Desain Reaktor dan Simulasi Pirolisis untuk Produksi Bio-oil dari Cangkang Kelapa Sawit dengan Sistem Self-Pyrolysis

Abstract

Peningkatan produksi crude palm oil (CPO) di Indonesia berimbas pada peningkatan produksi limbah, yang salah satu diantaranya adalah cangkang kelapa sawit. Cangkang kelapa sawit diyakini potensial untuk menjadi salah satu sumber energi terbarukan karena karakteristiknya yang memiliki unsur karbon cukup tinggi, sama halnya dengan tempurung kelapa. Cangkang kelapa sawit sendiri memiliki porsi kurang lebih 6 % dari tiap tandan buah segar (TBS) yang diolah. Proses pirolisis merupakan salah satu langkah yang dapat digunakan dalam meningkatkan kualitas biomassa sebagai bahan bakar. Proses pirolisis merupakan dekomposisi suatu biomassa menggunakan panas (termal) menjadi gas, cairan (pyrolysis liquid atau bio-oil), dan juga padatan (arang). Proses pirolisis cepat pada umumnya masih menggunakan susunan peralatan yang rumit, sehingga cukup sulit jika akan diaplikasikan pada masyarakat. Melalui penelitian ini dirancang sebuah reaktor pirolisis untuk produksi biooil dari cangkang kelapa sawit, dengan system self-pyrolysis yang tidak menggunakan pemanas eksternal guna menyederhanakan komponen peralatan dalam aplikasinya. Reaktor ini dirancang dengan target dapat dimanfaatkan oleh warga sekitar pabrik kelapa sawit (PKS) sebagai salah satu bentuk industri rumah tangga. Penelitian ini bertujuan untuk merancang, fabrikasi, sampai dengan menguji kinerja reaktor dalam produksi bio-oil dari cangkang kelapa sawit. Hasil pengujian kinerja reaktor kemudian disimulasikan dan divalidasikan dalam hal suhu serta jumlah produk yang dihasilkan dengan menggunakan model pengembangan Sharma et al. (2016), untuk mengevaluasi performa dari reaktor dalam prosesnya memproduksi bio-oil. Reaktor hasil perancangan memiliki dimensi tinggi 0.75 m dan diameter 0.15 m, dimana kondensor yang digunakan dalam mengondensasikan gas-gas hasil pirolisis menjadi bio-oil merupakan pipa tembaga berdiameter 0.0127 m dengan panjang total 7 m. Hasil uji kinerja reaktor menunjukkan bahwa kapasitas optimum dari reaktor ialah 3 – 3.5 kg. Tiga pengujian menghasilkan produk bio-oil sebanyak 10.23, 9.82, dan 8.41 % (% b.k.) dengan waktu proses 110, 115, dan 125 menit. Waktu proses yang cukup lama menunjukkan pola pirolisis lambat, yang juga didukung dengan suhu tertinggi yang tercapai masing-masing yaitu 425, 428, dan 432 ℃. Suhu tertinggi ini belum mencapai suhu optimum bagi produksi bio-oil dari cangkang kelapa sawit yaitu pada rentang suhu 500 – 550 ℃. Kondensor yang digunakan dalam mengondensasikan gas-gas hasil pirolisis berhasil menurunkan suhu sampai dengan sebesar 99 ℃, sehingga suhu bio-oil yang keluar dari outlet kondensor hampir sama dengan besar suhu lingkungan sekitar. Efektivitas dari kondensor yang dihitung melalui NTU-effectiveness menghasilkan nilai 0.61, 0.75, dan 0.76 untuk ketiga pengujian secara berturutturut. Suhu pada sumber panas (combustion zone) disimulasikan untuk menduga apakah proses pirolisis yang terjadi sudah cukup optimum pada reator dengan suhu v proses yang dihasilkan dari combustion zone. Simulasi sebanyak tiga kali dilakukan dan kemudian divalidasikan dengan suhu proses pengujian pada titik pengukuran 30 cm dari dasar reaktor. Korelasi linear antara suhu pengujian dan suhu simulasi menunjukkan nilai yang cukup baik. Suhu simulasi pada ruang pirolisis kemudian digunakan untuk menduga jumlah rendemen bio-oil pada kondisi optimum dengan modifikasi model Sharma et al. (2016). Simulasi ini didasarkan pada kadar volatil yang dihasilkan pada tiap tingkatan suhu simulasi, dimana volatil dikelompokkan menjadi CO, CO2, H2, H2O, ME, dan juga tar. Rendemen bio-oil simulasi yang dihasilkan merupakan gabungan antara tar dan juga H2O, dan kemudian dibandingkan dengan jumlah produk biooil yang dihasilkan pada pengujian. Simulasi menunjukkan rendemen yang lebih tinggi yaitu sebanyak 22.34, 16.53, dan 22.07 % (% b.k.). Sharma et al. (2016) menyatakan bahwa fraksi arang dapat diketahui hanya melalui kadar selulosa, hemiselulosa, dan lignin, dan didapatkan rendemen arang sebesar 30.7 % (% b.k.), sedangkan rendemen arang hasil pengujian menunjukkan hasil sebesar 39.22, 43.14, dan 40.34 % (% b.k.). Pengaruh dari kondisi proses serta jenis reaktor tidak menjadi faktor yang dipertimbangkan pada model simulasi, dimana pada kondisi riil, jumlah rendemen produk yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh jenis reaktor (bentuk, ukuran serta kapasitas optimum), waktu dan suhu yang terjadi selama proses. Melalui hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa, reaktor dengan sistem selfpyrolysis ini masih memerlukan modifikasi lanjutan guna menciptakan kondisi yang optimum dalam menghasilkan produk bio-oil. Penelitian lanjutan dibutuhkan dalam mengevaluasi perlakuan pada reaktor, maupun kondensor yang dapat menghasilkan jumlah rendemen bio-oil cukup tinggi.