Pendahuluan

Kebutuhan energi di Indonesia terus meningkat seiring pertumbuhan populasi dan perkembangan industri. Konsumsi energi nasional tumbuh rata-rata sebesar 1,3% per tahun selama 2011–2020, dengan dominasi bahan bakar fosil sebagai sumber utama [1], [2]. Ketergantungan tinggi terhadap energi fosil berpotensi menimbulkan berbagai dampak negatif, seperti peningkatan emisi gas rumah kaca, pencemaran udara, serta percepatan perubahan iklim [3]. Oleh karena itu, pengembangan energi baru dan terbarukan (EBT) menjadi langkah strategis untuk mewujudkan sistem energi berkelanjutan dan ramah lingkungan [4], [5].

Salah satu sumber energi terbarukan yang potensial dikembangkan adalah biomassa, yaitu bahan organik yang berasal dari sisa makhluk hidup yang dapat dikonversi menjadi energi melalui proses pembakaran, pirolisis, atau gasifikasi [6], [7]. Pemanfaatan biomassa dalam bentuk biopelet menjadi solusi menarik karena memiliki densitas dan nilai kalor tinggi, efisiensi pembakaran yang lebih baik, serta kemudahan dalam penyimpanan dan transportasi [8]. Selain itu, biopelet juga berperan dalam pengurangan limbah organik, sehingga mendukung penerapan ekonomi sirkular dan pengurangan emisi karbon.

Indonesia memiliki potensi besar untuk pengembangan biopelet berbasis limbah karena ketersediaan bahan baku yang melimpah, seperti ampas kopi dan serbuk gergaji. Indonesia merupakan salah satu produsen kopi terbesar di dunia, dengan luas lahan mencapai 1,27 juta hektar dan peningkatan produksi sebesar 2,4% pada 2022–2023 [9], [10]. Sementara itu, industri pengolahan kayu menghasilkan limbah serbuk gergaji sekitar 14,3% dari total produksi kayu gergajian nasional, yang pada tahun 2023 mencapai 2,77 juta m³[11]. Kedua limbah ini berpotensi besar sebagai bahan baku biopelet karena kandungan selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang tinggi [12], [13], [14].

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ampas kopi memiliki nilai kalor tinggi akibat kandungan karbon dan minyaknya [15], [16], namun biopelet berbahan tunggal ampas kopi cenderung memiliki kekuatan mekanik rendah serta kadar air tinggi [17], [18]. Sebaliknya, serbuk gergaji dapat berperan sebagai pengikat alami yang meningkatkan kekompakan dan kekuatan tekan pelet, meskipun nilai kalornya relatif lebih rendah [14], [19]. Kombinasi keduanya berpotensi menghasilkan biopelet dengan sifat fisik dan termal yang lebih seimbang, baik dari segi kepadatan, nilai kalor, maupun stabilitas pembakaran [20], [21].

Evaluasi kualitas biopelet umumnya mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 8021:2020, yang mencakup parameter kadar air, kadar abu, zat menguap, karbon tetap, densitas, dan nilai kalor [22]. Parameter tersebut penting dalam menentukan efisiensi pembakaran, daya tahan mekanik, serta kelayakan biopelet sebagai bahan bakar alternatif. Oleh karena itu, analisis pengaruh variasi komposisi bahan terhadap parameter-parameter tersebut diperlukan untuk memperoleh formulasi campuran yang optimal.

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi perbandingan ampas kopi dan serbuk gergaji terhadap karakteristik biopelet yang dihasilkan. Metode yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan empat variasi perbandingan, yaitu 80:20, 70:30, 60:40, dan 50:50. Parameter yang diuji meliputi kadar air, kadar abu, zat menguap, karbon tetap, densitas, dan nilai kalor. Hasilnya dibandingkan dengan standar mutu SNI 8021:2020 untuk menilai kualitas biopelet yang dihasilkan.

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan energi terbarukan berbasis biomassa dengan memanfaatkan limbah industri sebagai bahan bakar padat yang efisien dan ramah lingkungan. Selain itu, hasilnya diharapkan mendukung penerapan konsep waste-to-energy serta memberikan dasar ilmiah bagi pengembangan industri bioenergi skala kecil dan menengah di Indonesia.

Metode

A. Alat dan Bahan

Bahan utama yang digunakan adalah limbah ampas kopi dan limbah serbuk gergaji. Tepung kanji (tapioka) digunakan sebagai perekat. Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini meliputi oven pengering, grinder, ayakan 20 mesh, timbangan analitik, jangka sorong, alat pencetak biopelet, bomb calorimeter untuk pengujian nilai kalor, tanur untuk pengujian kadar abu dan zat menguap, serta desikator.

B. Rancangan Penelitian

Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan satu faktor, yaitu variasi komposisi campuran ampas kopi dan serbuk gergaji. Terdapat empat taraf perlakuan yang diuji, seperti disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Kombinasi Perlakuan

C. Prosedur Pembuatan Pelet

Proses pembuatan biopelet diawali dengan persiapan bahan baku, yaitu ampas kopi dan serbuk gergaji yang dikeringkan di bawah sinar matahari selama tiga hari hingga mencapai kadar air optimal. Selanjutnya dilakukan penghalusan dan pengayakan menggunakan grinder dan ayakan 20 mesh untuk memperoleh ukuran partikel seragam [13]. Bahan kemudian dicampur sesuai variasi perbandingan yang ditentukan, dengan penambahan perekat tepung kanji sebanyak 2% dari total massa bahan, yang dilarutkan dalam air dengan perbandingan 1:6 [6] [21]. Campuran tersebut dicetak menjadi biopelet menggunakan cetakan manual yang telah dimodifikasi dan ditekan dengan tekanan 50-200 MPa [23], kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 105°C selama dua jam [6]. Biopelet yang dihasilkan selanjutnya dilakukan pengujian karakteristik fisik dan proksimat, meliputi kadar air, kadar abu, kadar zat menguap, karbon tetap, densitas, dan nilai kalor. Hasil pengujian tersebut kemudian dianalisis dan dibandingkan dengan standar mutu biopelet berdasarkan SNI 8021:2020.

D. Metode Pengujian

Pengujian dilakukan di Laboratorium Jasa Uji Fakultas Teknik Industri Pertanian (LJU FTIP) Universitas Padjadjaran. Pengujian karakteristik biopelet meliputi densitas, kadar air, kadar abu, kadar zat menguap, karbon tetap, dan nilai kalor.

Densitas ditentukan berdasarkan perbandingan antara massa dan volume pelet menggunakan persamaan (1), dengan volume pelet berbentuk silinder dihitung melalui persamaan (2) [24].

Kadar air dianalisis menggunakan metode oven sesuai SNI 01-2891:1992, yaitu dengan mengeringkan sampel pada suhu 105 °C hingga mencapai berat konstan, dan dihitung dengan persamaan (3) [25].

Kadar abu ditentukan menggunakan metode yang sama (SNI 01-2891:1992) dengan memanaskan sampel kering d alam tanur pada suhu 550 °C selama 3 jam hingga diperoleh residu abu, kemudian dihitung melalui persamaan (4) [25].

Kadar zat menguap diuji berdasarkan SNI 1683:2021 dengan memanaskan sampel kering dalam furnace tertutup pada suhu 950 °C selama 7 menit, dan dihitung menggunakan persamaan (5) [25].

Karbon tetap diperoleh secara tidak langsung melalui persamaan (6) [24].

Sedangkan nilai kalor (Higher Heating Value) ditentukan menggunakan bomb kalorimeter, dengan sampel kering ±1 g dibakar dalam oksigen bertekanan, dan hasilnya dinyatakan dalam MJ/kg [7]. Prosedur ini diadaptasi dari penelitian terdahulu oleh Woo et al. [17], Manrique et al. [26], dan Cahyani et al. [12] yang telah melakukan pengujian serupa pada biopelet berbasis limbah kopi dan biomassa kayu.

E. Analisis Data

Data hasil uji dianalisis menggunakan ANOVA satu arah untuk melihat pengaruh perlakuan terhadap setiap parameter. Apabila terdapat perbedaan nyata (p < 0,05), dilanjutkan dengan uji Tukey HSD. Analisis dilakukan menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel 2021.

Hasil dan Pembahasan

Hasil uji statistik ANOVA menunjukkan bahwa variasi perbandingan ampas kopi dan serbuk gergaji memberikan pengaruh yang signifikan (p < 0,05) terhadap semua parameter kualitas biopelet yang diuji, yaitu nilai kalor, densitas, kadar air, kadar abu, kadar zat menguap, dan karbon tetap. Rata-rata hasil pengujian disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2. nilai rata-rata dari setiap parameter pengujian

Nilai F dan p-value dari uji ANOVA memperlihatkan bahwa semua parameter berbeda signifikan antarperlakuan. Hasil uji lanjut Tukey HSD menunjukkan pasangan-pasangan perlakuan yang berbeda nyata pada taraf signifikansi 95%, yang dijelaskan lebih lanjut pada pembahasan berikut.

1. Densitas

Figure 1. Rata-Rata Densitas Biopelet

Gambar 1 memperlihatkan grafik rata-rata densitas biopelet pada berbagai komposisi bahan. Terlihat bahwa densitas meningkat seiring dengan bertambahnya proporsi serbuk gergaji dalam campuran. Perlakuan A (80:20) menghasilkan densitas terendah (369,07 kg/m³), sedangkan B (70:30) menunjukkan nilai tertinggi (560,34 kg/m³). Uji Tukey HSD menunjukkan bahwa A berbeda signifikan (p < 0,05) terhadap B, C, dan D, sementara perbedaan antar B, C, dan D tidak signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan fraksi serbuk gergaji hingga 30% sudah cukup meningkatkan kekompakan pelet secara nyata karena kandungan lignin kayu bertindak sebagai perekat alami selama proses pengepresan [12] [14].

Namun, meskipun terjadi peningkatan, semua perlakuan masih memiliki densitas di bawah standar SNI 8021:2020 (≥600 kg/m³), sehingga perlu optimasi tekanan pengepresan dan kontrol kadar air bahan untuk mencapai kualitas padatan yang memenuhi standar.

2. Nilai Kalor

Figure 2. Rata-Rata Nilai Kalor Biopelet

Gambar 2 menampilkan rata-rata nilai kalor pada tiap perlakuan. Perlakuan A dan B memberikan nilai tertinggi (4674–4689 kal/g), sedangkan C dan D menunjukkan penurunan nilai kalor hingga 4625–4613 kal/g. Berdasarkan uji Tukey HSD, perbedaan signifikan ditemukan antara kelompok dengan fraksi ampas kopi tinggi (A dan B) dibanding kelompok dengan fraksi kayu lebih besar (C dan D), sedangkan A dan B tidak berbeda nyata. Kandungan minyak dan senyawa organik kompleks dalam ampas kopi meningkatkan energi pembakaran per satuan massa [16] [17]. Semua perlakuan memenuhi standar mutu pertama SNI 8021:2020 (≥4300 kal/g), sehingga secara energi pelet ini sangat potensial digunakan sebagai bahan bakar padat alternatif.

3. Kadar Air dan Kadar Abu

Figure 3. Rata-Rata Kadar Air Dan Abu Biopelet

Gambar 3 menunjukkan kadar air dan kadar abu rata-rata biopelet. Hasilnya, B memiliki kadar air tertinggi (9,38%), berbeda signifikan dengan ketiga perlakuan lainnya (p < 0,05), sementara A memiliki kadar air terendah (5,39%). Tingginya kadar air pada B kemungkinan disebabkan oleh sifat higroskopis serbuk gergaji yang mampu menyerap kelembapan lebih banyak. Sebaliknya, dominasi ampas kopi pada A menyebabkan kadar air lebih rendah karena partikel lebih rapat dan cenderung hidrofobik.

Sementara itu, kadar abu pada seluruh perlakuan berkisar antara 1,38–1,66% dan semuanya memenuhi batas mutu SNI (≤2%). Uji Tukey HSD menunjukkan perbedaan signifikan antara A dan D, dengan A menghasilkan kadar abu sedikit lebih tinggi. Kandungan abu yang rendah menandakan sedikitnya mineral anorganik pada bahan baku, sehingga menghasilkan residu pembakaran yang minimal [20].

4. Kadar Zat Menguap dan Karbon Tetap

Figure 4. Rata-Rata Zat Menguap Dan Karbon Tetap Biopelet

Gambar 4 memperlihatkan hasil rata-rata kadar zat menguap (volatile matter) dan karbon tetap (fixed carbon). Semua perlakuan memiliki kadar zat menguap tinggi (87–88%) dan karbon tetap rendah (1,9–4,7%). Hasil uji Tukey HSD menunjukkan bahwa B berbeda signifikan dengan seluruh perlakuan lainnya untuk parameter karbon tetap, dengan nilai terendah (1,99%), sedangkan A berbeda signifikan terhadap B untuk kadar zat menguap.

Nilai volatile matter yang tinggi dan fixed carbon yang rendah menandakan proses dekomposisi termal belum sempurna. Hal ini disebabkan oleh tidak dilakukannya proses torrefaksi sebelum pencetakan. Proses yang hanya melibatkan pengeringan alami di bawah sinar matahari selama ±3 hari tidak cukup untuk menguraikan senyawa hemiselulosa dan selulosa yang mudah menguap. Akibatnya, kandungan zat mudah terbakar meningkat, sementara karbon tetap tidak terbentuk optimal. Kondisi ini menyebabkan biopelet mudah menyala, namun menghasilkan waktu pembakaran lebih singkat dan kestabilan panas yang rendah. Temuan ini sejalan dengan hasil penelitian Hafiz dan Pane [15] serta Woo et al. [17] yang menyatakan bahwa torrefaksi pada suhu 200–300°C dapat menurunkan kadar zat menguap dan meningkatkan fixed carbon serta densitas energi.

Simpulan

Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi komposisi ampas kopi dan serbuk gergaji berpengaruh nyata terhadap karakteristik fisik dan proksimat biopelet (p < 0,05). Perlakuan P1 (80:20) memberikan hasil terbaik dengan nilai kalor tinggi (4674 kal/g), kadar air rendah (5,39%), dan kadar abu 1,66%. Nilai volatile matter yang tinggi serta fixed carbon yang rendah pada semua perlakuan terjadi karena tidak dilakukan proses torrefaksi, melainkan hanya pengeringan alami di bawah sinar matahari selama ±3 hari. Proses tersebut belum mampu menurunkan kadar zat mudah menguap dan membentuk karbon tetap secara optimal, sehingga biopelet yang dihasilkan cenderung mudah menyala namun memiliki kestabilan pembakaran yang rendah.

Meskipun nilai kalor dan kadar abu seluruh perlakuan telah memenuhi standar SNI 8021:2020, densitas dan karbon tetap masih berada di bawah batas standar. Oleh karena itu, disarankan untuk melakukan proses torrefaksi pada suhu 200–300°C sebelum pencetakan, serta meningkatkan tekanan pengepresan dan mengontrol kadar air bahan baku guna meningkatkan densitas dan kualitas pembakaran. Penelitian lanjutan juga perlu mencakup uji mekanik dan uji emisi pembakaran, sehingga biopelet campuran ampas kopi dan serbuk gergaji dapat dikembangkan menjadi bahan bakar biomassa yang lebih efisien dan sesuai standar mutu nasional.