BETA (BETTER ENVIRONMENT WITH AIRFILTER TECHNOLOGY): OPTIMALISASI PENGURANGAN GAS SISA
PEMBAKARAN KENDARAAN BERMOTOR
MENGGUNAKAN KARBON AKTIF AMPAS KOPI DEMI MEWUJUDKAN LINGKUNGAN BEBAS KARBON
Yang Diajukan untuk Mengikuti Kompetisi LOMBA ESAI NASIONAL MPM FESTIVAL 2022
Diusulkan oleh:
Azis Purnama Ginting (170405176)
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2022
1 I. Pendahuluan
Pencampuran partikel-partikel asing ke dalam udara baik dilakukan dengan sengaja maupun tidak sengaja merupakan suatu bentuk pencemaran udara. Sumber terbesar dari pencemaran udara berasal dari proses pembakaran kendaraan bermotor yang tidak sempurna (Firdaus dan Sulistyorini, 2016). Hasil pembakaran dari kendaraan bermotor menghasilkan karbon monoksida (CO), hidrokarbon, oksida nitrogen (NOx), sulfur (SOx), dan partikulat debu termasuk timbal (Pb) (Hafidz dkk., 2017). Emisi CO menyebabkan penipisan lapisan ozon (O3) yang dapat menimbulkan kanker kulit, selain itu emisi CO yang dihirup oleh manusia menyebabkan berkurangnya oksigen pada aliran darah sehingga dapat menyebabkan kematian (Trianisa dkk., 2020). Karbon monoksida (CO) adalah gas berbahaya yang bersifat racun dan akan menghalangi masuknya oksigen jika terhirup ke dalam paru-paru. Gas CO dengan mudah akan tertangkap oleh darah dikarenakan gas CO dapat ikut bereaksi secara metabolisme dengan darah menyebabkan fungsi dari darah sebagai alat pengangkut oksigen terganggu (Pangerapan dkk., 2018).
Karbon aktif adalah solusi dalam upaya mereduksi pencemaran udara.
Secara teoritis, kita dapat menggunakan absorben kimia berupa karbon aktif.
Karbon aktif merupakan senyawa karbon yang telah dilakukan proses karbonisasi dan aktivasi yang menyebabkan meningkatnya sifat adsorbsinya (Nurullita, 2015).
Adsorben atau bahan penyerap dari karbon aktif dapat diperoleh dari bahan organik termasuk ampas kopi (Baryatik dkk., 2019). Ampas kopi adalah bahan organik yang dapat dibuat menjadi arang aktif dan digunakan sebagai adsorben atau bahan penyerap. Bahan baku yang berasal dari bahan organik dapat dibuat menjadi arang aktif karena mengandung karbon (Chasanah, 2019).
Sebagai limbah konsumsi masyarakat, ampas kopi memiliki kandungan karbon sebesar 47,8 - 58,9%, nitrogen sebesar 1,9 - 2,3%, protein sebesar 6,7 - 13,6 g/100g, abu sebesar 0,43 - 1,6%, dan selulosa sebesar 8,6% (Baryatik dkk., 2019).
Ditinjau dari ketersediaan, faktor generasi milenial yang tertarik dengan bisnis coffee shop sangat mendukung dalam ketersediaan limbah ampas kopi sebagai bahan baku. Faktanya, rata-rata setiap coffee shop menghasilkan sekitar 10 kg
2 ampas kopi setiap harinya, maka setiap tahun dapat menghasilkan sekitar 3.650 kg ampas kopi (Sarasati dkk., 2018).
Dengan memperhatikan beberapa hal di atas, maka untuk menekan angka pencemaran udara dan pemanasan global yang disebabkan oleh emisi gas kendaraan bermotor. Penulis sangat tertarik untuk menginovasikan BETA (Better Environment with Airfilter Technology): Optimalisasi Pengurangan Gas Sisa
Pembakaran Kendaraan Bermotor Menggunakan Karbon Aktif Ampas Kopi Demi Mewujudkan Lingkungan Bebas Karbon.
II. Isi
Kendaraan Bermotor di Indonesia
Jenis kendaraan bermotor di Indonesia bermacam-macam, pada tahun 2019 tercatat mobil penumpang sebanyak 15.592.419 unit, mobil bis sebanyak 231.569 unit, mobil barang sebanyak 5.021.888 unit, dan sepeda motor sebanyak 112.771.136 unit (Badan Pusat Statistik, 2019). Banyaknya kendaraan bermotor sebanding dengan besarnya kandungan gas CO pada udara disuatu daerah atau kawasan (Supriyono dkk., 2019). Adapun jumlah kenaikan kendaraan bermotor dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Jumlah kendaraan bermotor dari tahun 2015-2019.
Tahun Jumlah
2015 105.303.318
2016 112.205.711
2017 118.922.708
2018 126.508.776
2019 133.617.012
Sumber: Badan Pusat Statistik (BPS).
Ketersediaan Kopi di Indonesia
Salah satu komoditas andalan di Indonesia, yakni dalam sektor perkebunan adalah produksi kopi. Kopi memiliki peluang pasar yang besar, baik di dalam negeri maupun di luar negeri dan berperan baik sebagai sumber devisa negara non migas (Arwangga, dkk., 2016). Adapun data jumlah kopi di Indonesia dari tahun 2015- 2020 dapat dilihat pada Tabel 2.
3 Tabel 2. Jumlah produksi kopi di Indonesia dari tahun 2015-2020.
Tahun Jumlah (ribu ton)
2015 639,40
2016 663,90
2017 716,10
2018 756,00
2019 752,50
2020 753,90
Sumber: Badan Pusat Statistik (BPS).
Ampas Kopi
Ampas kopi merupakan bahan organik yang dapat dibuat menjadi arang aktif untuk digunakan sebagai adsorben atau bahan penyerap. Bahan baku yang berasal dari bahan organik dapat dibuat menjadi arang aktif karena mengandung karbon. Kandungan hidrokarbon dalam biji kopi yaitu sebesar 19,9%. Kandungan hidrokarbon dapat menghasilkan karbon ketika biji kopi dipanaskan, oleh karena itu ampas kopi bubuk yang sudah diseduh dapat dimanfaatkan kembali sebagai arang aktif (Chasanah, 2019). Adapun karakteristik arang aktif ampas kopi harus memenuhi SNI No. 06-3730-1995 yaitu memiliki kadar air maksimum sebesar 15%, kadar abu maksimum sebesar 10%, kadar karbon minimal sebesar 65%, dan daya serap iodin minimal sebesar 750 mg/g (Baryatik dkk., 2019).
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan suatu peristiwa penyerapan suatu zat, ion, atau molekul yang melekat pada permukaan. Dimana, molekul dari suatu materi akan terkumpul pada adsorben. Terjadinya adsorpsi pada permukaan larutan diakibatkan adanya gaya tarik-menarik antara molekul-molekul di permukaan adsorben.
Adapun faktor yang mempengaruhi adsorpsi yaitu suhu dan konsentrasi zat terlarut, jumlah adsorben, tingkat kelarutan adsorbat, sifat adsorben, dan luas permukaan adsorben (Legiso dkk. 2019).
Filter Karbon Aktif
Karbon aktif merupakan salah satu filter atau adsorben yang paling sering digunakan dalam proses adsorpsi. Hal ini disebabkan karbon aktif mempunyai daya adsorpsi dan luas permukaan yang lebih baik dari adsorben lainnya. Karbon aktif
4 yang baik harus memiliki luas area permukaan yang besar sehingga daya serapnya juga besar. Filter karbon aktif sering digunakan dalam alat pesawat AC, cerobong dapur, sistem pemurnian air, dan pengendali pencemaran udara (Nurhayati dan Zikri, 2020). Arang aktif atau karbon aktif adalah suatu jenis karbon yang telah mendapat perlakuan dengan uap dan panas sampai mempunyai afinitas yang kuat untuk menyerap berbagai bahan. Luas permukaan yang dimiliki karbon aktif sangat besar, berkisar 300 sampai 2500 m2/g dan dapat digunakan untuk menyerap hampir semua jenis pelarut organik pada suhu sekitar 35⁰C. Aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul pada permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia yaitu luas permukaan bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi (Legiso dkk., 2019).
Tahapan Pembuatan BETA
Pembuatan Karbon Aktif Ampas Kopi
Pembuatan karbon aktif yaitu dengan memanfaatkan limbah ampas kopi yang telah dilakukan proses aktivasi. Limbah ampas kopi dicuci dan dipanaskan di dalam oven dengan suhu 100°C selama 1 jam hingga kering. Kemudian, sampel tersebut dilakukan perendaman menggunakan KOH 10% dengan suhu 100°C selama 2 jam dan diaduk menggunakan magnetic stirrer. Selanjutnya, sampel dipanaskan di dalam furnance dengan suhu 600°C selama 90 menit. Karbon hasil dari pemanasan tersebut, selanjutnya dicuci menggunakan aquadest dengan suhu 100°C sampai diperoleh pH = 7. Karbon yang telah dicuci, selanjutnya dikeringkan di dalam oven dengan suhu 150°C selama 2 jam hingga kering. Proses aktivasi karbon bertujuan untuk meningkatkan daya adsorpsi agar diperoleh emisi gas CO yang rendah. Selanjutnya dibuat briket karbon aktif dengan menambahkan larutan kanji 10%.
Penyusunan Prototype BETA
Penyusunan prototype filter dilakukan dengan memasukkan karbon aktif ampas kopi yang telah dibuat menjadi briket ke dalam filter yang akan dipasang pada bagian cerobong luar knalpot kendaraan bermotor.
Tabel 3. Dimensi tabung adsorpsi dan adsorben karbon aktif
5
Parameter Hollow Briket
Diameter tabung 90 mm
Panjang tabung 120 mm
Saluran buangan emisi (panjang x diameter) 50x50 mm Support penahan adsorben (panjang x diameter) 115x50 mm Dimensi Adsorben
- Tinggi 115 mm
- Diameter luar (annulus) 48 mm
- Diameter rongga tengah 19 mm
Diagram Alir Pembuatan BETA
Gambar 1. Diagram Alir Pembuatan BETA Hasil Pengujian
Adapun hasil pengujian karbon aktif ampas kopi adalah sebagai berikut : Tabel 4. Hasil Pengujian Karbon Aktif Berdasarkan SNI No. 06-3730-1995.
6 Uraian Hasil Pengujian Syarat SNI
Kadar Air (%) 4,4 maks. 15
Kadar Abu (%) 2,5 maks. 10
Kadar Karbon (%) 76,58 min. 65
Daya Serap Terhadap I2 (mg/g) 832 min. 750
Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Fisika Universitas Sumatera Utara. Pada hasil pengujian didapatkan bahwa karbon aktif ampas kopi telah memenuhi SNI No. 06-3730-1995 sehingga dapat digunakan sebagai adsorben atau bahan penyerap.
Analisis Gagasan Sebagai Solusi
Pertumbuhan penduduk yang besar juga akan mempengaruhi pemakaian kendaraan bermotor, selain itu pemakaian kendaraan bermotor menyebabkan pencemaran udara yang cukup besar, salah satunya adalah gas CO. Gas CO yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor merupakan gas yang sulit terurai di udara dan menjadi salah satu penyebab utama penyakit pernapasan bagi kesehatan manusia.
Saat ini pencemaran udara yang dihasilkan oleh sisa pembakaran kendaraan bermotor berkisar antara 70% - 85%. Akibatnya, terjadi efek rumah kaca, hujan asam, penipisan lapisan ozon, dan berbagai penyakit pernapasan. Sehingga perlu dilakukan pengurangan konsentrasi gas buang pada knalpot.
Salah satu solusi yang ditawarkan penulis melalui sebuah gagasan ini adalah dengan membuat suatu rancangan BETA dengan menggunakan bahan baku limbah ampas kopi yang ramah terhadap lingkungan dan tidak memberikan dampak buruk terhadap lingkungan. Selain itu penggunaan ampas kopi dapat membantu dalam menanggulangi limbah konsumsi masyarakat.
Dengan mengaplikasikan BETA pada kendaraan bermotor sangat diharapkan gas CO yang keluar dari kendaraan bermotor dapat berkurang konsentrasinya. Teknologi ini sangat mendukung untuk masyarakat khususnya masyarakat di daerah perkotaan yang sering terkena dampak polusi udara. Selain itu, teknologi ini menggunakan bahan baku yang berkelanjutan berupa limbah ampas kopi yang murah dan mudah didapat karena tingginya produksi kopi di Indonesia akibat dari adanya faktor generasi milenial yang tertarik dengan bisnis coffee shop.
7 Perkembangan Berkelanjutan
Perkembangan kedepannya dalam mengimplementasi BETA adalah dengan menjadikan rancangan ini produksi massal sehingga setiap knalpot menggunakan filter yang dapat mengurangi kadar emisi gas CO. Selain itu perlu dilakukan penelitian lebih lanjut sehingga tidak hanya berhasil mengurangi kadar emisi gas CO yang disebabkan oleh kendaraan bermotor, melainkan dapat juga mengurangi kadar gas CO yang disebabkan oleh industri seperti pabrik. Tidak cukup hanya sampai disini, di masa depan setelah produk ini berhasil diimplementasikan, diperlukan suatu inovasi yang dapat mendesorpsi CO sehingga gas yang diserap rancangan ini dapat diolah kembali menjadi suatu hal yang baru.
III. Penutup
Kesimpulan dan Saran
Dari percobaan yang dilakukan penulis, didapat karbon aktif ampas kopi dengan metode karbonisasi pada furnance dengan suhu 600⁰C serta waktu terbaik yaitu 90 menit. Hasil karbon aktif yang didapat sudah sesuai dengan SNI No. 06- 3730-1995 yakni kadar air sebesar 4,4%, kadar abu sebesar 2,5%, kadar karbon sebesar 76,58%, dan daya serap terhadap I2 sebesar 832 mg/g. Adapun hasil pembuatan karbon aktif limbah ampas kopi diaplikasikan menjadi sebuah filter yang diletakkan pada knalpot kendaraan bermotor untuk mengurangi polusi udara yang berasal dari CO.
Teknologi ini memberikan peluang besar apabila di kembangkan skala besar dengan memanfaatkan limbah ampas kopi diharapkan mampu mengurangi polusi udara yang diakibatkan oleh gas CO. Realisasi solusi inovatif BETA sangat perlu dilaksanakan, mulai dari sosialisasi kepada masyarakat dan implementasi langsung ide-ide yang telah di konsep dan dirancang dengan matang. Dengan memanfaatkan limbah ampas kopi yang berasal dari coffee shop, memberikan peluang besar dalam pembuatan karbon aktif dengan menggunakan metode karbonisasi, diharapkan mampu meningkatkan kesehatan masyarakat terkhususnya di daerah perkotaan serta memenuhi tujuan SDGs 2030 pada poin ke 3 yaitu memastikan kehidupan yang sehat dan mendukung kesejahteraan bagi semua untuk semua usia. Solusi ini juga menjawab tantangan dalam optimalisasi pengolahan limbah dan sebagai inovasi berbasis teknologi industri untuk mendukung Indonesia emas 2045.
DAFTAR PUSTAKA
Arwangga, A, F, Ida, A, R, A, A & Sudiarta, I, W 2016, ‘Analisis Kandungan Kafein pada Kopi di Desa Sesaot Narmada Menggunakan Spektrofotometri UV-VIS’, Jurnal Kimia, vol. 10, no. 1, hh. 110-114.
Baryatik, P, Moelyaningrum, A, D, Asihta, U, Nurcahyaningsih, W, Baroroh, A &
Riskianto, H 2019, ‘Pemanfaatan arang aktif ampas kopi sebagai adsorben kadmium pada air sumur’, Jurnal Teknologi Lingkungan Lahan Basah, vol.
2, no. 1, hh. 11-19.
Chasanah, S, D 2019, ‘Adsorpsi ammonia pada lumpur limbah industri susu dengan menggunakan ampas kopi dan kulit pisang’, Tugas Akhir, Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Bakrie, Jakarta.
Firdaus, A, P & Sulistyorini, L 2017, ‘Kadar SO2 dan kejadian ISPA di Kota Surabaya menurut tingkat pencemaran yang berasal dari kendaraan bermotor’, IPTEK Journal of Proceedings. Series, vol 3, no. 5.
Hafidz, I, Azmi, Z, M, Firdiyanto, I, Nandika, D, Cahyaningtyas, R & Rakhmawati, N, A 2017, ‘CekPolusi (Android): sistem interaktif kualitas udara mengajak masyarakat dalam menurunkan polusi udara’, SISFO, vol. 7, no. 1, hh. 7.
Legiso, L, Juniar, H & Sari, U, M 2019, ‘Perbandingan efektivitas karbon aktif sekam padi dan kulit pisang kepok sebagai adsorben pada pengolahan air Sungai Enim’, Prosiding Semnastek.
Nurhayati, N & Zikri, Z, 2020, ‘Efektifitas karbon aktif cangkang buah kluwek (Pangium edule) dan cangkang biji kopi (Coffea arabica L) terhadap daya serap gas CO dan partikel Pb dari emisi kendaraan bermotor’, Jurnal Penelitian Dan Karya Ilmiah Lembaga Penelitian Universitas Trisakti, vol.
5, no. 1, hh. 43-49.
Nurullita, U 2015, ‘Adsorbsi gas karbon monoksida (CO) dalam ruangan dengan karbon aktif tempurung kelapa dan kulit durian’, In Prosiding Seminar Nasional & Internasional.
Pangerapan, S, B, Sumampouw, O, J & Joseph, W, B, S 2018, ‘Analisis kadar karbon monoksida (CO) udara di Terminal Beriman Kota Tomohon tahun 2018’, KESMAS, vol. 7, no. 3.
Sarasati, Y, Thohari, I, & Sunarko, B 2018, ‘Perbedaan ketebalan filter arang aktif ampas kopi dalam menurunkan kadar besi (Fe) pada air bersih’, Jurnal Penelitian Kesehatan Suara Forikes, vol. 9, no. 4, hh. 231-237.
Supriyono, H, Anton S, Fadlilah, U & Harismah, K 2019, ‘Rancang Bangun Pengukur Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Berbasis Mikrokontroler’, The 10th University Research Colloqium 2019, Sekolah Tinggi Ilmu Kesehatan Muhammadiyah Gombong, Gombong.
Trianisa, K, Purnomo, E, P, & Kasiwi, A, N 2020, ‘Pengaruh Industri Batubara Terhadap Polusi Udara dalam Keseimbangan World Air Quality Index in India’, Jurnal Sains Teknologi & Lingkungan, vol. 6, no. 2, hh. 156-168.
LAMPIRAN Lampiran 1. Gambaran Inovasi Teknologi BETA
BETA
Spiral Konektor
Knalpot Kendaraan
Gambar 2. Gambaran Inovasi Teknologi BETA
Briket Karbon Aktif Ampas Kopi
Keluaran Udara Bersih
Lampiran 2. Dokumentasi Pengujian Karbon Aktif
Gambar 3. Dokumentasi Pengujian Karbon Aktif
