Pemanfaatan Limbah Ampas Kopi Menjadi Bio-oil Melalui Proses Pirolisis Menggunakan Katalis Bentonit dan Analisis Ekonominya

ZAKIYYUDDIN RIZKY R, Ir. Chandra Wahyu Purnomo, S.T., M.E., M.Eng., D.Eng., IPM.; Dr. Eng. Mohammad Kholid Ridwan, S.T., M.Sc.

2022 | Tesis | MAGISTER TEKNIK SISTEM

Konsumsi bahan bakar minyak (BBM) Indonesia terus mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya penduduk dan peningkatan pertumbuhan ekonomi, sedangkan produksi minyak terus menurun. Limbah ampas kopi memiliki potensi untuk digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang murah dikarenakan selama ini hanya sebagian kecil yang telah dimanfaatkan. Pemanfaatan limbah ampas kopi menjadi bahan bakar alternatif melalui proses pirolisis selain memberikan nilai tambah bagi residu juga memberikan manfaat bagi lingkungan dengan meminimalisir limbah organik. Pada penelitian ini dilakukan pirolisis limbah ampas kopi menggunakan variasi suhu 350°C, 400°C, dan 450°C, proses ini dilakukan secara batch dalam sebuah reaktor pirolisis tanpa penambahan katalis bentonit dan dengan penambahan katalis bentonit. Katalis yang digunakan pada penelitian ini diaktivasi secara fisika dengan memanaskan pellet bentonit di dalam wadah porselein dengan furnace pada suhu 500°C. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan suhu operasi dan katalis bentonit terhadap hasil pirolisis limbah ampas kopi, mengetahui karakteristik bio-oil hasil pirolisis meliputi karakteristik fisika (massa jenis, viskositas kinematik, kadar air, pH, dan nilai kalor) dan kimia (komposisi senyawa), serta mengetahui potensi pemanfaatan limbah ampas kopi melalui metode pirolisis dengan menggunakan katalis berdasarkan analisis kelayakan ekonomi. Hasil penelitian menunjukan bahwa penambahan suhu operasi menurunkan yield arang dan bio-oil, serta meningkatkan yield gas. Yield bio-oil tertinggi dihasilkan pada suhu 350°C, sebesar 42,20% untuk pirolisis tanpa katalis dan 43,00% untuk pirolisis dengan katalis, sedangkan yield bio-oil terendah dihasilkan pada suhu 450°C, yaitu sebesar 33,80% untuk pirolisis tanpa katalis dan 38,78% untuk pirolisis dengan katalis. Penambahan katalis bentonit meningkatkan yield bio-oil dan arang, serta menurunkan yield gas. Yield bio-oil dengan penambahan katalis berkisar antara 38,78-43,00%, sedangkan untuk pirolisis tanpa katalis berkisar antara 33,80-42,20%. Karakteristik fisika dari bio-oil yang dihasilkan memiliki massa jenis mendekati Heavy Fuel Oil (HFO) dan viskositas kinematik mendekati solar, memiliki kadar air dengan kisaran 3,65-6,39%, memliki pH yang asam (5,0-6,3), dan nilai kalor kurang dari setengah bahan bakar komersial dipasaran. Karakteristik kimia dari bio-oil yang dihasilkan memiliki komposisi senyawa berupa nitrogen, asam, alkohol, epoksida, hidrokarbon, keton, aldehid, fenol, dan furan. Berdasarkan analisis kelayakan ekonomi pendirian pabrik pirolisis limbah ampas kopi tanpa katalis lebih menguntungkan dibangingkan pabrik pirolisis limbah ampas kopi dengan katalis, dengan ROI sebelum pajak 68,99%, ROI setelah pajak 51,74%, POT sebelum pajak 1,27 tahun, POT setelah pajak 1,62 tahun, NPV Rp. 4.182.025.467,03, DCFRR 6,05 kali bunga bank, BEP 29,52%, dan SDP 16,22%.

Indonesia's fuel consumption continues to increase along with population growth and economic development, while oil production continues to decline. In Indonesia, spent coffee grounds (SCGs) have a potential as a low-cost alternative fuel because only a small portion has been utilized. Utilizing spent coffee grounds into alternative fuels via the pyrolysis process provides added value for residues and benefits the environment by minimizing organic waste. In this experiment, pyrolysis of spent coffee ground was carried out at temperatures 350°C, 400°C, and 450°C in a batch reactor without and with the addition of bentonite catalysts. The catalyst used in this study was thermally activated by heating bentonite pellets in a porcelain container with a furnace set to 500°C. The purpose of this study is to determine the effect of the addition of operating temperatures and bentonite catalysts, determine the physical (density, kinematic viscosity, water content, pH, and calorific value) and chemical (chemical constituents) characteristics of the pyrolytic bio-oils produced by pyrolysis, as well as the economic feasibility of pyrolysis spent coffee grounds using a catalyst. The results showed that increasing operating temperatures decrease char and bio-oil yields while increasing gas yields. The highest yield of bio-oil was obtained at 350°C, 42.20% for pyrolysis without a catalyst and 43.00% for pyrolysis with a catalyst, while the lowest yield was obtained at 450°C, 33.80% for pyrolysis without a catalyst and 38.78% for pyrolysis with a catalyst. The addition of bentonite catalysts increases the yields of bio-oil and charcoal while decreasing the yields of gas. With the addition of a catalyst, the yield of bio-oil ranges between 38.78 and 43.00%, while pyrolysis without a catalyst yields between 33.80 and 42.20%. The produced bio-oil has a density similar to that of heavy fuel oil (HFO), a kinematic viscosity similar to that of diesel fuel, a water content between 3.65 and 6.39%, a pH between 5.0 and 6.3, and a calorific value about half to that of commercial fuel on the market. The chemical composition of the produced bio-oil includes nitrogen, acid, alcohol, epoxide, hydrocarbon, ketone, aldehyde, phenol, and furan. According to the economic feasibility analysis the establishment of a spent coffee ground pyrolysis plant without catalysts is more profitable than the establishment of a spent coffee ground pyrolysis plant with catalysts, with an ROI of 68.99% before tax, 51.74% after-tax, POT before tax of 1.27 years, POT after tax of 1.62 years, NPV of Rp. 4,182,025,467.03, DCFRR 6.05 times bank interest, BEP 29.52%, and SDP 16.22%.

Kata Kunci : pirolisis, ampas kopi, katalis bentonit, karakteristik fisika dan kimia, analisis ekonomi