Electronic Theses and Dissertation

Pyrolysis adalah prosessdekomposisi termokimia biomassa pada temperatur tinggi dan tidak adanya oksigen. Produk yang dihasilkan dalam pembakaran pyrolysis produk berupa padatan (bio-char), gas dan cairan (bio-oil). Untuk menghasilkan produk yang baik sangat dipengaruhi oleh temperatur, waktu, ukuran partikel dan jenis biomassa. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memproduksi bio-oil dari biomassa melalui proses pyrolysis menggunakan elektric furnace dan microwave pyrolysis. Penelitian ini lebih difokuskan pada pembuatan bio-oil dari jenis biomassa kulit jagung (Zea mays), batang ekor kucing (Typha latifolia) dan daun tanjung (Mimusops elengi). Dimana kandungan selulosa dari jenis bahan baku tersebut tinggi, sehingga berpotensi menghasilkan bio-oil dengan rendemen yang tinggi. Penelitian ini terdiriidari tiga tahapan, yaitu tahap pertama: pembuatan bio-oil kulit jagung (Zea mays), batang ekor kucing (Typha latifolia) dan daun tanjung (Mimusops elengi) dengan menggunakan electric furnace serta dianalisa karakteristik bio-oil, tahap kedua pembuatan bio-oil dari kulit jagung (Zea mays), batang ekor kucing (Typha latifolia) dan daun tanjung (Mimusops elengi) dengan menggunakan microwave serta dianalisa karakteristik bio oil, dan tahap ke tiga mencari kondisi yang optimal untuk berbagai kondisi operasi pada proses pembuatan bio-oil dengan pendekatan Response Surface Metodelogy (RSM). Langkah-langkah dalam penelitian ini meliputi tahap persiapan bahan baku, dimana bahan baku dibersihkan terlebih dahulu kemudian dikeringkan pada temperatur 105 oC dan selanjutnya di haluskan dengan ukuran ≤ 40 mesh. Kemudian tahap pembuatan crude bio-oil (CBO). Pada tahap ini dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan electric furnace pada temperatur 300, 350, 400, 450 500 oC selama 30, 60, 90 dan 120 menit dan dengan cara menggunakan microwave pyrolysis dengan daya 450, 600, dan 800W selama 20,40,60 dan 80 menit. Hasil pyrolysis berupa cairan berwarna kuning kecoklatan. Hasil penelitian menunjukkan dari ketiga biomassa yang digunakan sebagai bahan baku proses pyrolysis dengan menggunakan electric furnace, pada kondisi operasi temperatur 300 0C dan waktu 60 menit, yield bio-oil yang diperoleh bagi kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung adalah 22,99%, 15,79% dan 16,71%. Pada temperatur 350 0C dan waktu 60 menit, yield bio-oil kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung yang diperoleh 27,17%, 21,2% dan 17,87%. Pada kondisi operasi pyrolysis, temperatur 400 0C dan waktu 60 menit, yield bio-oil kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung yaitu 35,4 %, 31,41% dan 22,44%. Sedangkan temperatur 450 0C dan waktu 60 menit, yield bio-oil kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung yaitu 44,24%, 27,93 % dan 23,23%. Untuk kondisi operasi pyrolysis temperatur 500 0C dan waktu 60 menit, yield bio-oil kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung yaitu 41,43% , 24,81% dan 26,86%. Dari ketiga biomassa tersebut, yield bio-oil tertinggi diperoleh oleh biomassa kulit jagung. Karakteristik bio-oil dari ketiga biomassa, kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung, masih sesuai dalam standar ASTM 7544, dimana densitas bio-oil yang dihasilkan berkisar antara 1,10 -1,30 gr/cm3, viskositas berkisar antara 1,25 – 2,77 cSt, pH berkisar antara 2,43-4,49. Nilai kalor yang diperoleh bio-oil dari ketiga biomassa ini adalah kulit jagung: 21,945 MJ/kg, batang ekor kucing: 19,751 MJ/kg dan daun tanjung: 20,059 MJ/kg. Dari hasil analisa GC-MS, komposisi kimia bio-oil tertinggi yang diperoleh adalah senyawa fenol dengan persentase yang diperoleh berbeda-beda dari ketiga biomassa. Kandungan fenol yang terdapat pada bio-oil kulit jagung sebesar 56%, batang ekor kucing yaitu sebesar 21,60% dan daun tanjung adalah 64,22%. Dan sesuai dengan hasil analisa FT-IR, bahwa bio-oil mengandung senyawa fenol dengan dibuktikan pada gugus fungsi hasil analisa FT-IR yaitu adanya O-H pada range frekuensi 3400-3200 cm-1, yang menandakan adanya fenol dalam bio-oil. Yield bio-oil yang diperoleh pada proses pyrolysis biomassa dengan menggunakan microwave, pada kondisi operasi daya 450 watt dan waktu 60 menit, yield bio-oil kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung adalah 10,52%, 10,9% dan 9,33%, Untuk kondisi operasi 600 watt dan waktu 60 menit yield bio-oil kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung yaitu 16,53%, 17,38% dan 14,08%. Sedangkan daya 800 watt dan waktu 60 menit, yield bio-oil biomassa kulit jagung batang ekor kucing dan daun tanjung adalah 26,06%, 14,54% dan 12,04%, Dari ketiga biomassa yang digunakan, kulit jagung yang memiliki yield bio-oil tertinggi. Karakteristik bio-oil dari ketiga biomassa, kulit jagung, batang ekor kucing dan daun tanjung, masih sesuai dalam standar ASTM 7544, dimana densitas bio-oil yang dihasilkan berkisar antara 1,21 -1,28 gr/cm3, viskositas berkisar antara 0,98-1,30 cSt dan pH berkisar antara 2,14-4,68. Dari hasil analisa GC-MS, komposisi kimia bio-oil tertinggi yang diperoleh adalah senyawa fenol dengan persentase yang diperoleh berbeda-beda dari ketiga biomassa. Hal ini dibuktikan dari hasil analisa FT-IR, bahwa bio-oil mengandung senyawa fenol dengan dibuktikan pada gugus fungsi hasil analisa FT-IR yaitu adanya O-H pada range frekuensi 3400-3200 cm-1, yang menandakan adanya fenol dalam bio-oil. Dari hasil analisis Response Surface Methodology (RSM) diperoleh yield bio-oil optimum berdasarkan prediksi diperoleh sebesar 42,76% pada kondisi operasi; temperatur 458 0C dan waktu 65 menit. Sedangkan berdasarkan aktual yield bio-oil diperoleh 42,89%.

Pyrolysis is the process of thermochemical decomposition of biomass at high temperatures and in the absence of oxygen. The products produced in pyrolysis combustion are solids (bio-char), gases, and liquids (bio-oil). To produce a good product is strongly influenced by temperature, time, particle size, and type of biomass. The purpose of this research is to produce bio-oil from biomass through a pyrolysis process using the electric furnace and microwave pyrolysis. This research is more focused on making bio-oil from biomass types of zea mays, typha latifolia, and Mimusops elengi. Where the cellulose content of these types of raw materials is high, so it has the potential to produce bio-oil with high yields. This research consists of three stages, namely the first stage: making bio-oil from zea mays, typha latifolia, and mimusops elengi using the electric furnace and analyzing the characteristics of bio-oil, the second stage of making bio-oil from zea mays, typha latifolia, and mimusops elengi by using microwave and analyzing the characteristics of bio-oil, and the third stage is looking for optimal conditions for various operating conditions in the process of making bio-oil with the Response Surface Methodology (RSM) approach. The steps in this study include the preparation stage of raw materials, where the raw materials are cleaned first then dried at a temperature of 105o C, and then mashed with a size of ≤ 40 mesh. Then the stage of making crude bio-oil (CBO). At this stage, it is done in two ways, namely by using an electric furnace at temperatures of 300, 350, 400, 450 500o C for 30, 60, 90, and 120 minutes and by using microwave pyrolysis with 450, 600, and 800W power for 20, 40, 60 and 80 minutes. The result of pyrolysis is a brownish-yellow liquid. The results showed that of the three biomasses used as raw materials for the pyrolysis process using an electric furnace, at operating conditions of temperature 3000 C and time 60 minutes, the bio-oil yield obtained for zea mays, typha latifolia and mimusops elengi were 22.99%, 15.79%, and 16.71%. At a temperature of 3500 C and a time of 60 minutes, the bio-oil yields of zea mays, typha latifolia and mimusops elengi were 27.17%, 21.2%, and 17.87%. At pyrolysis operating conditions, temperature 4000 C and time 60 minutes, the yield of zea mays, typha latifolia, and mimusops elengi bio-oil are 35.4%, 31.41%, and 22.44%. Meanwhile, at a temperature of 4500 C and a time of 60 minutes, the yield of zea mays, typha latifolia and mimusops elengi bio-oil are 44.24%, 27.93%, and 23.23%. For pyrolysis operating conditions at a temperature of 5000 C and a time of 60 minutes, the yield of zea mays, typha latifolia and mimusops elengi bio-oil are 41.43%, 24.81% and 26.86%. Of the three biomasses, the highest bio-oil yield was obtained by zea mays biomass. The bio-oil characteristics of the three biomasses, zea mays, typha latifolia and mimusops elengi, are still in accordance with ASTM 7544 standards, where the density of bio-oil produced ranges from 1.10 -1.30 gr/cm3 , viscosity ranges from 1.25 – 2.77 cSt, pH ranges from 2.43-4.49. The calorific value obtained by bio-oil from these three biomasses is zea mays: 21.945 MJ/kg, typha latifolia: 19.751 MJ/kg, and mumisops elengi: 20.059 MJ/kg. From the results of GC-MS analysis, the highest bio-oil chemical composition obtained was phenol compounds with different percentages obtained from the three biomasses. The phenol content contained in zea mays bio-oil is 56%, typha latifolia is 21.60%, and mimusops elengi is 64.22%. And in accordance with the results of FT-IR analysis, that bio-oil contains phenol compounds as evidenced in the functional groups of FT-IR analysis results, namely the presence of O-H in the frequency range 3400-3200 cm-1 , which indicates the presence of phenol in bio-oil. The bio-oil yield obtained in the biomass pyrolysis process using the microwave, under operating conditions of 450 watts power and 60 minutes time, the bio-oil yield of zea mays, typha latifolia and mimusops elengi s are 10.52%, 10.9%, and 9.33%, for operating conditions of 600 watts and 60 minutes time the bio-oil yield of zea mays, typha latifolia and mimusops elengi are 16.53%, 17.38% and 14.08%. While 800 watts of power and 60 minutes of time, the bio-oil yield of zea mays, typha latifolia and mimusops elengi are 26.06%, 14.54% and 12.04%, Of the three biomasses used, zea mays has the highest bio-oil yield. The bio-oil characteristics of the three biomasses, zea mays, typha latifolia and mimusops elengi, are still in accordance with ASTM 7544 standards, where the density of bio-oil produced ranges from 1.21 -1.28 gr/cm3 , viscosity ranges from 0.98-1.30 cSt and pH ranges from 2.14-4.68. From the results of GC-MS analysis, the highest bio-oil chemical composition obtained was phenol compounds with different percentages obtained from the three biomasses. This is evidenced by the results of FT-IR analysis, that bio-oil contains phenol compounds as evidenced by the functional groups of FT-IR analysis results, namely the presence of O-H in the frequency range 3400-3200 cm-1 , which indicates the presence of phenol in bio-oil. From the results of Response Surface Methodology (RSM) analysis, the optimum bio-oil yield based on predictions was obtained at 42.76% under operating conditions; temperature of 458 0C and time 65 minutes. While based on actual bio-oil yield obtained 42.89%.