## PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT PADA SEKAM PADI TERHADAP KINERJA TUNGKU GASIFIKASI TIPE DOWNDRAFT
Subroto
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Email: sub224@ums.ac.id
Afif Faishal Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Email: af515@ums.ac.id

## ABSTRAK
Sekam  padi  merupakan  sampah  organik  yang  sangat  mudah  di  dapatkan  di  negara  agraris  seperti Indonesia. Sekam padi dapat dimanfaatkan menjadi sumber energi alternatif melalui proses gasifikasi untuk menghasilkan gas yang mampu bakar. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan katalis bentonit pada sekam padi terhadap kinerja tungku gasifikasi tipe Downdraft . Proses gasifikasi pada penelitian ini dilakukan dengan cara menambahkan katalis bentonit pada bahan bakar sekam padi sebesar 100 gr, 150 gr, 200 gr. Setelah dilakukan penyalaan, diperoleh data berupa temperatur pembakaran, waktu penyalaan,  waktu  nyala  efektif.  Hasil  pembakaran  dimanfaatkan  untuk  mendidihkan  air,  yang  mana digunakan  untuk  mencari  besarnya  kalor  yang  dihasilkan.  Hasil  penelitian  ini  menunjukkan  bahwa temperatur rata-rata pembakaran tertinggi terjadi pada pengujian tanpa penambahan bentonit, yaitu 375,8˚C. Waktu  penyalaan  tercepat  juga  dihasilkan  pada  pengujian  tanpa  penambahan  bentonit,  yaitu  selama  8 menit, sedangkan Waktu nyala efektif terlama dihasilkan pada pengujian dengan penambahan bentonit 150 gr, yaitu selama 44 menit. Kalor terbesar dihasilkan pada pengujian dengan penambahan bentonit 150 gr, yaitu sebesar 1719,519 kJ.
Kata  kunci: sekam  padi,  bentonit,  gasifikasi,  downdraft,  katalis,  temperatur  pembakaran,  waktu penyalaan, waktu nyala efektif, kalor.

## ABSTRACT
Rice husk is organic waste which is very easy to get in an agrarian country like Indonesia. Rice husk can be used as an alternative energy sources through the gasification process to produce gas that can burn. The purpose of this research is to determine the effect of addition of bentonite on rise husk to the downdraft gasification reactor performance. The gasification process in this research was carried out by adding bentonite catalyst to the rice husk fuel in 100 gr, 150 gr, 200 gr. After ignition, it can obtain the form of combustion temperature, ignition time, effective flame time. The results of combustion are used to boil water, which is used to find the amount of heat produced. The results of this research indicate that the highest average combustion temperature occurs in the test without the addition of bentonite, which is 375.8 °C. The fastest ignition time is also produced in the test without the addition of bentonite, which is for 8 minutes. In a while, the longest effective flame time is produced in the test with the addition of 150 gr bentonite, which is for 44 minutes. The greatest heating value was generated in the test with the addition of 150 gr bentonite, which amounted to 1719,519 kJ.
Keywords: rise husk, bentonite, gasification, downdraft, catalyst, combustion temperature, ignition time, effective flame time, heating value.

## 1. PENDAHULUAN
Salah  satu  sumber  energi  alternatif  yang  dapat  dikembangkan  adalah  bahan  organik  yang  ada  di lingkungan sekitar, contohnya yaitu sampah organik sekam padi. Bahan organik merupakan bahan yang dapat diperbarui sehingga dapat digunakan untuk jangka panjang. Sekam padi dapat dimanfaatkan menjadi sumber energi alternatif melalui proses gasifikasi untuk menghasilkan gas yang mampu bakar. Pemanfaatan sampah organik berupa sekam padi sebagai sumber energi biomassa yang berkembang di masyarakat masih belum  optimal.  Melihat  kondisi  saat  ini,  perlu  dilakukan  pengembangan  lebih  lanjut  tentang  teknologi gasifikasi  berbahan  bakar  sekam  padi.  Oleh  karena  itu,  perlu  dilakukan  penelitian  mengenai  teknologi gasifikasi  berbahan  bakar  sekam  padi.  Penelitian  ini  menggunakan  tungku  gasifikasi  tipe Downdraft berbahan bakar sekam padi dengan kapasitas 2 kg dengan penambahan katalis bentonit pada variasi 100 gr, 150  gr,  200  gr.  Pada  peneilitian  ini,  diperoleh  data  berupa  temperatur  pembakaran  dan  temperatur pendidihan air terhadap waktu selama 60 menit. Berdasarkan data tersebut, dapat diketahui temperatur rata- rata pembakaran, waktu penyalaan, waktu nyala efektif, serta kalor yang dihasilkan.

## 2.  TINJAUAN PUSTAKA
[1] dalam penelitiannya mengenai gasifikasi pada biomassa padat biji kurma, menyimpulkan bahwa kalor maksimum yang dihasilkan sebesar 17.700 kJ/kg pada kecepatan udara 2,2 m/s. Biomassa padat biji kurma sangat potensial untuk dijadikan sumber energi terbarukan apaila dimanfaatkan dengan benar. [2] melakukan penelitian pada tungku gasifikasi tipe downdraft kontinu dengan bahan bakar sekam padi, dan menyimpulkan  bahwa  kecepatan  udara  berpengaruh  terhadap  temperatur  pembakaran,  waktu  penyalaan awal dan lama waktu nyala efektif yang dihasilkan. [3] dalam penelitiannya tentang peningkatan proses pirolisis  bahan  bakar  dengan  menggunakan  bentonit,  menyimpulkan  bahwa  penambahan  bentonit  ke beberapa biomassa dapat meningkatkan produksi hidrogen dan gas metana pada saat pirolisis berlangsung, meskipun terjadi pada temperatur yang rendah. [4] melakukan penelitian pada tungku gasifikasi Updraft berbahan  bakar  tandan  kosong  kelapa  sawit  dengan  penggunaan  bentonit  sebagai  katalis.  Hasilnya diperoleh  kesimpulan  bahwa  penambahan  katalis  Bentonit  meningkatkan  laju  pemanasan  serta  laju produksi syngas. [5] melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan katalis bentonit terhadap hasil gasifikasi Updraft tandan kosong kelapa sawit, dan menyimpulkan bahwa syngas dihasilkan paling banyak pada penambahan katalis bentonit 50% dengan volume 60,563 liter dibandingkan dengan tanpa katalis yang hanya 51,055 liter.

## 3.  LANDASAN TEORI

## 3.1 Gasifikasi
Gasifikasi  adalah  suatu  proses  perubahan  bahan  bakar  padat  menjadi  gas,  dimana  udara  yang diperlukan lebih rendah dari udara yang digunakan untuk proses pembakaran. Produk yang dihasilkan dapat dikategorikan menjadi tiga bagian utama, yaitu: padatan, cairan dan gas permanen.

## 3.2 Jenis-jenis Thermal Process Gasification
Berdasarkan  arah  aliran  :  Gasifikasi  aliran  searah  ( Downdraft gasification),  Gasifikasi  aliran berlawanan ( Updraft gasification ), Gasifikasi ( Crosdraft ).

## 3.3 Tahapan Proses Gasifikasi

## 3.3.1 Drying atau Pengeringan
Pada tahap pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh panas yang diserap dari proses oksidasi.

## 3.3.2 Pirolisis atau Devolatilisasi
Pirolisis  atau  devolatilisasi  disebut  juga  sebagai  gasifikasi  parsial.  Proses  Pirolisis  dimulai  pada temperatur sekitar 230°C. Produk Pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H 2 , CO, CO 2 , H 2 O dan CH 4 ), tar dan arang.

## 3.3.3 Reduksi
Char  yang  dihasilkan  melalui  reaksi  pirolisis  tidak  sepenuhnya  karbon  tetapi  mengandung hidrokarbon  yang  terdiri  dari  hidrogen  dan  oksigen.  Maka,  agar  dihasilkan  gas  mampu  bakar  seperti hidrogen  dan  karbonmonoksida,  char  tersebut  harus  direaksikan  dengan  karbon  dioksida.  Produk  yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar, seperti: H 2 , CO, CH 4 .

## 3.3.4 Oksidasi atau Pembakaran
Oksidasi  atau  pembakaran  arang  merupakan  reaksi  terpenting  yang  terjadi  didalam  gasifier.  Hasil reaksi  tersebut  adalah  CO 2 dan  H 2 O  yang  secara  berurutan  direduksi  ketika  kontak  dengan  arang  yang diproduksi pada pirolisis.

## 3.4 Sekam Padi
Sekam padi merupakan limbah hasil penggilingan padi yang dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak dan energi atau bahan bakar.

## 3.5 Katalis
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tetapi bukan sebagai pereaksi  ataupun  produk.  Penambahan  katalis  dapat  membuat  reaksi  berlangsung  pada  temperatur  lebih rendah sehingga energi aktivasi yang dibutuhkan menjadi lebih rendah dan energi yang dibutuhkan saat bereaksi menurun. Hal ini menghasilkan reaksi dapat berlangsung lebih cepat.

## 3.6 Bentonit
Bentonit merupakan sejenis tanah lempung yang secara alami mempunyai kemampuan mengembang sampai 15 kali volume keringnya jika menyerap air. Mineral bentonit memiliki diameter kurang dari 2 μm, yang mengandung silika, aluminiumoksida dan hidroksida yang dapat mengikat air [6].

## 3.  METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental dengan melakukan pengujian gasifikasi pada tungu  gasifikasi  tipe Downdraft dengan  kecepatan  udara  diatur  konstan  pada  6  m/s.  Bahan  bakar  yang digunakan adalah biomassa sekam padi 2 kg dengan penambahan katalis bentonit sebesar 100 gr, 150 gr, dan 200 gr.
Data yang diperoleh yaitu temperatur pembakaran, waktu penyalaan, waktu nyala efektif, dan kalor. Waktu  Penyalaan  dihitung  dari  awal  mula  dilakukan  penyalaan  hingga  temperatur  pembakaran  berada diatas  150˚C.  Waktu  nyala  efektif  dihitung  ketika  temperatur  pembakaran  berada  diatas  150˚C  hingga kembali  turun  pada  150˚C  saat  gas  hasil  gasifikasi  sudah  habis.  Hasil  pembakaran  dimanfaatkan  untuk mendidihkan air yang kemudian digunakan untuk menghitung besarnya kalor.

## 4.  ALAT DAN BAHAN PENELITIAN

## Gambar 1. Instalasi alat penelitian
Keterangan: 1. Thermocouple Thermometer
2. Saluran Keluar Gas
3. Tungku Utama
4. Saluran Masuk Udara
5. Saluran Ignition
6. Anemometer
5.  HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 2. Perbandingan temperatur pembakaran tungku gasifikasi tipe downdraft berbahan bakar sekam padi dengan penambahan bentonit.
Berdasarkan  Gambar  2,  diketahui  pengujian  tungku  gasifikasi  tanpa  penambahan  katalis bentonitmenghasilkan temperatur nyala api rata-rata sebesar 375,8˚C.Pada penambahan katalis bentonit 100 gr,  temperatur  nyala  api  rata-rata  yaitu  325,0˚C.  Pengujian  dengan  penambahan  bentonit  150  gr menghasilkan temperatur nyala api rata-rata sebesar 331,6˚C. Pada pengujian penambahan katalis bentonit 200 gr didapatkan temperatur nyala api rata-rata sebesar 325,2˚C.
Waktu penyalaan pada pengujian tungku gasifikasi tanpa penambahan katalis  Bentonit lebih cepat dibandingkan  pengujian  dengan  penambahan  katalis  Bentonit.  Hal  ini  disebabkan  oleh  sifat  Sodium Bentonit yang tidak mudah terbakar atau non-flammable dan non-reactive.
Gambar 3. Perbandingan waktu nyala efektif tungku gasifikasi tipe downdraft berbahan bakar sekam padi dengan penambahan bentonit
Penambahan  Bentonit  dapat  meningkatkan  produksi  gas  metana  pada  tahap pirolisis  dalam  proses gasifikasi sekam padi meskipun terjadi pada temperatur yang rendah [3]. Maka dari itu, jumlah produksi gas yang  dihasilkan  pada  gasifikasi  sekam  padi  dengan  penambahan  katalis  Bentonit  lebih  banyak dibandingkan dengan tanpa penambahan Bentonit. Produksi gas terbanyak dan paling optimal terjadi pada pengujian dengan penambahan katalis Bentonit 150 gr.
Gambar 4. Perbandingan waktu pendidihan air tungku gasifikasi tipe downdraft berbahan bakar sekam padi dengan penambahan bentonit
Berdasarkan  Gambar  4,  dapat  diketahui  bahwa  pada  pengujian  tanpa  penambahan  Bentonit membutuhkan  waktu  28  menit  untuk  mendidihkan  1500  gr  air,  pada  penambahan  Bentonit  100  gr dibutuhkan waktu 31 menit, disusul penambahan Bentonit 150 gr yang membutuhkan waktu 33 menit, dan
pada  penambahan  Bentonit  200  gr  dibutuhkan  waktu  36  menit  untuk  mendidihkan  1500  gr  air.  Waktu pendidihan air dipengaruhi oleh nyala api yang dihasilkan dari tungku gasifikasi.
Gambar 5. Perbandingan kalor pendidihan air tungku gasifikasi tipe downdraft berbahan bakar sekam padi dengan penambahan bentonit
Berdasarkan  Gambar  5,  dapat  diketahui  bahwa  kalor  pada  pengujian  tungku  gasifikasi  tanpa penambahan  bentonitadalah  sebesar  1529,294 kJ,  pada  penambahan  bentonit  100  gr  menghasilkan  nilai kalor sebesar 1638,182 kJ, pada penambahan bentonit 150 gr dihasilkan nilai kalor sebesar 1719,519 Kj, serta  pada  penambahan  bentonit  200  gr  dihasilkan  nilai  kalor  sebesar  1640,495  kJ.  Kalor  tertinggi didapatkan pada pengujian dengan penambahan bentonit 150 gr, sedangkan kalor terendah dihasilkan pada pengujian tungku gasifikasi tanpa penambahan bentonit.

## 6.  KESIMPULAN
Berdasarkan analisa dan pembahasan dari hasil pengujian tungku gasifikasi tipe downdraft berbahan bakar sekam padi pada variasi penambahan katalis bentonit, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Temperatur pembakaran rata-rata tertinggi dihasilkan pada pengujian tanpa penambahan bentonit, sedangkan yang terendah dihasilkan pada pengujian penambahan bentonit 100 gr.
2. Waktu  penyalaan  tercepat  dihasilkan  pada  pengujian  gasifikasi  tanpa  penambahan  bentonit, sedangkan waktu penyalaan terlama dihasilkan pada pengujian penambahan bentonit 200 gr.
3. Waktu nyala efektif terpanjang dihasilkan pada pengujian gasifikasi dengan penambahan bentonit 150 gr. Penambahan bentonit mampu meningkatkan produksi gas metana, sehingga mengakibatkan waktu nyala efektif menjadi lebih panjang.
4. Kalor  tertinggi  dihasilkan  pada  pengujian  dengan  penambahan  bentonit  150  gr.  Penambahan bentonitmampu meningkatkan kalor karena gas yang dihasilkan lebih banyak dan waktu nyala efektif yang lebih panjang.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] J. Al Asfar, “ Gasification of Solid Waste Biomass ,” Journal of Mechanical and Industrial Engineering , 2014.
[2] N. Saputra, Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Kinerja Tungku Gasifikasi sekam Padi Tipe Downdraft Kontinu . Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2016.
[3] G. Dou, “In situ upgrading of pyrolysis biofuels by bentonite clay with simultaneous production of heterogeneous adsorbents for water treatment,” Journal Departement of Mechanical Engineering .
[4] A. Rofi’udin, “Pengaruh Penambahan Katalis Bentonit Terhadap Gasifikasi Updraft Tandan Kosong Kelapa Sawit Pada Temperatur 700°C,” 2018.
[5] A. Y. Sabitah, Gasifikasi Biomassa Limbah Sawit Dengan Penambahan Katalis Bentonit . Universitas Brawijaya, 2018.
[6] Alvin, Karakteristik Bentonit Teknis Sebagai Adsorben Indigo Biru . Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada, 2012.
[7] D. Turdjaja, Eksplorasi Umum Endapan Bentonit Di Kabupaten Manggarai Barat, Nusa Tenggara Timur . Kelompok Penelitian Mineral, 2007.
[8] M. R. Khoiri, Rancang Bangun Tungku Gasifikasi Tipe Downdraft Continue Bahan Bakar Sekam Padi . Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2016.