignin)  yang terdekomposisi  semakin  banyak  [5].  Selulosa  dan hemiselulosa  mulai  terdekomposisi  pada  kisaran
temperatur 300 0 C dan terdekomposisi secara menyeluruh  pada  kisaran  temperatur  450-500 0 C. Sedangkan  lignin  baru  mulai  terdekomposisi  pada kisaran temperatur 350 0 C- 400 0 C [4], [11].
Sementara yield produk gas dari TKKS sebesar 22,52 % diperoleh pada temperatur reaksi 300 o C dan meningkat menjadi 32,06 % pada temperatur 600 o C. Hal ini sesuai pula dengan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya bahwa  semakin  meningkatnya  temperatur  reaksi  maka perolehan  gas  biomassa  tandan  kosong  kelapa  sawit (TKKS) juga  meningkat  dengan  yield  gas  biomassa tertinggi  berturut-turut  sekitar  15%  dan  60%  pada temperatur 500 o C [4].

## Kandungan Senyawa Produk Liquid GC-MS
Perolehan  yield  produk  tar  TKKS  terbesar  ada  pada temperatur  operasi  pirolisis  500  °C,  dikarenakan biomassa  TKKS  memiliki  kandungan  volatile  matter tinggi  berdasarkan  hasil  tabel  analisa  proximate.  Tar yang  diperoleh  pada  penelitian  ini  berwarna  coklat kekuningan  tetapi  karena  mudah  teroksidasi  maka warnanya berubah menjadi coklat kehitaman.
Gambar 5. Kromatogram GC-MS tar pada temperatur 500 °C
Senyawa  alkana  dapat  digunakan  sebagai petroleum based oil . Senyawa asam dan ester dapat digunakansebagai  bahan  baku  emulsifier  atau  oiling agents pada makanan, spin finishes dan tekstil, pelumas pada plastik, cat dan ink additives, surfaktan dan bahan baku  parfum,  terdapat  pula  senyawa  methyl  ester  yang merupakan  penyusun  biodiesel  [12]–[14].  Polisiklik
aromatis hidrokarbon seperti Naphtalene dapat digunakan sebagai zat additive [14].
Cross-linking atau  reaksi  sekunder  merupakan  reaksi yang  tidak  diharapkan  dalam  pembentukan  tar.  Karena pada  reaksi  ini  senyawa  pembentuk  tar  cenderung mengalami  cracking  pada  temperatur  tinggi.  Hasilnya
adalah  pembentukan  gas  sebagaimana  yang  ditunjukan pada Gambar 6.
Gambar 6 Reaksi pembentukan gas dan coke
Tabel 2.  Identfikasi Produk Tar TKKS pada temperatur 500˚C
No  RT (min) %area Senyawa Phenol 3 3.9313  29.2502  Phenol 9 6.7359  18.9115  Phenol, 2-methyl 10 8.3636 3.7513  Phenol, 3-methyl 51.9131 Alkana 5 4.4204 0.4893  Ethane 6 4.4968 0.5540  Butane 11 14.439 0.3115  Tetradecane 12 16.2425 0.3315  pentadecane 13 17.9619 0.3586  Hexadecane 14 19.5973 0.3263  Heptadecane 15 19.7043 0.3029  Undecane 16 21.1563 0.3065  Octadecane 17 22.6388 0.2966  Tridecane 20 24.0602 0.4536  Eicosane 24 26.7044 0.2829  Eicosane 25 27.9424 0.3180  Octacosane 28 29.1269 0.9479  Hexadecane 30 30.2732 1.1083  Octadecane 31 30.9609 0.4447  Hexadecane 6.8324 Asam dan Ester 2 2.8461 7.9130  Carbamic acid, methyl-, ethyl ester 4 4.2523 8.5267  Propanoic acid 8 4.7719 1.7175  Butanoic acid 18 23.0209 1.5744  Hexadecanoic acid, methyl ester 19 23.6246 1.3302  13-Octadecenoic acid 21 25.4816 1.1981  11-Octadecenoic acid, methyl ester 23 26.5897 6.9418  9,12-Octadecadienoic acid 26 28.3092 1.7209  2-Methyl-Z, Z-3,13- octadecadienol 27 29.0275 1.2179  10-Nonadecenoic acid
29 29.1804 2.0390  Oleic acid 34.1795 Polisiklik aromatik hidrokarbon 7 4.6955 3.1362  Acetamide 3.1362

## KESIMPULAN
Pengaruh  temperatur  operasi  terhadap  produk  hasil pirolisis  yaitu  yield bio-oil semakin  meningkat  seiring naiknya  temperatur,  yield bio-char fluktuatif  terhadap temperatur dan yield gas semakin tinggi seiring turunnya temperatur.  Perolehan  komposisi  berdasarkan  Analisa GC-MS  dari bio-oil didominasi  oleh  senyawa diantaranya dari golongan  fenol (51,9131 %area), asam dan ester (34,1795 %area), alkana (6,8324 %area), serta policyclic aromatic hydrocarbon (3,1362 %area) .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] F. Febriyanti, N. Fadila, A. S. Sanjaya, Y. Bindar, and  A.  Irawan,  “Pemanfaatan  Limbah  Tandan Kosong Kelapa Sawit Menjadi Bio-Char, Bio-Oil Dan Gas Dengan Metode Pirolisis,” J. Chemurg. , vol. 3, no. 2, p. 12, 2019, doi: 10.30872/cmg.v3i2.3578.
[2] M.  N.  Uddin et  al. ,  “An  overview  of  recent developments in biomass pyrolysis technologies,” Energies , vol. 11, no. 11, 2018, doi: 10.3390/en11113115.
[3] M. A. Sukiran, L. S. Kheang, N. A. Bakar, and C. Y. May, “Production and characterization of bio- char from the pyrolysis of empty fruit bunches,” Am.  J.  Appl.  Sci. ,  vol.  8,  no.  10,  pp.  984–988, 2011, doi: 10.3844/ajassp.2011.984.988.
[4] S. Zullaikah, A. S. Lenggono, D. F. Nury, and M. Rachimoellah,  “Effect  of  blending  ratio  to  the liquid  product  on  co-pyrolysis  of  low  rank  coal and  oil  palm  empty  fruit  bunch,” MATEC  Web Conf. , vol. 156, pp. 0–4, 2018, doi:
10.1051/matecconf/201815603023.
[5] A.  Hai et  al. ,  “Pyrolysis  of  different  date  palm industrial  wastes  into  high-quality  bio-oils:  A comparative  study,” Clean  Technol.  Environ. Policy ,  vol.  23,  no.  1,  pp.  55–64,  2021,  doi: 10.1007/s10098-020-01888-x.
[6] M.  Mardiah  and  U.  Mulawarman,  “Studi peningkatan  yield  tar  co-pirolisis  batubara  dan TKKS,” no. May 2014, 2019.
[7] K.  C.  Sembiring,  N.  Rinaldi,  and  S.  P. Simanungkalit,  “Bio-oil  from  Fast  Pyrolysis  of Empty  Fruit  Bunch  at  Various  Temperature,” Energy Procedia , vol. 65, pp. 162–169, 2015, doi: 10.1016/j.egypro.2015.01.052.
[8] M.  Z.  Luthfi  and  J.  Jerry,  “Ekstraksi  Minyak Gaharu  dengan  Pelarut Etanol  secara  Maserasi,” React.  J.  Res.  Chem.  Eng. ,  vol.  2,  no.  2,  p.  36, 2021, doi: 10.52759/reactor.v2i2.39.
[9] T.  T.  Cuong et  al. ,  “Renewable  energy  from biomass  surplus  resource:  potential  of  power generation from rice straw in Vietnam,” Sci. Rep. , vol. 11, no. 1, p. 792, 2021, doi: 10.1038/s41598- 020-80678-3.
[10]  F.  L.  Pua,  M.  S.  Subari,  L.  W.  Ean,  and  S.  G. Krishnan,  “Characterization  of  biomass  fuel pellets made from Malaysia tea waste and oil palm empty fruit bunch,” Mater. Today Proc. , vol. 31, no. xxxx, pp. 187–190, 2020, doi:
10.1016/j.matpr.2020.02.218.
[11]  L.  M.  Terry et  al. ,  “Bio-oil  production  from pyrolysis of oil palm  biomass  and the upgrading technologies:  A  review,” Carbon  Resour.
Convers. , vol. 4, no. October, pp. 239–250, 2021, doi: 10.1016/j.crcon.2021.10.002.
[12]  L.  Jin,  H.  Zhao,  M.  Wang,  B.  Wei,  and  H.  Hu, “Effect  of  temperature  and  simulated  coal  gas composition on tar production during pyrolysis of a subbituminous coal,” Fuel , vol. 241, pp. 1129–
1137, 2019,
doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.12.093.
[13]  Q. Song et al. , “Study on the catalytic pyrolysis of coal volatiles over hematite for the production of light  tar,” J.  Anal.  Appl.  Pyrolysis ,  vol.  151,  p.
104927, 2020,
doi: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2020.104927.
[14]  C. Shao et al. , “Polycyclic aromatic hydrocarbons in pyrolysis of gasoline surrogates (n-heptane/iso- octane/toluene),” Proc.  Combust.  Inst. ,  vol.  37, no. 1, pp. 993–1001,
2019,
doi: https://doi.org/10.1016/j.proci.2018.06.087.