Arang kayu adalah residu yang terjadi dari hasil penguraian atau pemecahan kayu
karena panas yang sebagian besar komponen kimianya adalah karbon. Peristiwa ini dilakukan dengan jalan memanasi
langsung atau tidak langsung terhadap kayu di dalam timbunan, kiln, retort, oven dengan atau tanpa
udara terbatas. Arang merupakan bahan
padat yang berpori dari hasil pembakaran bahan yang mengandung unsur C dan
sebagian besar pori-porinya masih tertutup dengan hidrokarbon, ter dan senyawa
organik lain serta komponennya terdiri atas karbon terikat, abu, air, hidrogen
dan sulfur.
Tipe arang ada dua yaitu
batangan (lump) dan halus atau
pecahan. Arang batangan digunakan untuk
bahan baku memasak, keperluan metalurgi dan sebagai bahan baku untuk pembuatan
zat kimia tertentu yang bahan baku utamanya dari jenis kayu daun lebar misalnya
bakau, asam dan kesambi. Arang halus
digunakan untuk pembuatan briket dan arang aktif yang bahan bakunya dari
serbuk, kulit dan serpih kayu dari sisa penggergajian
Masyarakat telah
menggunakan arang kayu sejak ribuan tahun, kegunaannya lebih banyak untuk bahan
bakar memasak. Adanya perkembangan
teknologi yang memanfaatkan sumber gas alam, listrik dan bensin untuk bahan
bakar menyebabkan tingkat konsumsi masyarakat terhadap arang semakin
berkurang. Bahkan, akhir-akhir ini
volume permintaan arang kayu di pasaran dalam dan luar negeri semakin menurun
karena masyarakat sudah banyak yang beralih kepada bahan bakar migas dan energi
listrik. Setelah diabaikan selama
beberapa tahun terakhir, kini arang kayu mulai menarik perhatian setelah
munculnya penemuan baru yang menyatakan produk arang tersebut banyak manfaatnya
bagi kehidupan manusia. Kemajuan
teknologi modern telah mengangkat tingkat produktifitas ilmu pengetahuan untuk
meneliti manfaat arang bagi kepentingan manusia dengan aneka kegunaannya. Arang kayu mempunyai peluang ekspor, di mana
ekspor arang pada tahun 2004 sebanyak 367.087 kg dan tahun 2005 sebanyak
799.573 kg. Hal ini menandakan bahwa ekspor
arang kayu mengalami peningkatan ± 117,8%
Komoditi arang yang
mengandung karbon dapat diolah menjadi berbagai produk rumah tangga yang
berkhasiat bagi kesehatan, bahan campuran pakaian, produk kerajinan dan
pertanian. Manfaat baru lainnya adalah
arang dapat dikembangkan untuk membuat produk-produk baru, seperti penjernihan
air, alat untuk menjaga sayur dan makanan tetap segar, penambah kualitas tanah,
pengatur kelembaban dinding dan lantai rumah dan obat penghilang bau. Di Jepang, arang kualitas terbaik disebut kishu binchotan memancarkan sinar infra
merah tinggi menebarkan aroma masakan yang dipanggang. Selain itu, arang juga ramah lingkungan bila
setelah selesai digunakan, dihancurkan menjadi potongan-potongan kecil dan
dikembalikan ke alam.
Karbonisasi
Karbonisasi
menurut istilah berarti penguraian biomassa karena panas di atas 1500C. Proses pengarangan merupakan proses
pembentukan arang dari senyawa organik dalam bahan yang dominan yang mengandung
selulosa. Proses pengarangan terjadi
melalui pemutusan ikatan karbon dengan hidrogen, di mana karbon tersebut tidak
mengalami proses oksidasi.
Proses
pengarangan dihindari terdapatnya oksigen, sehingga energi yang diberikan
terhadap senyawa karbon tersebut berperan dalam memutuskan ikatan atom karbon
dengan atom lainnya dalam struktur heksagonal.
Terdapatnya oksigen dari luar merupakan suatu faktor yang mempengaruhi
hasil arang yang diperoleh karena karbon yang terbentuk dengan adanya oksigen
akan mengalami reaksi lanjutan yaitu
oksidasi, sehingga hasil akhirnya berupa abu.
Produk yang paling penting dalam proses karbonasi adalah arang. Tahap-tahap karbonasi secara singkat adalah
sebagai berikut:
a. Pada awal pemanasan, air dalam
bahan baku dilepaskan bersamaan CO dan CO2 dalam jumlah
kecil.
b. Pada suhu 200 – 400 0C sebagian besar
selulosa murni terurai secara intensif disamping pembentukan gas juga dijumpai
sejumlah senyawa kecil senyawa karbon.
c. Pada suhu 400 – 500 0C lignin
terurai dan dihasilkan lebih banyak ter sedangkan gas menurun dan meningkatkan
suhu, maka gas CO2 semakin berkurang sedangkan gas CO, CH4
dan CH2 semakin meningkat.
d. Pada suhu 500 – 700 0C pembentukan
ter dan gas hidrogen semakin bertambah, terbentuknya karbon mencapai 90 %.
e. Diatas suhu 700 0C diperoleh gas
yang dapat diembunkan terutama terdiri atas gas hidrogen.
Karbonisasi dimaksudkan untuk meningkatkan
nilai kalor pembakaran, mengurangi asap pada saat dibakar dan mempermudah
pengempaan dan proses pembuatan briket.
Beberapa faktor yang mempengaruhi hasil karbonisasi antara lain:
a. Suhu akhir, lama proses kadar
air, ukuran dan jenis bahan baku.
b. Berat jenis bahan baku, dimana berat jenis yang
lebih tinggi akan menghasilkan arang yang lebih berat.
c. Kandungan lignin bahan baku. Semakin tinggi
kandungan ligninnya maka semakin tinggi pula mutu arang yang dihasilkan
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses karbonisasi adalah kecepatan
pemanasan dan tekanan udara dalam tanur.
Semakin cepat pemanasan, maka semakin sulit pengamatan tahap-tahap
karbonisasi dan rendemen yang dicapai rendah.
Adapun faktor yang mempengaruhi hasil karbonisasi adalah kadar air bahan
baku, kekerasan kayu, jumlah udara, suhu maupun lamanya pengarangan.
1. Metode Konvensional
Pembuatan arang
dengan cara timbun merupakan cara tradisional, banyak dilakukan di pedesaan dan
tidak memerlukan biaya produksi tinggi. Arang yang dihasilkan umumnya hanya
digunakan untuk bahan bakar dalam rumah tangga.
Pada metode pembuatan arang dengan kiln baik earth maupun portable kiln, kayu langsung berhubungan dengan
pemanas atau api dan tujuan utamanya memproduksi arang kayu. Metode kiln
yang sangat sederhana adalah pembuatan arang dengan timbunan tanah. Prinsip
kerjanya adalah kayu yang membara memberikan panas untuk berlangsungnya proses
pengarangan.
Keuntungan pembuatan arang dengan cara
timbun diperoleh kemudahan dalam penetapan lokasi pengarangan, penyesuaian
timbunan dengan jumlah bahan baku yang tersedia dan dalam memproduksi arang
dapat dilakukan dengan modal yang kecil.
Selain itu, metode timbun juga mempunyai kelemahan yaitu proses
karbonisasi tidak dapat diamati secara cermat atau sulit dikontrol dan proses
pengarangan memerlukan waktu lama serta rendemen arang umumnya rendah.
Pada pembuatan arang dengan menggunakan
metode lubang tanah, yang perlu diperhatikan adalah pemilihan lokasi pembuatan
lubang tungku. Lokasi pembuatan lubang
terletak relatif terlindung dari pengaruh hujan serta agak landai agar
memudahkan didalam kegiatan pembuatan arang nantinya. Kelebihan pembuatan arang dengan menggunakan
metode tungku lubang tanah adalah volume kayu serta ukuran bahan baku dari
limbah yang digunakan relatif lebih besar. Lubang
digali dalam tanah dengan ukuran 1 x 2 x 3 m, pada dasar lubang dimasukkan
sedikit bahan baku kemudian dibakar setelah itu bahan tersebut ditambahkan
secara bertahap sampai mencapai permukaan lubang. Air dipancarkan/dipercikkan
bila dalam proses pembakaran timbul nyala api.
Jika proses pembakaran telah selesai maka seluruh permukaan lubang
ditutup dengan daun dan batang kemudian dibiarkan sampai dingin. Metode ini menghasilkan arang dengan mutu
rendah dan umumnya hanya untuk keperluan rumah tangga.
2. Metode Kiln Drum
Pembuatan arang dengan cara kiln drum umumnya digunakan untuk tujuan
komersil. Dengan metode drum,
karbonisasi dapat diamati dan diawasi melalui pengatur udara masuk dan tidak
tergantung dari cuaca pada saat itu.
Cara kiln drum ini cocok
dikembangkan bagi penduduk yang berada di sekitar hutan guna untuk mengurangi
limbah tebangan dari areal hutan produksi.
Kiln ini terbuat dari besi
yang terdiri atas dua buah silinder dipasang secara bersambung. Cara kerjanya adalah panas berasal dari bahan
baku kayu itu sendiri yang dibantu oleh udara dari luar yang diatur menurut
kapasitas kiln tersebut. Portable
kiln memerlukan waktu pengarangan ±
4 (empat) hari untuk kapasitas 9 – 10 m³ kayu dengan hasil arang ± 1800
kg.
Teknologi pembuatan arang dengan kiln drum adalah suatu metode pembuatan
arang yang murah dan sederhana tetapi dapat menghasilkan rendemen dan kualitas
arang yang cukup tinggi. Teknologi ini
dapat diterapkan pada industri rumah tangga di pedesaan karena bahan konstruksi
drum bekas mudah diperoleh dengan harga yang relatif murah. Selain itu, konstruksi tungku dan operasi
pengolahannya mudah dilakukan oleh siapa saja yang berminat dan tidak
memerlukan pendidikan khusus.
Sebelum melaksanakan pembakaran terlebih dahulu alat
dibersihkan dari sisa abu yang tertinggal di dasar drum. Selanjutnya pada dasar drum diberi beberapa
kayu atau kertas dan dibakar, kemudian dibiarkan sampai bahan tersebut menyala,
kemudian ditambahkan setengah dari drum ke dalam tungku pembakaran, pada tahap
ini harus dijaga agar bahan yang dibakar tidak menyala. Untuk tahap penambahan selanjutnya dilakukan
apabila bahan yang sedang dibakar menyala dan tidak mau padam walaupun telah
ditutup penutup drumnya. Banyaknya
penambahan sama dengan penambahan pertamanya.
Pekerjaan ini dilakukan sampai drum pembakaran penuh, setelah itu bahan
yang ditambahkan terkarbonisasi drum ditutup tapi lubang kecil tetap dibiarkan
terbuka. Setelah ada tanda-tanda asap
putih kebiruan yang halus keluar dari lubang kecil penutup drum maka lubang
tersebut ditutup rapat dan akhirnya drum dibiarkan sampai bahan terkarbonisasi
penuh dikeluarkan dari drum pembakaran.
3. Metode Kiln Bata dan Beton
Kiln
bata merupakan modifikasi dari model Thailand yang dirancang untuk kemudahan
operasi dan kualitas arang yang dihasilkan.
Dengan menggunakan dinding terbuat dari bata yang diplester atau
kombinasinya dengan campuran pasir dan semen, maka kiln dapat dibuat dalam ukuran besar dan permanen sehingga bahan
baku dapat terkontrol sehingga waktu proses lebih cepat serta menghasilkan
arang dalam jumlah lebih banyak, seragam dan kualitas yang lebih baik. Perkembangan lanjut tipe ini mengarah pada
variasi bentuk dinding, atap, bahan kontruksi, jumlah cerobong asap, lubang
pengapian dan ukuran pintu pemasukan bahan baku.
Kiln
terdiri atas ruang pembakaran, pintu pemasukan kayu, lubang pembakaran, lubang
udara, lubang penguapan dan cerobong asap.
Badan dan atap kiln terbuat dari bata, dengan ukuran diameter 2,2 m dan
tinggi 1,6 m. Lubang pembakaran
berjumlah 2 buah, lubang udara 6 buah, lubang penguapan 4 buah, cerobong asap 1
buah dan pintu pemasukan kayu 1 buah.
Ukuran kayu berdiameter 10 – 25 cm dan panjang antara 25 – 50 cm, lama
proses pengarangan dari saat pembakaran sampai arang dikeluarkan dari kiln adalah 2,5 hari (55 jam) atau
seluruhnya memerlukan siklus waktu 6 – 7 hari.
Demikianlah artikel mengenai metode atau cara pembuatan arang, semoga bermanfaat