karbon aktif dari limbah cangkang sawit sebagai

JKK, tahun 2013, volume 2 (1), halaman 30-33
ISSN 2303-1077
KARBON AKTIF DARI LIMBAH CANGKANG SAWIT SEBAGAI ADSORBEN GAS DALAM
BIOGAS HASIL FERMENTASI ANAEROBIK SAMPAH ORGANIK
Apria Widyastuti1*, Berlian Sitorus1, Afghani Jayuska1
1
Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Tanjungpura, Jl. Prof. Dr. H. Hadari Nawawi 78124
*email: [email protected]
ABSTRAK
Karbon aktif yang berasal dari limbah cangkang sawit dapat digunakan untuk penyerapan gas CO2 dan
pemurnian biogas. Karbon aktif yang berasal dari cangkang sawit berukuran mikropori agar dapat
menyerap gas dengan baik. Hasil karakterisasi
menggunakan Gas Sorption Analyzer (GSA)
menunjukkan nilai volume total pori, luas permukaan dan rerata jejari pori. Hasil analisis karbon aktivasi
kimia memiliki volume pori 0,1304 cc/g, luas permukaaan 208,091 m2/g dan rerata jejari pori 12,531 dan
hasil analisis karbon aktif komersial memiliki luas permukaan 666,534 m2/g dengan volume total pori
0,3571 cc/g dan rerata jari pori 10,713 Ǻ. Pada pengukuran gas, karbon aktif cangkang sawit aktivasi
kimia memiliki daya serap CO2 sebesar 6,1% dan kadar CH4 yang terukur sebesar 65,5% sedangkan
pada karbon aktif komersial daya serap CO2 sebesar 12,97% dan kadar CH4 yang terukur sebesar
70,5%. Perbedaan pengukuran gas CH4 dengan menggunakan adsorben karbon aktif komersial dan
karbon aktif cangkang sawit tidak terlalu jauh berbeda. Berdasarkan hasil analisis dengan GSA dan
pengukuran gas, maka dapat disimpulkan karbon aktif yang berasal dari cangkang sawit memiliki
potensi sebagai adsorben gas dilihat dari meningkatnya kadar CH4 sebelum menggunakan adsorben
dan setelah menggunakan adsorben.
Kata kunci : adsorpsi, biogas, cangkang sawit, gas CO2, karbon aktif
pembakaran biogas sekitar 4.800-6.900 Kkal/m3
atau setara dengan 6.720-9660 Kkal/kg
(Harasimowiczt, et al., 2007).
Adsorben yang berpotensi untuk menyerap
gas CO2 dalam biogas adalah karbon aktif. Salah
satu limbah yang dapat dijadikan bahan baku
karbon aktif adalah limbah cangkang sawit.
melalui proses karbonisasi. Cangkang sawit
merupakan salah satu limbah pengolahan
minyak kelapa sawit yang cukup besar, yaitu
mencapai 60% dari produksi minyak (Kurniati,
2008).
Karakterisasi karbon aktif dilakukan dengan
GSA (Gas Sorption Analyser) untuk mengetahui
porositas, luas permukaan, konstanta BET, dan
jari-jari rerata pori. Menurut Suyati (2005)
semakin besar luas permukaan dan volume total
pori, maka jari-jari rata pori akan semakin kecil
sehingga sangat baik dijadikan sebagai adsorben
untuk menyerap gas. Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui potensi cangkang sawit
sebagai karbon aktif untuk menyerap gas
pengotor dalam biogas sehingga kadar CH4
dapat meningkat.
PENDAHULUAN
Biogas merupakan salah satu energi
alternatif yang banyak digunakan masyarakat.
Pemanfaatan metana (CH4) dalam biogas
merupakan tindakan ramah lingkungan karena
dapat mengurangi emisi gas rumah kaca. Biogas
dihasilkan melalui fermentasi anaerobik limbah
organik seperti sampah organik, sisa-sisa
makanan, kotoran hewan dan limbah industri
makanan. Salah satu limbah organik yang
memiliki potensi yang sangat besar yang dapat
dijadikan biogas adalah sampah organik.
Hasil fermentasi dari sampah organik
menghasilkan biogas dengan komponen terbesar
yaitu metana (CH4) sebesar 55%-75%, dan
karbon dioksida (CO2) sebesar 25%-45% (Maarif
dan Januar, 2007). Kadar CH4 melebihi 60%
dapat diperoleh meleui pemurnian. Pemurnian
dilakukan dengan metode adsorpsi yaitu
penyerapan gas terutama karbon dioksida (CO2),
karena dengan diserapnya CO2 maka kadar CH4
yang dihasilkan akan meningkat (Wahono,
2010).
Gas CO2 dalam biogas perlu dihilangkan
karena dapat mengurangi nilai kalor pembakaran
biogas. Nilai kalor pembakaran gas metana
murni pada tekanan 1 atm dan temperatur
15,5°C yaitu 9100 Kkal/m3 atau setara dengan
12.740
Kkal/kg,
sedangkan
nilai
kalor
30
JKK, tahun 2013, volume 2 (1), halaman 30-33
ISSN 2303-1077
METODOLOGI PENELITIAN
Cangkang sawit yang dapat digunakan
sebagai karbon aktif harus melalui proses
karbonisasi bahan dasar dan mengalami proses
aktivasi (Darmawan, 2009). Proses karbonisasi
ini dilakukan dengan cara pemanasan dengan
tujuan untuk melepaskan senyawa atau zat
ektraktif yang mudah menguap dan proses ini
dapat membuka ukuran pori dari karbon dan
memaksimalkan karbon aktif dari cangkang sawit
sebagai adsorben gas, maka perlu dilakukan
aktivasi. Proses aktivasi yang dilakukan pada
penelitian ini adalah aktivasi kimia agar adsorben
yang dihasilkan lebih maksimal sebagai
penyerap gas CO2 dalam biogas.
Pada penelitian ini, adsorben karbon aktif
yang berasal dari cangkang sawit diaktivasi
dengan menggunakan H3PO4 10%. Pemilihan
H3PO4 karena senyawa ini memiliki stabilitas
termal dan karakter kovalen yang
tinggi
sehingga diharapkan bahan pengaktif ini dapat
meningkatkan daya serap dan memaksimalkan
potensi karbon aktif sebagai adsorben gas.
Bahan pengaktif H3PO4 berfungsi mengikat
senyawa-senyawa pengotor bukan karbon yang
menyebabkan pori pada karbon akan semakin
terbuka. Pada aktivasi kimia, karbon hasil proses
karbonsasi diubah dari karbon yang memiliki
daya serap rendah menjadi karbon yang memiliki
daya serap tinggi. Selain itu proses aktivasi akan
memperkecil rerata jari pori dan memperbesar
luas permukaan, serta memperoleh karbon yang
berpori diharapkan nantinya adsorben yang
dihasilkan dapat menyerap gas pengotor dalam
biogas terutama gas CO2, sehingga dengan
diserapnya gas CO2 maka kadar CH4 dalam
biogas akan meningkat (Bansal and Gosal,
1988).
Alat dan Bahan
Alat
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini
yaitu: GSA, gas CO Analyzer model 48i, neraca
analitik, oven, pH universal, alat refluks, alat
multifungsi gas portable Rieken.
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah
akuades, asam fosfat (H3PO4) 10%, karbon aktif
dari cangkang sawit, dan karbon aktif komersial.
Cara Kerja
Preparasi Sampel (Darmawan, 2009)
Sampel cangkang sawit dikeringkan dan
ditanur pada suhu 600ºC selama 1,5 jam hingga
diperoleh karbon.
Aktivasi
karbon
aktif
secara
kimia
(Darmawan, 2009)
Sampel karbon aktif cangkang sawit
diaktivasi secara kimia dengan direndam dalam
H3PO4 10% selama 24 jam. Karbon kemudian
ditiriskan dan dikalsinasi dalam oven pada suhu
110ºC selama 2 jam.
Pengujian Gas CO2
Dilakukan pengukuran gas CO2 sebelum
diadsorpsi dan setelah diadsorpsi menggunakan
adsorben karbon aktif serta dicatat hasilnya.
Analisis dengan GSA
Untuk mengetahui karakter pori pada tiap
variasi perlakuan maka adsorben karbon aktif
yang berasal dari cangkang sawit dikarakterisasi
dengan menggunakan GSA.
Analisis Pori Adsorben Menggunakan Gas
Sorption Analyzer
Pengukuran volume total pori, rerata jejari
pori dan luas permukaan dilakukan dengan Gas
Sorption Analyzer (GSA). Pengukuran dilakukan
pada karbon aktivasi kimia dan karbon aktif
komersial. Hasil analisis adsorben menggunakan
Gas Sorption Analyzer dapat dilihat pada Tabel 1
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi dan Pembuatan Adsorben
Adsorben yang digunakan pada penelitian
ini adalah karbon aktif yang berasal dari
cangkang sawit. Proses preparasi diawali
dengan
membersihkan
cangkang
sawit
menggunakan akuades yang bertujuan untuk
mengurangi zat pengotor yang masih terikat
pada cangkang sawit. Cangkang sawit yang
sudah dicuci kemudian dihaluskan dan ditanur
pada suhu 600ºC selama 1,5 jam untuk
menghilangkan senyawa bukan karbon yang
terkandung dalam cangkang sawit (Sembiring
dkk., 2003), sehingga yang terbentuk adalah Caktif.
Tabel 1. Hasil analisis GSA karbon aktif
Jenis
Adsorben
C-komersial
C-aktivasi
kimia
Volume
Total Pori
(cc/g)
0,3571
0,1304
Luas
Permukaan
2
(m /g)
666,534
208.091
Rerata
Jejari Pori
(Ǻ)
10,713
12,531
Adsorben yang baik digunakan untuk
menyerap gas CO2 dalam biogas adalah yang
31
JKK, tahun 2013, volume 2 (1), halaman 30-33
ISSN 2303-1077
memiliki ukuran pori yaitu < 2 nm. Berdasarkan
penelitian yang dilakukan Suyati (2005), untuk
menghasilkan adsorben mikropori yang terbaik,
volume total pori dan luas permukaan harus
semakin besar namun rerata jari pori semakin
kecil. Pada penelitian yang dilakukan, Karbon
aktif cangkang sawit yang diaktivasi kimia
dengan H3PO4 memilki potensi sebagai adsorben
gas pengotor dalam biogas yang dilihat dari
analisis hasil dengan GSA dan pengukuran
kadar CH4 pada biogas yang menunjukkan
peningkatan kadar CH4 sebelum menggunakan
adsorben dan setelah menggunakan adsorben
karbon aktif kimia.
Menurut Kurniati (2008) pengaktivasi H3PO4
sangat baik dalam mengikat senyawa-senyawa
tar sisa karbonisasi didalam karbon aktif. Inilah
yang menyebabkan rerata jejari pori pada
adsorben karbon aktif cangkang sawit aktivasi
kimia memilki ukuran yang lebih besar dibanding
dengan karbon aktif komersial. Hal ini
dikarenakan
dengan hilangnya
senyawasenyawa pengotor di dalam karbon aktif
menyebabkan rerata jari pori akan semakin
besar sehingga di dalam adsorben karbon aktif
tersebut tidak ada senyawa penggangu dalam
proses adsorpsi.
Tabel 2. Konsentrasi gas CO2 dan CH4 dalam
biogas setelah diadsorpsi dengan karbon aktif
cangkang sawit dan karbon aktif komersial
Zat Pengaktif
Tanpa Adsorben
C-Aktivasi Kimia
C-Komersial
Konsentrasi Gas (%)
CO2
CH4
100
58,5
93,9
65,5
87,1
70,5
Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa penurunan
konsentrasi CO2 pada adsorben aktivasi kimia
sebesar 6,1% dan adsorben komersial sebesar
12,9% jika dibandingkan sebelum menggunakan
adsorben. Pada pengukuran CH4 dengan
adsorben
karbon
aktivsi
kimia,
terjadi
peningkatan sebesar 7% dan adsorben komersial
sebesar 12% dibanding sebelum menggunakan
adsorben. Nilai konsentrasi ini juga tidak jauh
berbeda antara karbon aktif cangkang sawit yang
diaktivasi kimia dengan karbon aktif komersial
yang dilihat dari pengukuran gas CO2 dan CH4
pada biogas.
Dari data peningkatan CH4 ini, maka
adsorben cangkang sawit dengan aktivasi kimia
memilki potensi yang besar untuk menyerap gas
pengotor dalam biogas terutama gas CO2.
Dengan diserapnya gas pengotor terutama gas
CO2 dalam biogas hasil fermentasi anaerob,
maka kadar CH4 dalam biogas akan semakin
meningkat kemurniannya.
Gas CO2 dalam biogas hasil fermentasi
sampah organik merupakan gas pengotor dalam
biogas, sehingga gas CO2 tersebut perlu
dihilangkan atau diserap dengan metode
adsorpsi. Pada penelitian ini proses adsorpsi
yang terjadi pada penyerapan gas CO2
merupakan adsorpsi fisika yang dikarenakan
ikatan yang terbentuk antara adsorbat dan
adsorben membentuk interaksi Van der walls.
Daya tarik antara gas CO2 dan karbon
sangat lemah. Molekul gas CO2 hanya
menempel pada permukaan adsorben karbon.
Keseimbangan antara adsorben karbon aktif dan
gas CO2 lebih cepat tercapai dan bersifat
reversible. Setelah gas CO2 yang menempel
pada
permukaan
adsorben
mencapai
keseimbangan, maka adsorben dan adsorbat
akan mencapai titik jenuh hingga adsorben tidak
mampu mengadsorpsi gas CO2 lagi.
Adsorpsi Gas CO2 dan Pengukuran Kadar CH4
dalam Biogas Hasil Fermentasi Anaerobik
Sampah Organik
Adsorpsi gas CO2 dengan adsorben karbon
aktif yang berasal dari limbah cangkang sawit
dapat
dilihat
dengan
pengukuran
gas.
Pengukuran gas dilakukan dengan melewatkan
biogas pada adsorben karbon aktif yang dibuat
dengan perlakuan aktivasi kimia dan karbon aktif
komersial. Hasil pengukuran adsorpsi CO2 dan
pengukuran kadar CH4 selanjutnya dibandingkan
dengan adsorpsi CO2 dan pengukuran kadar CH4
oleh karbon aktif komersial. Daya adsorpsi gas
CO2 dan pengukuran kadar CH4 dalam biogas
dapat dilihat dari konsentrasi gas CO2 dan CH4
sebelum menggunakan adsorben dan setelah
menggunakan adsorben dengan aktivasi kimia
dan pembanding karbon aktif komersial.
Hasil uji karbon aktif dari limbah cangkang
sawit terhadap gas CO2 dan CH4 dengan
perlakuan aktivasi kimia H3PO4 dan karbon aktif
komersial pada biogas yang dihasilkan dari
fermentasi sampah organik dapat dilihat pada
Tabel 2 berikut.
32
JKK, tahun 2013, volume 2 (1), halaman 30-33
Persentase Daya Serap CO2
14%
ISSN 2303-1077
sebesar
70,5%
dibandingkan
sebelum
menggunakan adsorben sebesar 58,5%.
12,97%
12%
UCAPAN TERIMAKASIH
10%
6%
Terima kasih kepada Kementrian Riset dan
Teknologi Indonesia yang telah membiayai
penelitian ini.
4%
DAFTAR PUSTAKA
2%
Bansal, R.C., dan Gosal, M., 1988, Activated
Carbon Adsorption, Taylor & Francis, New
York.
Darmawan, S., 2009, Optimasi Suhu dan Lama
Aktivasi dengan Asam Phosfat dalam
Produksi Arang Aktif Tempurung Kemiri,
Jurnal Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan 2(2):
51-56.
Harasismowiczt M., Orluk P., Zakrzewska.,
Trznadel G., dan Chmielewski AG., 2007,
Application of Polyimide Membranes for
Biogas Purification Enrihmant, Journal of
Hazardous Materials 144: 698-702.
Kurniati, E., 2008, Pemanfaatan Cangkang Sawit
sebagai Arang Aktif, Jurnal Penelitian Ilmu
Teknik 8(2).
Maarif, F., dan Januar, A., 2007, Absorbsi Gas
Karbondioksida (CO2) dalam Biogas
dengan Larutan NaOH secara Kontinyu,
Jurusan
Teknik
Kimia,
Universitas
Semarang, Draft Jurnal Hasil Penelitian
UNDIP
Sembiring, Meilita, dan Surya, T., 2003, Arang
Aktif, Digitized USU Digital Library:
Sumatera Utara.
Suyati, 2005, Pembuatan dan Karakterisasi
Katalis
Nikel/Zeolit
pada
Pirolisis
Batubara, JSKA 7(2).
Wahono, K., 2010, Modifikasi Zeolit Lokal
Gunung Kidul sebagai Upaya Peningkatan
Performa Biogas untuk Pembangkit Listrik,
Seminar Rekayasa Kimia dan Proses
2010 ISSN : 1411-4216,Yogyakarta.
8%
6,10%
0%
Aktivasi Kimia
C-Komersial
Jenis Adsorben
A = C-Aktivasi Kimia
B = C-Komersial
Gambar 1. Grafik persentase daya serap karbon
aktif terhadap gas CO2
Persentase adsorpsi gas CO2dalam
biogas hasil fermentasi anaerobik sampah
organik dapat dihitung dengan rumus :
%Adsorpsi=
Hasil pengukuran konsentrasi gas CO2 dan
CH4 dapat dilihat persentase penyerapan gas
CO2 dan peningkatan kadar CH4. Persentase
penyerapan gas CO2 menggunakan karbon aktif
cangkang sawit dengan aktivasi kimia H3PO4
sebesar 6,1% dan karbon aktif komersial sebesar
12,97%, sedangkan pada pengukuran kadar
CH4, terjadi peningkatan yaitu pada pengukuran
menggunakan adsorben karbon aktif kimia
dengan H3PO4 sebesar 7% dan karbon aktif
komersial sebesar 12%. Dari data tersebut dapat
dilihat peningkatan kadar CH4 yang terukur
dengan menggunakan adsorben karbon aktif
cangkang sawit yang diaktivasi kimia dan tanpa
menggunakan adsorben, sehingga terlihat bahwa
karbon aktif cangkang sawit dapat dimanfaatkan
lebih lanjut sebagai adsorben gas CO2 agar
kadar CH4 dalam biogas dapat meningkat.
SIMPULAN
Cangkang sawit memiliki potensi yang besar
sebagai adsorben karbon aktif dengan aktivasi
kimia menggunakan H3PO4 untuk menyerap gas
CO2 sehingga kadar CH4 dalam biogas dapat
meningkat. Hal ini dapat dilihat dari peningkatan
kadar CH4 dalam biogas yang diserap dengan
adsorben karbon aktif kimia dengan H3PO4
sebesar 65,5% dan karbon aktif komersial
33