Pengembangan Bio-Briket Nano Karbon Hybrid Berbasis Daun Kering USU dan Baking Filter Dust INALUM untuk Mendukung Net Zero Emission

Penulis: Dr. Muhammad Sontang Sihotang, S.Si., M.Si.

Afiliasi: Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara (USU)

ABSTRAK

Upaya pencapaian Net Zero Emission (NZE) membutuhkan inovasi bahan bakar terbarukan yang efisien, murah, dan berbasis pemanfaatan limbah (waste-to-energy). Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkankan dan menganalisis karakteristik Bio-Briket Nano Karbon Hybrid yang memanfaatkan kombinasi limbah daun kering dari kawasan kampus Universitas Sumatera Utara (USU) dan Baking Filter Dust (BFD) dari PT INALUM. Metode penelitian melibatkan proses karbonisasi/pirolisis daun kering untuk menghasilkan biochar, serta reduksi ukuran partikel BFD menggunakan teknik ball milling hingga berukuran nano ( $1\text{--}100\text{ nm}$ ). Variasi komposisi campuran biochar dan nano-BFD diproses menggunakan perekat tapioka tergelatinisasi sebelum dicetak dan diuji. Hasil rekayasa nano-hybrid ini menunjukkan peningkatan kerapatan matriks, laju pembakaran yang lebih stabil, serta peningkatan nilai kalor hingga melebihi $6.000\text{ kcal/kg}$ dibandingkan briket biomassa murni. Selain itu, pengujian proksimat menunjukkan penurunan kadar abu dan emisi gas buang ( $\text{CO}$ dan $\text{SO}_x$ ). Temuan ini mengindikasikan bahwa Bio-Briket Nano Karbon Hybrid berpotensi besar menjadi bahan bakar substitusi batubara ramah lingkungan yang mendukung prinsip ekonomi sirkular dan percepatan target NZE.

Kata Kunci: Bio-Briket, Nano Karbon Hybrid, Daun Kering USU, Baking Filter Dust INALUM, Net Zero Emission.

READ Gas CNG Disiapkan Gantikan LPG, Pemerintah Klaim Lebih Murah 30 Persen

1. Pendahuluan & Latar Belakang

Upaya global menuju target Net Zero Emission (NZE) menuntut inovasi bahan bakar terbarukan yang tidak hanya ramah lingkungan, tetapi juga efisien secara ekonomi dan teknis. Kampus Universitas Sumatera Utara (USU) menghasilkan limbah dedaunan kering yang melimpah setiap harinya. Di sisi lain, industri peleburan aluminium seperti PT INALUM menghasilkan produk sampingan berupa Baking Filter Dust (BFD)—debu karbon halus dari proses pemanggangan anoda.

Penggabungan dua jenis limbah ini melalui sentuhan nanoteknologi melahirkan inovasi Bio-Briket Nano Karbon Hybrid. Inovasi ini menyinergikan sifat biomassa yang tinggi volatile matter dengan kerapatan energi tinggi dari limbah karbon industri.

2. Peta Konsep & Landasan Teoretis

Peta Konsep

[Limbah Daun Kering USU]  ---> Karbonisasi/Pirolisis ---> Biochar Biomassa
                                                                |
[Baking Filter Dust INALUM] ---> Rekayasa Nano Karbon ---------> + (Pencampuran Hybrid)
                                                                |
                                                      [Uji Karakteristik]
                                                      (Nilai Kalor & Laju Pembakaran)
                                                                |
                                                      [Dukungan Target NZE]

Grand Theory

Ekonomi Sirkular (Circular Economy Theory): Mengubah end-of-life limbah menjadi sumber daya bernilai tinggi (waste-to-energy) guna meminimalkan jejak karbon ekologis (Geissdoerfer et al., 2017).
Teori Nanoteknologi Material Termal: Rekayasa material pada skala nanometer ( $1\text{--}100\text{ nm}$ ) meningkatkan luas permukaan spesifik, sehingga mempercepat transfer panas dan meningkatkan kerapatan nilai kalor (Sihotang et al., 2020).

3. Kajian Sebelumnya, Research Gap, dan State of the Art (SOTA)

Kajian Sebelumnya

Prasetio et al. (2021): Telah meneliti pemanfaatan limbah dedaunan untuk briket biomassa sederhana. Hasilnya menunjukkan nilai kalor yang memadai, namun memiliki kelemahan pada ketahanan fisik dan laju pembakaran yang cepat habis.
Ramadhan & Nugroho (2022): Mengkaji karakteristik Baking Filter Dust (BFD) industri aluminium dan menemukan kadar karbon terikat (fixed carbon) yang sangat tinggi ( $>75\%$ ), namun sulit dinyalakan jika tidak dicampur bahan penyulut.

READ TMMD 128 Datang Bawa Rezeki, Dapur Ibu Siti Hajar Tak Pernah Sepi

Research Gap

Belum ada studi yang memformulasikan penggabungan berbasis nanoteknologi (hybrid) antara biochar daun kering (biomassa lokal) dengan Baking Filter Dust (limbah industri) untuk menghasilkan struktur briket berpori mikro-nano dengan efisiensi pembakaran tinggi.

State of the Art (SOTA)

Inovasi ini menghadirkan Formulasi Nano-Hybrid Karbon-Biomassa. Rekayasa ukuran partikel BFD dan biochar hingga skala nanometer menghasilkan ikatan matriks yang lebih rapat. Hasilnya:

Nilai kalor meningkat tajam ( $>6.000\text{ kcal/kg}$ ).
Emisi gas buang ( $\text{CO}$ dan $\text{SO}_x$ ) berkurang signifikan.
Ketahanan pembakaran jauh lebih stabil dibanding briket konvensional.

4. Metode & Karakterisasi

Persiapan Bahan: Daun kering USU dikeringkan dan dipirolisis pada suhu $350\text{--}400^\circ\text{C}$ menjadi biochar. BFD dari INALUM diayak dan diolah secara mekanis (ball milling) hingga berukuran nano.
Pencampuran & Pencetakan: Biochar dan Nano-BFD dicampur dengan variasi rasio ( $70:30$ , $50:50$ , $30:70$ ) menggunakan perekat alami (tapioka tergelatinisasi).
Karakterisasi:
- Nilai Kalor: Menggunakan Bomb Calorimeter.
- Struktur Mikro: Menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM).
- Analisis Proksimat: Kadar air, kadar abu, volatile matter, dan fixed carbon.

READ Zero Waste Circular Economy: Hilirisasi Radikal Multi-Limbah Domestik Menjadi Batu Bata Ekologis Melalui Pendekatan Rekayasa Material

5. Dampak Strategis Terhadap Net Zero Emission

Catatan Kunci: Penggunaan bio-briket hybrid ini memotong jejak karbon dari dua lini sekaligus: mengurangi akumulasi sampah organik di area kampus serta memanfatkan limbah abu karbon industri secara produktif.

Penyerapan Karbon Netral: Carbon offset tercapai karena rantai bahan bakar berbasis biomassa tergolong carbon neutral.
Substitusi Batubara: Dapat diterapkan sebagai bahan bakar alternatif pada UMKM, industri kecil, hingga co-firing pembangkit listrik.

Daftar Pustaka (Sitasi)

Geissdoerfer, M., Savaget, P., Bocken, N. M., & Hultink, E. J. (2017). The Circular Economy – A new sustainability paradigm? Journal of Cleaner Production, 143, 757-768.
Prasetio, A., Rahayu, S., & Hidayat, T. (2021). Karakteristik Briket Biomassa dari Dedaunan Kering Kampus sebagai Energi Alternatif. Jurnal Rekayasa Lingkungan, 13(2), 101-109.
Ramadhan, M. F., & Nugroho, A. (2022). Potensi Pemanfaatan Baking Filter Dust Industri Aluminium sebagai Bahan Baku Industri Karbon. Jurnal Teknologi Bahan dan Industri, 8(1), 45-52.
Sihotang, M. S., et al. (2020). Application of Carbon Nanoparticles in Renewable Energy Materials. Indonesian Journal of Applied Physics, 10(1), 12-20.