Perpustakaan Digital ITB

Sekam padi berpotensi besar sebagai penghasil bahan kimia dan energi. Kandungan abu dan silika dalam abu (bio-silika) yang tinggi membuatnya dapat menjadi sumber silika dalam jumlah besar dari bahan baku terbarukan dan murah. Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan bio-silika amorf kemurnian tinggi dari sekam padi dan pemanfaatan energi pembakarannya. Menariknya, masih belum banyak penelitian yang berfokus pada dua hal ini. Produksi abu dilakukan melalui pembakaran sekam padi dan abu kemudian diekstrak untuk menghasilkan bio-silika. Energi pembakarannya digunakan sebagai pembangkit listrik skala kecil. Batasan kondisi operasi ini adalah fasa silika amorf sehingga pembakaran tidak boleh di atas 700oC. Salah satu pencegahannya adalah penggunaan jumlah udara pembakar yang berlebih. Penelitian ini dimulai dari kajian produksi bio-silika dari abu sekam padi dan diakhiri dengan kajian pembakaran sekam padinya. Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan adalah produksi bio-silika amorf melalui ekstraksi kimia abu sekam padi, kajian simulasi tiga dimensi aliran dan eksperimen uji dinginnya dalam tungku suspensi akrilik, simulasi pembakaran sekam padi dengan pendekatan dekomposisi realistik, eksperimen pembakaran sekam padi dalam tungku suspensi, dan simulasi pemanfaatan energi. Tahapan produksi bio-silika bertujuan menentukan pengaruh pencucian asam abu, nisbah pelarut terhadap umpan (S/F), waktu ekstraksi, penggunaan asam pempresipitasi, dan refining pada perolehan dan kemurnian bio-silika. Variasi urutan pencucian adalah AE (cuci-ekstraksi-kering), EA (ekstraksi-cuci-kering), EAD (ektraksi-kering-cuci), dan tanpa pencucian sebagai kontrol. Pencucian asam dilakukan menggunakan HCl dan ekstraksi dilakukan dengan NaOH. Pencucian asam penting untuk menghilangkan mineral pengotor, sementara proses refining bertujuan untuk menghilangkan kandungan karbon yang terdapat dalam bio-silika. Variasi AE, EA, EAD, dan kontrol masing-masing memberikan bio-silika amorf dengan kemurnian 95,70%, 87,69%, 62,40%, dan 56,93% serta luas permukaan 277,49 m2/g, 55,49 m2/g, 11,40 m2/g, dan 5,72 m2/g. Selain itu, presipitasi menggunakan HCl dan H2SO4 tidak mempengaruhi perolehan dan kemurnian bio-silika secara signifikan. Kondisi paling optimal adalah ekstraksi di bawah nisbah S/F 6 selama 1 jam, menghasilkan perolehan 85,4% dengan kemurnian 95,5%. Tahap berikutnya adalah mempelajari pola aliran sekam padi dan udara di dalam tungku suspensi akrilik secara simulasi. Peningkatan faktor kebolaan dan pengecilan ukuran partikel sekam padi mampu mengurangi jumlah partikel lolos sekaligus memaksimalkan kontak fluida-partikel di dalam tungku. Orientasi pipa pengumpanan harus terbenam agar memberikan efek vakum demi mengurangi aliran balik partikel keluar dari lokasi pengumpanan. Partikel yang masih lolos ditangani dengan siklon. Sudut kemiringan pipa tangensial 75o memberikan intensitas turbulensi turbulensi, jumlah swirl, panjang lintasan partikel, dan waktu tinggal partikel yang paling maksimal. Selain itu, empat pipa udara sekunder dengan sudut 60o menurunkan partikel yang lolos serta meningkatkan intensitas partikel udara dengan membuat zona resirkulasi di area bawah tungku dan meningkatkan waktu tinggal partikel. Selain itu, pergeseran sifat fisik dari sekam padi menjadi abu sekam padi, serta pergeseran temperatur dari 25–700oC dapat meningkatkan partikel lolos. Dari kajian uji dingin, pola swirl dari aliran udara ditunjukkan dengan gerakan kertas minyak ke atas dan ke bawah membentuk kurva dan arah melingkar. Di sisi lain, struktur aliran swirl sekam padi ditunjukkan dengan adanya puncak dan lembah sinusoidal pada burner. Prediksi struktur aliran fluida dan partikel mirip dengan hasil eksperimen uji dingin. Tahap penelitian dilanjutkan dengan simulasi devolatilisasi sekam padi menggunakan pendekatan dekomposisi realistik membentuk gas (64,78%), cair/tar (7,28%), padat/arang (27,94%). Oksidasi menggunakan 100% udara berlebih menghasilkan sebesar 2,6 MJ/kg energi pembakaran spesifik. Perhitungan termodinamika membuktikan bahwa emisi NOX dari pembakaran sekam padi dapat diabaikan. Selain itu, masih ada kemungkinan untuk terbentuk CO dan H2 di atas 500oC. Pembakaran dengan udara berlebih dapat mengurangi efisiensi pembakaran namun dapat mempertahankan temperatur pembakaran pada 700oC. Oleh karena itu, pasokan udara berlebih sekitar 180–200% bermanfaat untuk menjaga temperatur pembakaran, menghindari pembentukan silika kristalin dalam abu, serta menekan emisi NOX dan CO. Pendekatan dekomposisi realistik ini akhirnya dapat memprediksi kinerja pembakaran sekam padi dengan hasil-hasil perhitungan yang masuk akal dan logis. Kajian pembakaran sekam padi dalam tungku suspensi diawali dengan uji nyala dalam tungku unggun diam. Temperatur nyala sekam padi diperoleh di atas (428????8)oC. Pembakaran dilakukan dengan menggunakan bahan bakar berupa arang sekam padi sebanyak 500 gram dan penyalaan dilakukan sampai mencapai titik nyala sekam padi. Pembakaran dilakukan dengan nisbah udara total terhadap biomassa sebesar 8,5. Variasi laju alir pengumpanan yang digunakan adalah 9,27, 20,23, 25,20, 31,36, dan 42,51 kg/jam. Pengumpanan sekam padi dilakukan sampai mencapai 2500 gram untuk 4 variasi pertama dan mencapai 500 gram untuk variasi terakhir. Dari eksperimen ini, lidah api dalam pembakaran bertahan sekitar 15–30 menit dan pembakaran dilanjutkan dengan bara yang menjadi kunci suskes konversi menjadi abu. Temperatur tertinggi dari pembakaran tercatat pada 552–560oC. Perolehan abu didapatkan sebesar 18,94–23,68% dengan kandungan silika dalam abu 88,29–89,15%. Abu memiliki fasa amorf dengan kandungan karbon tak terbakar sebesar 5,11–23,27%. Hal ini mendukung perlunya proses refining. Penelitian ini juga akhirnya menawarkan konsep integrasi proses produksi bio-silika amorf dari sekam padi dan pemanfaatan energi pembakarannya.