Karakteristik Limbah Padi Sebagai Bahan Baku Bioenergi by Syukri Muhammad Nur

KARAKTERISTIK

LIMBAH PADI SEBAGAI BAHAN BAKU BIOENERGI Syukri M Nur Sangatta-Kutai Timur, Februari 2014

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

1. Pendahuluan Tanaman Padi (Oriza Sativa) merupakan salah satu komoditi penghasil beras dan menjadi sumber utama pangan bagi bangsa Indonesia. Oleh karena itu, hampir setiap daerah di Indonesia memiliki sentra pertanian padi sebagai penyedia pangan, baik untuk penduduk diwilayahnya sendiri maupun untuk wilayah di sekitarnya. Fungsi pertanian tanaman padi sebagai sumber pangan bagi rakyat Indonesia sudah menjadi pengetahuan umum, namun akan menjadi pengetahuan baru jika pertanian dan industri (disingkat, agroindustri) padi didayagunakan untuk lumbung energi. Untuk mendayagunakan agroindustri padi sebagai sumber energi, maka diperlukan upaya membangun pemahaman yang baik tentang Genus Oryza ini, akan mulai dari klasifikasi ilmiahnya (seperti yang disajikan pada Gambar 1), karakteristik agroekologi untuk syarat tumbuhnya, komponen tanaman padi yang dapat digunakan sebagai bahan baku bioenergi, penggalian informasi kuantitatif potensi ketersediaan dan distribusi bahan baku ini di Indonesia, sampai pada karakteristik biofisik dari limbah padi yaitu, sekam dan jerami.

Gambar 1. Klasifikasi ilmiah tanaman padi.

Tujuan penulisan artikel ini untuk membangun pemahaman tersebut, dan juga merupakan bagian dari membangun rumah ilmu pengetahuan dan teknologi bidang energi baru dan terbarukan. Tanaman padi merupakan bagian dari upaya Tim penulis untuk membangun publikasi yang berjudul â&#x20AC;&#x153;Bioenergi Utama Indonesiaâ&#x20AC;?.

2. Karakteristik Agroekologi Tanaman Padi Tanaman padi dapat dibedakan berdasarkan lokasi budidayanya yaitu padi sawah dan padi ladang.Pembeda utama dua ini terletak pada penggunaan air yang tergenang untuk padi sawah sedangkan padi ladang hanya mengandalkan air hujan sumber air pada awal penanamannya.

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

Berdasarkan informasi Lestari (2014) yang disajikan dilaman blognya, mengatakan bahwan syarat utama yang harus dipenuhi untuk menanam padi sawah adalah kebutuhan air yang harus tercukupi. Jika tidak maka pertumbuhan padi sawah yang di tanam akan terhambat dan produktivitasnya akan menurun. Syarat tumbuh tanaman padi sawah yang harus di perhatikan: 1. Lokasi tanam. Tanaman padi jenis ini harus di tanam di lahan sawah dengan ketinggian optimal 0 â&#x20AC;&#x201C; 1500 meter diatas permukaan laut. 2. Kondisi tanah. Padi sawah ditanam di tanah berlumpur yag subur dengan ketebalan 18 â&#x20AC;&#x201C; 22 cm. Tanah yang cocok untuk areal persawahan adalah tanah berlempung yang berat atau tanah yang memiliki lapisan keras 30 cm dibawah permukaan tanah sehingga air dapat tertampung diatasnya dan menciptakan lumpur. 3. Iklim. Padi sawah dapat tumbuh dalam iklim yang beragam, terutama di daerah dengan cuaca panas, kelembaban tinggi dengan curah hujan 200 mm/bulan atau 1500-2000 mm/ tahun. Tanaman padi dapat tumbuh baik pada suhu 23oC. 4. Intensitas cahaya matahari harus penuh sepanjang hari tanpa ada naungan. 5. Kemasaman tanah yang terukur dengan indikator pH tanah, harus berkisar antara 4,0 â&#x20AC;&#x201C; 7,0. Nilai pH tanah yang tinggi atau diatas 7,0 akan mengurangi hasil produksi. 6. Angin akan berpengaruh terhadap proses penyerbukan bunga padi. Karena itu lokasi sawah harus terbuka dan tidak terhalang sehingga angin dapat bertiup dengan bebas. 7. Air harus tersedia setiap saat mencukupi untuk mengenangi tanah persawahan. Kekurangan dan kelebihan air akan dapat mengurangi hasil produksi. karena itu di perlukan saluran irigasi yang baik untuk mengatur keluar masuknya air kedalam lahan persawahan yang akan di tanami padi sawah.

3. Luas Panen, Produksi dan Produktivitas Tanaman Padi Untuk mendukung penyediaan pangan bagi rakyat Indonesia, semua wilayah kabupaten dan kota di setiap provinsi (kecuali DKI Jakarta, Maluku dan Papua) memiliki sentra pertanian padi. Wilayah DKI Jakarta tidak memiliki sentra padi karena merupakan kota metropolitan, sedangkan makanan pokok penduduk di wilayah Maluku dan Papua adalah sagu, maka luas sentra tanaman padi hanya sedikit (Lihat Gambar 2). Total luas panen tanaman padi di Indonesia pada tahun 2012 adalah 13,4 juta hektar dan sekitar 47% berada di Jawa dan Bali. Sementara di luar Jawa, areal tanaman padi terkonsentrasi di pulau Sumatera, Sulawesi dan Kalimantan. Produksi gabah padi mencapai 69 juta ton dengan produktivitas sekitar 5 ton/ha (BPS, 2012).

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

Dalam rentang wakyu 2008 sampai dengan 2012, Indonesia berhasil meningkatkan luas panen rata rata 2.2% dan produksi padi rata-rata 3.5% setiap tahun kendati pada tahun 2011 terjadi penurunan luas panen karena pengaruh iklim. Peningkatan luas panen dan produksi pada tahun 2008-2011 disajikan pada Gambar 3.

Gambar 2.Luas panen padi setiap Provinsi di Indonesia Tahun 2012.

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

Gambar 3. Pertambahan produksi (ton) dan luas panen (ha) tanaman padi di Indonesia pada tahun 2008-2012. (Diolah dari BPS Indonesia).

Peningkatan produksi dan pertambahan luas panen merupakan upaya pemerintah dan masyarakat yang harus terus dijalankan untuk mengimbangi peningkatan kebutuhan pangan Indonesia. Beragam program telah dilaksanakan antara lain, penggunaan benih baru yang tahan kering, atau juga benih padi khusus untuk daerah pasang surut. Berdasarkan data pertambahan luas lahan panen untuk setiap provinsi di indonesia dalam rentang waktu 2008-2012 seperti yang tersaji pada Tabel 1. nampak bahwa provinsi Jawa Barat, Jawa Tengah, dan Jawa Timur merupakan sentra tanaman padi di Pulau Jawa. Sedangkan Sulawesi Selatan menjadi sentra padi pulau Sulawesi dan Timur Indonesia.

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

Tabel 1. Luas panen padi menurut Provinsi di Indonesia

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

4. Bahan Baku Bioenergi dari Tanaman Padi Tanaman padi selain berguna sebagai bahan pangan, juga menjadi sumber bahan baku bioenergi. Bagian dari tanaman padi (Oryza sativa) seperti pada Gambar 4. yang menjadi bagian bioenergi adalah jerami dan sekam. Jerami padi diperoleh saat panen padi dalam bentuk gabah, sedangkan sekam diperoleh setelah melalui proses penggilingan padi menjadi beras. Proses untuk mendapat bahan baku bioenergi dari tanaman padi disajikan pada Gambar 5. yang akan menghasilkan jerami dan sekam padi.

Gambar 4. Tanaman padi yang menghasilkan jerami dan sekam sebagai bahan baku bioenergi.

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

Gambar 5. Proses menghasilkan beras dengan limbah jerami dan sekam padi.

5. Potensi Sentra Bahan Baku Bioenergi Berdasarkan data produksi gabah yang diperoleh dari BPS, sentra panen gabah yang juga menjadi penghasil jerami dan sekam tersebar di setiap provinsi di Indonesia seperti disajikan pada Gambar 6. Untuk Pulau Sumatera, daerah yang menjadi sentra pertanian tanaman padi adalah DI Aceh, Sumatera Utara, Sumatera Barat, Sumatera Selatan,dan Lampung. Untuk Pulau Jawa, sentra produksi padi adalah Jawa Barat, Jawa Tengah, dan Jawa Timur. Untuk wilayah Timur Indonesia, Sulawesi Selatan yang menjadi sentra pertanian tanaman Padi.

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

Gambar Gambar 6.

Distribusi gabah di setiap Distribusi produksi padiproduksi gabah di setiap padi provinsi seluruh Indonesia. Indonesia.

provinsi seluruh

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

6. Estimasi Potensi Bahan Baku Bioenergi dari Jerami dan Sekam Padi Berdasarkan studi pustaka, perbandingan untuk produksi gabah-jerami adalah 1:1, sedangkan untuk gabah-sekam 1:0,24. Berarti setiap ton gabah yang dihasilkan maka akan menyisakan jerami setara satu ton, sedangkan sekam yang dihasilkan adalah 0,24 ton. Jika menggunakan algoritma tersebut maka dapat digunakan untuk estimasi produksi jerami dan gabah Indonesia pada tahun 2008-2012 seperti tersaji pada Gambar 7.

Gambar 7. Estimasi perkembangan produksi jerami dan sekam padi Indonesia pada tahun 2008-2012.

Dari data lima tahun tersebut, tampak ada sedikit peningkatan produksi jerami dan sekam. Pada tahun 2012, produksi jerami mencapai 69 juta ton dan sekam 16,6 juta ton. Kendati jumlah produksi jerami dan sekam cukup tinggi, namun kondisi agroekologi wilayah penyebaran yang luas membuat potensi tersebut harus dikelola dengan baik supaya diperoleh manfaat yang besar. Selain jumlah potensi bahan baku, faktor waktu ketersediaannya juga menjadi faktor penentu, disamping akses untuk mengangkut bahan baku tersebut ke lokasi pengolahan bioenergi. Pertimbangan-pertimbangan lain akan dibahas lebih lanjut pada bagian Strategi Penyediaan Bahan Baku Biomassa.

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

Distribusi wilayah dan estimasi produksi bahan baku bioenergi di Indonesia

Berdasarkan data estimasi produksi jerami dan sekam padi setiap provinsi pada tahun 2012 yang disajikan pada Gambar 8, menunjukkan bahwa hampir setiap provinsi yang memiliki sentra padi berpotensi menghasilkan bahan baku bioenergi dari jerami dan sekam. Daerah yang menjadi 10 besar penghasil bahan baku bioenergi dari tanaman padi di Indonesia adalah provinsi Jawa Timur, Jawa Barat, Jawa Tengah, Sulawesi Selatan, Sumatera Utara, Sumatera Barat, Sumatera Selatan, Lampung, Kalimantan Selatan, dan Nusa Tenggara Barat. Data estimasi perkembangan produksi jerami dan sekam padi untuk setiap provinsi pada tahun 2008-2012 disajikan pada Tabel 2 dengan mempertimbangkan produksi gabah padi.Kendati hanya 10 daerah yang menjadi penghasil jerami dan sekam terbesar di Indonesia namun bukan berarti daerah lain kehilangan kesempatan untuk mendayagunakan potensinya untuk memproduksi bioenergi.

Tabel 2. Perkembangan data estimasi produksi jerami dan sekam di setiap provinsi di Indonesia pada tahun 2008-2012.

12 BIOENERGI UTAMA INDONESIA

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

8. Pendayagunaan Jerami dan Sekam Padi Pada Gambar 9 dijelaskan pohon industri dari tanaman padi yang menghasilkan beras, jerami dan sekam. Selain menghasilkan bahan pangan, pertanian padi juga menghasilkan limbah (jerami dan sekam) yang dapat dijadikan bahan baku untuk bangunan, bahan baku industri, bahan baku untuk pertanian, karbon aktif, dan lain-lain. Namun demikian, kuantias bahan baku ini sangat berdayaguna jika dimanfaatkan sebagai bioenergi.

Gambar 9. Pohon industri pertanian tanaman padi

BIOENERGI UTAMA INDONESIA27

9. Karakteristik Biofisik Jerami dan Sekam Padi Karakteristik biofisik jerami dan sekam padi penting dipelajari untuk membuat perencanaan dan perlakuan yang diperlukan dalam penggunaannya sebagai bahan baku bioenergi. Tiga kelompok karakteristik utama bahan baku bioenergi yang harus diketahui adalah: Pertama karakteristik adalah sifat bahan bakar (fuel properties) yang menunjukkan kadar air (moisture content), kandungan abu (ash content), nilai kalori (calorie value), dan kandungan pokok dari biomassa yang terkait sebagai energi atau pembakaran. Kedua adalah kandungan unsur-unsur utama yang menjadi penyusun utama sekam dan jerami padi seperti karbon (C), Hidrogen (H), Nitrogen (N), Sulphur (S), Oksigen (O). Ketiga adalah komposisi biokimia yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Komposisi ini penting dipelajari jika bahan baku biomassa akan digunakan untuk menghasilkan biofuel seperti etanol atau metanol. Namun demikian, karateristik tersebut tidak dibahas dalam artikel ini. Berdasarkan Publikasi pangkalan data digital yang dikembangkan oleh Pusat Penelitian Energi Belanda (Energy research Centre of the Netherlands) yang disampaikan melalui laman https:// www.ecn.nl/phyllis2, berhasil diidentifikasi karakteristik komponen tanaman padi yaitu sekam dan jerami. seperti yang disajikan pada Tabel 3 untuk karakteristik bahan bakar dan karakteristik kandungan unsur utama. Karakteristik sifat bahan bakar dan kandungan penyusun sekam dan jerami padi diperoleh dari masing-masing enam contoh data yang diambil dari pangkalan data Energy research Centre of the Netherlands, kemudian dibuatkan nilai rata-rata untuk setiap parameternya seperti yang disajikan pada pembahasan berikut.

Karakteristik Sifat Bahan Bakar (Fuel Properties) Sekam Dan Jerami Padi. a. Kandungan Abu, bahan volatile, dan karbon

Berdasarkan kompilasi data dari Tabel 3, yang divisualkan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 10, menunjukkan bahwa sekam padi memiliki kandungan abu (ash content) dan karbon yang lebih tinggi daripada jerami padi. Keunggulan jerami padi terletak pada nilai Vollatile matter.

BIOENERGI UTAMA INDONESIA

Gambar 10. Perbandingan kandungan abu, vollatile mater dan karbon untuk sekam dan jerami.(Data diolah dari https://www.ecn.nl/phyllis2)

Sumber: Data diolah dari https://www.ecn.nl/phyllis2

Disamping nilai rata-rata untuk komponen penyusun sekam padi dan jerami padi, juga disajikan nilai minimum (min) dan nilai maksimum (maks) dari parameter kandungan abu (ash content), volatile matter, dan karbon seperti pada Tabel 4.

Tabel 4. Nilai rata-rata, minimum, dan maksium untuk sekam dan jerami

Sumber data: Data diolah dari https://www.ecn.nl/phyllis2

Kandungan volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api. Kesempurnaan pembakaran ditentukan oleh: Fixed Carbon Fuel Ratio = -------------------- Volatile Matter Semakin tinggi fuel ratio maka carbon yang tidak terbakar semakin banyak. Jika dibandingkan nilai fuel ratio untuk sekam padi (0.30) dan jerami padi (0.24) dengan batubara (4.16) maka bahan baku biomassa seperti sekam dan jerami lebih banyak membakar karbo daripada batubara.

b. Nilai Kalori Sekam dan Jerami Padi

Perbandingan nilai kalori antara sekam dengan padi disajikan seperti pada Gambar 11. Kedua bahan baku bioenergi, sekam dan jerami hampir memiliki kesamaan nilai Net Calorific Value (LHV) dan Gross Calorific Value (HHV). Pada nilai HHV Milne, nilai jerami padi lebih tinggi daripada sekam padi. Gambar11. Perbandingan rata-rata nilai kalori antara sekam dengan jerami padi. (Data diolah dari https://www.ecn.nl/phyllis2)

Pada Tabel 5 disajikan kisaran nilai kalori sekam dan jerami padi untuk tiga parameter yaitu Net calorific value (LHV), Gross calorific value (HHV), danHHVMilne.

Sumber: Data diolah dari https://www.ecn.nl/phyllis2

Ketiga parameter dari nilai kalori untuk sekam dan jerami padi hampir sama, dengan kisaran antara nilai maksiumum dan minimum yang hanya berkisar 3-5 MJ/kg. Indikasi yang dimungkinkan untuk data tersebut adalah teknologi yang dipakai untuk setiap proses konversi energi tidak memerlukan perlakuan dan sarana yang berbeda. Karakteristik Penyusun Utama Sekam dan Jerami Padi Komponen penyusun utama sekam dan jerami padi terdiri dari carbon (C), Oksigen (O), hidrogen (H), dan Nitrogen (N), serta sulphur (S), nilai kedua limbah tersebut disajikan pada Gambar 12. Hampir semua komponen penyusun utama sekam dan jerami padi menunjukkan bahwa komponen dominanya adalah unsur carbon (C) dan oksigen (O). Kendati kedua unsur tersebut menjadi dominan namun kisaran nilai antara maksimum dan minimumnya juga lebih lebar.(Lihat Tabel 6). Tabel 6. Nilai dari komponen penyusun utama sekam dan jerami padi.

Penutup Upaya mempelajari karakteristik sekam dan jerami padi sebagai bahan baku bioenergi, yang dimulai dari klasifikasi spesies, potensi produksi dan distribusi, dan sifat-sifat energi dan komponen penyusun utamanya, merupakan alternatif dan langkah terbaik untuk mendayagunakannya. Pemikiran lanjutan yang dibutuhkan adalah strategi pendayagunaannya untuk energi terbarukan seperti biofuel, biogas, atau langsung digunakan untuk konversi menjadi energi listrik sesuai dengan kebutuhan daerah yang menjadi sentra produksi padi. Semoga artikel ini menjadi salah satu upaya dan bahan penyusun buku Bioenergi Utama Indonesia.

Bahan Bacaan Lestari, I. (2014). Syarat tumbuh tanaman padi sawah di http://kbunq.blogspot.com/2013/09/ syarat-tumbuh-tanaman-padi-sawah.html. Dikunjungi pada tanggal 5 Pebruari 2014. B.M Jenkins, L.L Baxter, T.R Miles Jr., T.R Miles, Combustion properties of biomass, Fuel Processing Technology, Volume 54, Issues 1â&#x20AC;&#x201C;3, March 1998, Pages 17-46, ISSN 0378-3820, http://dx.doi. org/10.1016/S0378-3820(97)00059-3. Mohammad Nurul Islam, Mohammad Uzzal Hossain Joardder, SM Nazmul Hoque, Md. Shazib Uddin, A Comparative Study on Pyrolysis for Liquid Oil from Different Biomass Solid Wastes, Procedia Engineering, Volume 56, 2013, Pages 643-649, ISSN 1877-7058, http://dx.doi.org/10.1016/j. proeng.2013.03.172.

M. Syukri Nur, lahir di Pare-Pare, 24 September 1966. Ia menyelesaikan pendidikan dasar dan menengah di Samarinda. Lulus SMA Negeri 1 Samarinda pada tahun 1986 dan pada tahun yang sama di terima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui undangan PMDK (Penelusuran Minat dan Kemampuan) oleh Rektor IPB Prof. Dr. Ir. H. Andi Hakim Nasution karena menjadi juara I Lomba Karya Ilmiah Remaja LIPI Bidang Humaniora di tahun 1986. Lulus dari program studi Agrometeorologi, IPB tahun 1991, kemudian bekerja di LKBN Antara Biro Samarinda sebagai wartawan selama dua tahun. Akhir September 1993 melanjutkan S2 dan S3 hingga tahun 2003 di IPB dengan pengalaman studi di musim panas, kegiatan penelitian dan pembentukan jaringan akademik di Swiss, Perancis, Jerman, Jepang, dan Austria. Penelitian tentang model perubahan iklim global di Institut Bioklimatologie, Universitas Geottingen, Jerman selama 2 tahun lebih atas sponsor DAAD dan Proyek STORMA. Penghargaan yang pernah diperoleh LIPI – UNESCO untuk PIAGAM MAB (Man and Biosphere) tahun 2003 dan sejumlah beasiswa dari START Amerika Serikat, DAAD Jerman, Yayasan Super Semar, Republika dan ICMI, serta KOMPAS selama menempuh pendidikan di IPB. Alamat Lengkap: Jl. Malabar Ujung No. 27 RT 04/03, Tegalmanggah, Bogor 16144 Telp & FAX : 0251-835715, HP: 0811580150 Email : syukrimnur@gmail.com

Penulis pernah tercatat sebagai staf dosen di STIPER Kabupaten Kutai Timur dan Peneliti bidang Agroindustri dan Teknologi Informasi di PT. VISIDATA RISET INDONESIA, serta tahun 2006-2009 menjadi staf Ahli Bupati Kutai Timur bidang pengembangan Agribisnis dan Agroindustri. Pada tahun 2011-2012, menjadi Wakil Ketua Tim Likuidator PT. Kutai Timur Energi dan pernah menjabat sebagai Direktur HR&GA PT. Kutai Timur Energi. Saat ini menjadi Direktur di PT. Kutai Mitra Energi Baru. Minat penulis adalah penelitian dan penulisan ilmiah untuk bidang kajian pertanian, teknologi informasi dan lingkungan hidup, serta energi baru dan terbarukan.