SMA NEGERI 28 JAKARTA • ISIF 2026

Inovasi Pirolisis Terintegrasi untuk Produksi Pestisida Pertanian Berkelanjutan

Mengubah limbah daun pepaya (Carica papaya L.) menjadi kondensat biopestisida melalui reaktor pirolisis 3 L, filter tar vertikal, dan kondensor spiral berpendingin siklus tertutup.

Simulasikan Alat PIPER
1.500 gBiomassa / Batch
60–90 mntDurasi Proses
21,67%Yield Kondensat
72%Mortalitas 48 Jam

Skema Modular Sistem PIPER

3 L REAKTOR FILTER TAR KONDENSOR 325 mL RESERVOIR 8,0 L 12V ▸ Jalur Uap Panas ▸ Air Pendingin Tertutup ▸ Produk
▲ Puncak 285°C Batas 1,5 bar Air 27,4 → 39,8°C pH 3,42 • TDS 1.860 ppm
Mengapa PIPER?

Dari Krisis Limbah Menuju Bioekonomi Sirkular

Tiga babak perjalanan: masalah limbah global, potensi biomassa lokal yang terabaikan, dan solusi rekayasa terintegrasi dari SMAN 28 Jakarta.

01
Babak 01 — Krisis Limbah Organik Global

Dunia Menghasilkan > 2,1 Miliar Ton Limbah per Tahun

Setiap tahun, dunia menghasilkan lebih dari 2,1 miliar ton limbah padat — dan angka ini diproyeksikan melonjak 70% pada tahun 2050.[1]

Penimbunan (landfill) limbah organik pertanian konvensional melepaskan sekitar 400 kg CO₂e per metrik ton, memperparah jejak karbon sektor pangan.[2]

0 Miliar tonLimbah global / tahun
+0%Proyeksi kenaikan 2050
~0 kgCO₂e per ton limbah organik
02
Babak 02 — Potensi Terabaikan di Indonesia

± 1,2 Juta Ton Pepaya Indonesia Setiap Tahun

Produksi pepaya (Carica papaya L.) di Indonesia mencapai sekitar 1,2 juta ton per tahun sejak 2020.[3] Di baliknya, daun pepaya hasil pemangkasan rutin kebun sering kali dibuang begitu saja.

Padahal, limbah daun ini kaya senyawa bioaktif — kandidat kuat bahan baku biopestisida bila dikonversi dengan tepat.

~0 Juta tonProduksi pepaya RI / tahun
Daun PangkasanLimbah rutin kebun yang terbuang
03
Babak 03 — Solusi Rekayasa Terintegrasi PIPER

Pirolisis Terbatas Oksigen + Filtrasi Tar + Kondensasi Tertutup

PIPER mengonversi daun pepaya kering melalui pirolisis terbatas oksigen pada 200–350°C, memurnikan uap melalui filter tar vertikal steel-wool, lalu mengembunkannya pada kondensor spiral berpendingin air siklus tertutup.

Hasilnya: biopestisida cair yang bersih dari penyumbatan tar berat — siap diuji efikasinya terhadap hama pertanian.

200–350°CRentang pirolisis batch
4 TahapProses kontinu terintegrasi
1,5 barBatas keselamatan reaktor
Spesifikasi & Hasil Eksperimen

Bukti Rekayasa dalam 7 Kartu

Arahkan kursor atau ketuk setiap kartu untuk melihat metodologi dan rumus di balik angkanya.

Mortalitas Hama · 48 Jam · PIPER C 30%
0%

+65 poin persentase vs kelompok kontrol (7%) — bukti aktivitas biologis awal terkuat.

Bioassay n = 100 organisme per kelompok. PIPER C (30%): 56% kematian pada 24 jam → 72% pada 48 jam. Kontrol (0%): hanya 4% → 7%. (Tabel 4.5 & 4.6)

↳ Detail metodologi
Yield Kondensat
21,67%

325 mL kondensat dari 1.500 g daun pepaya kering per batch.

Diproses 60–90 menit pada 200–350°C (puncak terukur 285°C). Uap mulai terbentuk ± menit ke-20. (Tabel 4.1)

↳ Detail metodologi
Tar Pekat Tertahan
0 g

Filter vertikal steel-wool, aliran bottom-inlet → top-outlet.

Material kaya tar & partikel arang ditahan media steel-wool sehingga koil kondensor tetap bebas sumbatan selama siklus 60–90 menit. (Tabel 4.2)

↳ Detail metodologi
Karakteristik Kondensat
pH 3,42Asam organik
1.860ppm TDS

Komponen asam terlarut air & zat terlarut konduktif.

pH & TDS adalah karakterisasi awal — identifikasi senyawa spesifik (asam organik, fenolik, karbonil) direncanakan via GC-MS/HPLC. (Tabel 4.4)

↳ Detail metodologi
Termodinamika Pendingin Siklus Tertutup
103,7kJ kalor terserap
+12,4°CΔT (27,4 → 39,8°C)
8,0 Lair sirkulasi

Pompa 12V mensirkulasikan air pendingin berlawanan arah melalui jaket kondensor spiral.

Q = m × Cₚ × ΔT = 2,0 kg × 4,18 kJ/kg°C × 12,4°C ≈ 103,7 kJ — dengan asumsi rugi kalor ke lingkungan diabaikan. (Tabel 4.3)

↳ Detail metodologi
Residu Padat (Char)
0 g

28,67% massa biomassa awal tersisa di reaktor sebagai char.

Produk samping padat berpotensi dikaji lebih lanjut (misal amendment tanah) pada riset lanjutan. (Tabel 4.1)

↳ Detail metodologi
Batas Keamanan Tekanan
1,5 bar

Manometer kontinu pada reaktor stainless-steel 3 L.

Jika tekanan mendekati 1,5 bar: pemanas dimatikan, reaktor dibiarkan mendingin, dan tidak pernah dibuka saat bertekanan. Pelepasan darurat hanya via katup pelepas. (Bab 3.6)

↳ Detail metodologi
Simulator Interaktif

Empat Tahap Terintegrasi, Satu Sistem Kontinu

Klik setiap tahap pada diagram untuk inspeksi detail, geser slider waktu proses 0–90 menit, dan uji protokol keselamatan tekanan 1,5 bar.

bar ① REAKTOR 3 L 27°C ② FILTER TAR outlet atas ▲ inlet bawah ▼ 0 g ▼ air masuk (27,4°C) ▲ air keluar ③ KONDENSOR SPIRAL 27,4°C ④ TANGKI KOLEKSI 0 mL RESERVOIR 8,0 L 12V Siklus air tertutup ↔ pompa ▸ Jalur Uap Pirolisis ▸ Jalur Air Pendingin (Tertutup)

Tahap 1 — Pyrolysis Reactor (3 L)

27°CSuhu Reaktor
27,4°CSuhu Air Pendingin
0 mLKondensat Terkumpul
Belum terbentukStatus Uap
0 menit

⚠ Protokol Keselamatan Tekanan (Bab 3.6)

    Prototype PIPER — reaktor pressure cooker 3 L di atas kompor gas dengan manometer, selang menuju filter tar dan kondensor spiral
    Foto Perangkat Asli

    Rig Prototipe PIPER Sesungguhnya

    Inilah perangkat yang benar-benar diuji di laboratorium sekolah: pressure cooker stainless 3 L dimodifikasi dengan manometer (batas 1,5 bar) di atas kompor gas Winn Gas, terhubung via selang braided menuju filter tar dan kondensor spiral dengan siklus air 8,0 L.

    ① Reaktor + manometer ② Selang uap braided ③ Kondensor spiral ④ Reservoir 8,0 L
    Kalkulator Praktis

    Hitung Produksi & Takaran Semprot

    Ubah rumus Bab 3 & 4 penelitian menjadi alat hitung instan — untuk petani di lapangan maupun penguji laboratorium.

    gram

    Geser 500 g – 15.000 g. Kapasitas optimum reaktor: 1.500 g per batch.

    ⚠ Estimasi linear berdasarkan kondisi operasi prototipe (285°C, batch 1.500 g, durasi 60–90 menit). Komposisi produk dapat bervariasi pada kondisi operasi berbeda (Bab 4.7).
    325 mLEstimasi Kondensat (21,67%)
    430 gResidu Padat / Char (28,67%)
    86 gTar Tertahan (5,73%)
    1 batchSiklus Reaktor 3 L
    60–90 menitEstimasi Durasi Total Proses
    Data Eksperimen

    Dasbor Hasil Uji Bioassay & Termodinamika

    Seluruh tabel hasil penelitian (Tabel 4.1–4.6) divisualisasikan secara interaktif dan transparan.

    Mortalitas Hama per Kelompok Uji

    n = 100 organisme awal per kelompok · Tabel 4.5 & 4.6

    Mortalitas 24 jam Mortalitas 48 jam Kenaikan vs kontrol (48 jam)

    Kurva Konsentrasi–Respons

    Mortalitas 48 jam vs konsentrasi kondensat · Tabel 4.6

    Neraca Massa Pirolisis (1.500 g)

    Distribusi produk per batch · Tabel 4.1 & 4.2

    Evaluasi Termodinamika Pendinginan

    Kalor yang diserap air pendingin siklus tertutup · Tabel 4.3

    Q = m × Cp × ΔT
    Q = 2,0 kg × 4,18 kJ/kg°C × (39,8°C − 27,4°C)
    Q ≈ 103,7 kJ — rugi kalor diabaikan
    T₀ = 27,4°CΔT = +12,4°CT₁ = 39,8°C

    Tabel Lengkap Aktivitas Pestisida

    Uji mortalitas tiga konsentrasi vs kontrol · n = 100 per kelompok

    Kelompok UjiKonsentrasiOrganisme Awal Kematian 24 jamMortalitas 24 jam Kematian 48 jamMortalitas 48 jamΔ vs Kontrol (48 jam)
    Kontrol0%10044%77%—
    PIPER A10%1001818%2929%+22 pp
    PIPER B20%1003737%5151%+44 pp
    PIPER C30%1005656%7272%+65 pp
    ⚠ Hasil bersifat awal (preliminary): diperlukan replikasi biologis tambahan & analisis statistik (LC₅₀ / ANOVA) untuk konfirmasi signifikansi. Lihat bagian Transparansi Ilmiah.
    Posisi Riset

    Komparasi dengan Studi Internasional

    Posisi keunikan PIPER dibanding riset pirolisis biomassa terkini (Tabel 2.1). Geser tabel ke samping pada layar kecil.

    Aspek PIPER (2026) ★ Martins et al., 2024 Abd-Elnabi et al., 2024 Souza & Ferreira, 2024
    Bahan Baku Daun pepaya (limbah pangkasan lokal) Sugarcane bagasse (SCB) & straw (SCS) Olive cake (olive oil processing waste) Various agricultural/forest/aquatic/industrial residues
    Jenis Pirolisis Batch anoksik/tidak langsung, kompor gas Analytical TGA kinetics + micro-tubular tandem reactor Batch retort pyrolysis, no O₂ N/A — biochar dibuat lalu dipakai post-hoc sebagai adsorben
    Suhu 200–350°C Furnace 1: 500°C (cracking); Furnace 2: 350°C (fractionation) 350°C selama 3 jam 200–900°C (lintas studi)
    Skala Reaktor ~3 L pressure cooker + filter steel-wool + kondensor spiral + pompa siklus tertutup Borosilicate micro-tube (500 mm × 4 mm), lab-scale "Egyptian retort machine", bench-scale Lab batch/column adsorption studies
    Luaran Utama Liquid smoke / bio-oil diuji langsung sebagai pestisida + nilai edukatif Karakterisasi bio-oil/biochar (bukan fokus pestisida) Bio-oil digunakan sebagai insektisida Biochar untuk menghilangkan residu pestisida dari air
    Keunggulan PIPER: feedstock limbah daun pepaya lokal, suhu operasi moderat (200–350°C), skala kompak praktis ~3 L dengan filter steel-wool & kondensor spiral, serta langsung diuji sebagai biopestisida — kombinasi yang tidak ditemui pada studi pembanding.

    Transparansi Ilmiah & Peta Jalan Pengembangan

    1Karakterisasi Kimia Lanjutan (GC-MS / HPLC)
    Mengidentifikasi konsentrasi spesifik asam organik, senyawa fenolik, dan karbonil di balik pH 3,42 dan TDS 1.860 ppm — pH & TDS saat ini baru karakterisasi awal, belum identifikasi senyawa (Bab 4.4).
    2Optimasi Parameter Proses
    Menguji variasi suhu pirolisis, laju pemanasan, waktu tinggal uap, kadar air daun pepaya, dan kuantitas bahan baku untuk memaksimalkan yield kondensat & konsistensi produk.
    3Replikasi Biologis & Uji Statistik (LC₅₀ / ANOVA)
    Menambah pengulangan (replicates) dan analisis signifikansi statistik agar pola konsentrasi–respons yang teramati (29% → 51% → 72%) terkonfirmasi ilmiah.
    4Uji Toksisitas Organisme Non-Target
    Memastikan keamanan kondensat terhadap tanaman inang, serangga penyerbuk, dan lingkungan, serta menentukan kondisi penanganan & aplikasi yang tepat.
    5Uji Skala Lapangan (Field Trials)
    Menguji daya tahan (persistence), konsentrasi aplikasi paling efektif, dan efektivitas kondensat pada kondisi pertanian terbuka jangka panjang.
    Tim Peneliti

    Tim Riset PIPER — SMAN 28 Jakarta

    Empat siswa peneliti muda di balik prototipe konversi limbah menjadi pestisida berkelanjutan — kompetisi ISIF 2026.

    Dryantama SuciptoPeneliti
    Hardayesa Mughniy SudarijantoPeneliti
    Musthafa Ahmad HermanaPeneliti
    Pande Nyoman LokasandhiyasaPeneliti

    Referensi Ilmiah (7)

    [1]Parra-Pacheco B, et al. Bioactive Compounds from Organic Waste. Molecules. 2024;29(10):2243. doi:10.3390/molecules29102243
    [2]Nordahl SL, et al. Life-Cycle Greenhouse Gas Emissions and Human Health Trade-Offs of Organic Waste Management Strategies. Environ. Sci. Technol. 2020;54(15):9200–9209. doi:10.1021/acs.est.0c00364
    [3]Wulandari D (2022). Analisis Keuntungan dan Efisiensi Biaya Usahatani Pepaya California. Undergraduate thesis, Universitas Muhammadiyah Jember.
    [4]European Union Agriculture: Bioeconomy — Agricultural Biomass. agriculture.ec.europa.eu
    [5]Islam A, et al. (2025). Comprehensive review of recent advances in biomass pyrolysis. Fuel & Energy. doi:10.55670/fpll.fuen.5.2.5
    [6]Akhtar J, Amin NAS. A review on operating parameters for optimum liquid oil yield in biomass pyrolysis. Renew. Sustain. Energy Rev. 2012;16(7):5101–5109. doi:10.1016/j.rser.2012.05.033
    [7]Martins T, et al. Sugarcane biorefinery: pyrolytic process to convert waste biomasses into value-added products. Energy Convers. Manag. 2024;318:118913. doi:10.1016/j.enconman.2024.118913

    Akses Dokumen Riset Lengkap

    Baca atau unduh full paper PIPER (ISIF 2026) — mencakup metodologi Bab 3, seluruh tabel hasil Bab 4, kesimpulan & rekomendasi Bab 5.

    OK