PERAN GAS INERT PADA PENGOLAHAN LIMBAH PLASTIK
JENIS POLYSTYRENE (PS) DENGAN PROSES PIROLISIS
Edi Mulyadi dan Adi Dwi Nurcahyadi
Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Email :
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh gas inert yang dialirkan kedalam reaktor dalam proses pirolisis.
Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau ragen lainnya, dimana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu streofoam atau plastik yang berjenis polystyrene (PS). Proses dilakukan dengan suhu mulai dari 300 0C hingga 500 0C dengan waktu 5 menit sampai 25 menit dan uji hasil yang dilakukan untuk penelitian ini adalah uji nilai kalori yang terdapat pada hasil minyak yang dikeluarkan. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh hasil terbaik yaitu nilai kalor disaat suhu 500 0C dan waktu 25 menit dengan hasil nilai kalri sebanyak 10461,3 kcal/kg. dan setelah hasil ini dibandingkan dengan proses pirolisis yang tanpa menggunakan gas nitrogen diketahui bahwa hasil nilai kalori pada proses pirolisis yang menggunakan gas inert (10461,3 kcal/kg) lebih besar dibandingkan dengan hasil nilai kalori pada proses yang tanpa menggunakan gas inert (10372,3 kcal/kg).
Kata kunci : Limbah plastik, Pirolisis
ABSTRACT
This study aims to determine influence of the inert gas flowed into the reactor in the pyrolysis process. Pyrolysis is the chemical decomposition of organic materials by heating process neither with oxygen nor other Reagen, where the raw material will have structure chemical spitting into the gas phase.
Materials that used in this research are manifold streofoam or plastic polystyrene (PS). This process was carried out at a temperature started from 3000C to
5000C during the time of 5 minutes until 25 minutes. The test results were used for this
study is to determine the value of calories contained in oil revenues incurred. From the research conducted the best result are obtained when heating value of 5000C
temperature during 25 minutes resulted caloric value of 10461,3 kcal/kg. when these results compare with the pyrolysis process without using the nitrogen gas, the results of the calories value of the pyrolysis process using inert gas (10461,3 kcal/kg) greater than the calories value results in a process without using of inert gas (10372,3 kcal/kg).
Keyword : pyrolysis
PENDAHULUAN
Penggunaan plastik di Kota Surabaya semakin meningkat tiap
diantaranya terdiri dari sampah plastik yang tak bisa terurai oleh alam (Aruji, 2011). Sampah-sampah plastik biasanya diolah dengan proses pembakaran (menggunakan Incenerator). Proses pengolahan sampah dengan metode ini bukan cara yang tepat dan aman bagi lingkungan, karena emisi gas buang yang dihasilkan berupa polutan seperti CO2, CO, NOx, SOx dan beberapa partikulat pencemar lainnya.
Pengolahan sampah plastik yang efektif adalah dengan memutuskan rantai polimer yang terkandung dalam plastik (fraksinasi). Metode pemecahan rantai polimer yang sudah dikenal adalah pirolisis, gasifikasi, degradasi termal maupun katalitik. Namun, menurut Mulyadi (2004) pengolahan sampah plastik yang paling
memungkinan adalah dengan proses pirolisis.
Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 416/Menkes/Per/IX/1990 yang mengatur tentang syarat-syarat dan pengawasankualitas air bersih yang menunjukkan suatu air bersih telah memenuhi persyaratan kesehatan. Untuk logam besi mempunyai standar baku mutu 1,0 mg/l. Apabila kadar logam berat itu melebihi baku mutu, maka air bersih tersebut tidak
memenuhi syarat dan harus dilakukan pengolahan sebelum dipakai untuk keperluan sehari-hari terutama untuk dikonsumsi.
Karbon aktif merupakan salah satu bahan alternative yang digunakan untuk mengurangi kadar logam besi dan mangan pada air. Karbon aktif atau sering juga disebut sebagai arang aktif adalah suatu jenis karbon yang memiliki luas permukaan yang sangat besar. Hal ini bias dicapai dengan mengaktifkan karbon atau arang tersebut. Hanya dengan satu gram dari karbon aktif, akan didapatkan suatu material yang memiliki luas permukaan kira-kira
sebesar 500 m2 (didapat dari
pengukuran adsorpsi gas nitrogen). Biasanya pengaktifan hanya bertujuan untuk memperbesar luas permukaannya saja, namun beberapa usaha juga berkaitan dengan meningkatkan beberapa usaha juga berkaitan dengan meningkatkan kemampuan adsorpsi karbon aktif itu sendiri sehingga mampu menyerap sejumlah pengotor dalam air. Karbon aktif biasa dibuat dari tongkol jagung, ampas penggilingan tebu, ampas pembuatan kertas, tempurung kelapa, sabut kelapa, sekam padi, serbuk gergaji, kayu keras, dan batu bara.
Dalam penelitian ini akan dilakukan tempurung kemiri menjadi karbon aktif dan diuji untuk
menurunkan kadar besi (Fe) dalam air sumur, dimana tempurung kemiri yang sebelumnya terbuang dan sedikit dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Dari penelitian sebelumnya diketahui bahwa prosentase masa buah kemiri menjadi
tempurungnya sebesar 64,57% dan tergolong sangat tinggi bila
dibandingkan dengan tempurung kelapa dan tempurung kelapa sawit yang tidak lebih dari 30%. Hahl ini tentunya menunjukkan bahwa tempurung kemiri memang sangat potensial untuk
dijadikan bahan baku karbon aktif (Suhadak, 2005).
Selain itu, dengan proses pirolisis sampah plastik dapat dikonversikan menjadi bahan bakar seperti yang telah dilakukan oleh Putra (2011). Didalam proses pirolisis
terdapat gas inert yang digunakan untuk membantu proses pirolisis tersebut.
TUJUAN PENELITIAN
dari gas inert yang ada di dalam proses pirolisis.
LANDASAN TEORI Plastik
Plastik merupakan salah satu bahan yang paling umum kita lihat dan gunakan. Bahan plastik secara bertahap mulai menggantikan gelas, kayu dan logam. Hal ini disebabkan bahan plastik mempunyai beberapa keunggulan, yaitu : ringan, kuat dan mudah dibentuk, anti karat dan tahan terhadap bahan kimia, mempunyai sifat isolasi listrik yang tinggi, dapat dibuat berwarna maupun transparan dan biaya proses yang lebih murah. Namun begitu daya guna plastik juga terbatas karena kekuatannya yang rendah, tidak tahan panas mudah rusak pada suhu yang rendah.
Keanekaragaman jenis plastik memberikan banyak pilihan dalam penggunaannya dan cara pembuatannya (Mujiarto, 2005)
Plastik merupakan polimer, sejenis molekul dengan rantai panjang yang dibentuk dari molekul-molekul yang lebih pendek (monomer). Polimer ini dibuat dalam ruangan besar pada kondisi temperature dan tekanan tertentu dengan penambahan catalystis khusus. Pada tahapan ini, polimer berbentuk butiran resin atau tepung resin (Kastaman dkk, 2007).
Komponen utama plastik sebelum membentuk polimer adalah monomer, yakni rantai yang paling pendek. Polimer merupakan gabungan dari beberapa monomer yang akan membentuk rantai yang sangat panjang. Bila rantai tersebut dikelompokkan bersama-sama dalam suatu pola acak, menyerupai tumpukan jerami maka disebut amorp, jika teratur hampir sejajar disebut kristalin dengan sifat yang lebih keras dan tegar (Nurminah, 2002).
Pirolisis
Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas. Pirolisis adalah kasus khusus termolisis. Pirolisis ekstrim, yang hanya meninggalkan karbon sebagai residu, disebut karbonisasi (Arumaarifum 2010).
Pirolisis adalah kasus khusus dari thermolysis terkait dengan proses kimia charring, dan yang paling sering digunakan untuk organik bahan.. Hal ini terjadi secara spontan pada temperatur tinggi (misalnya, di atas 300 ° C untuk kayu, itu berbeda untuk bahan lainnya), misalnya dalam kebakaran atau ketika vegetasi datang ke dalam kontak dengan lava dalam letusan gunung berapi. Secara umum, gas dan cairan menghasilkan produk dan meninggalkan residu padat kaya kandungan karbon. Extreme pirolisis, yang daun karbon sebagai residu, disebut karbonisasi. Hal itu tidak melibatkan reaksi dengan oksigen atau reagen lainnya, tetapi dapat terjadi mengubah limbah menjadi bahan sekali pakai dengan aman, dan untuk retak menengah-berat hidrokarbon dari minyak untuk memproduksi lebih ringan yang seperti bensin (Arumaarifum 2010).
devolatilisasi adalah proses fraksinasi material oleh suhu. Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230 °C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal, dan volatile matters pada sampah akan pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair yang menguap mengandung tar dan polyaromatic hydrocarbon. Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas (H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar (pyrolitic oil), dan arang. Parameter yang berpengaruh pada kecepatan reaksi pirolisis mempunyai hubungan yang sangat kompleks, sehingga model matematis persamaan kecepatan reaksi pirolisis yang diformulasikan oleh setiap peneliti selalu menunjukkan rumusan empiris yang berbeda (Mulyadi, 2009).
Proses pirolisis atau cracking adalah proses pemecahan alkana dengan jalan pemanasan pada temperatur tinggi, sekitar 10000 C tanpa oksigen, akan dihasilkan alkana dengan rantai karbon lebih pendek.
CH4 2H2 + C
CH3CH2CH3 1.H2 + C3H6 2. CH4+ C2H4 CH3CH2CH2CH3 1. H2 + C4H5
2. CH4 + C3H6 3. C2H6 + C2H6 Proses pirolisis dari metana secara industri dipergunakan dalam pembuatan karbon-black. Proses pirolisis juga dipergunakan untuk memperbaiki struktur bahan bakar minyak, yaitu, berfungsi untuk menaikkan bilangan oktannya dan mendapatkan senyawa alkena yang dipergunakan sebagai pembuatan plastik. Cracking biasanya dilakukan pada tekanan tinggi dengan penambahan suatu katalis (tanah liat aluminium silikat).(Seran, 2011)
Nitrogen
Nitrogen adalah unsur nonlogam dalam tabel periodik terletak pada golongan VA atau golongan 15 dan memiliki lambang N dengan nomor atom 7. Pada suhu kamar berupa gas tidak berwarna, tidak berbau, tanpa rasa dan berupa unsur diatomik (N2). Nitrogen yang telah dicairkan juga tidak berwarna dan tidak berbau (Seran, 2012).
Nitrogen sangat sulit bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya sehingga disebut juga dengan nama zat lemas. Nitrogen merupakan gas yang paling banyak di atmosfer sekitar 78%. Selain di atmosfer, nitrogen juga terdapat di planet mars (3%).
Ikatan kimia antara dua atom dalam molekul nitrogen adalah ikatan terkuat antara dua atom dari unsur yang sama. Hal ini membuat gas N2 sangat stabil dan inert. Dalam jaringan tubuh makluk hidup, sebagian mengandung nitrogen, misalnya dalam protein dan asam nukleat menjadi salah satu komponen pembentuk DNA dan RNA (Seran, 2012).
Nilai Kalor
Menurut Koesoemadinata (1980), Nilai kalor bahan bakar adalah jumlah panas yang dihasilkan atau ditimbulkan oleh suatu gram bahan bakar tersebut dengan meningkatkan temperatur 1 gr air dari 3,50 C – 4,50 C, dengan satuan kalori. Dengan kata lain nilai kalor adalah besarnya panas yang diperoleh dari pembakaran suatu jumlah tertentu bahan bakar (Tirono dkk, 2011).
semakin lambat laju pembakaran pada proses pembakaran (Tirono dkk, 2011).
METODE PENELITIAN Bahan
Bahan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari Sampah plastik (styrofoam) yang ada di sekitar UPN “Veteran” Jatim. Sebelum dipergunakan, sampah plastik dicelupkan kedalam bensin dan dijemur terlebih dahulu pada panas matahari dan gas nitrogen yang akan dialirkan kedalam proses pirolisis.
Alat
Gambar 1. Reactor Pirolisis
1. Tabung gas nitrogen : sebagai tempat penyimpanan gas nitrogen yang akan digunakan.
2. Reaktor pirolisis : sebagai tempat proses pirolisis dengan spesifikasi diameter 15 cm, tinggi 60 cm, dari bahan baja tahan karat (SS-304). 3. Heater : sebagai pemanas reaktor
dengan menggunakan kompor berbahan bakar LPG.
4. Tempat cuplikan : sebagai tempat sampah plastik dengan spesifikasi diameter 12 cm dan tinggi 40 cm, dari bahan baja tahan karat.
5. Pendingin tar : sebagai pendingin untuk menghasilkan produk cair. 6. Tempat produk cair : sebagai
tempat hasil (minyak) dari proses pirolisis
Cara Kerja
Sampah plastik / Styrofoam yang sudah dikeringkan dimasukkan ke dalam tempat umpan reaktor pirolisis. Alirkan gas nitrogen sesuai dengan variabel yang ditentukan kedalam reactor pirolisis, kemudian jalankan pemanas reactor lalu termokontrol diatur sesuai suhu yang ditentukan. Setelah mencapai suhu yang ditentukan, maka saat itu waktu mulai dihitung sebagai waktu awal (to). Selanjutnya
tunggu sesuai dengan variabel waktu yang ditentukan, lalu kompor dimatikan. Minyak yang keluar dari reactor setelah akan diujikan nilai kalorinya. Setelah minyak yang keluar di uji kalorinya maka akan di bandingkan dengan proses pirolisis yang tanpa menggunakan aliran gas nitrogen.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Nilai Kalori
Pada Proses pirolisis suhu dan waktu adalah faktor yang sangat penting,maka dari itu kenaikan suhu dalam proses ini pun harus diamati. Dalam penelitian ini suhu yang digunakan 300oC, 350oC, 400oC, 450oC,
500oC karena dalam penelitian ini gas
cair yang mulai keluar itu disaat suhu 300 0C. dan waktu perbandingan waktu
yang digunakan dalam penelitian ini yaitu 5 menit, 10 menit, 15 menit, 20 menit, dan 25 menit. Hasil analisa dari penelitian ini dapat dilihat dari tabel berikut
Dari uji analisa hasil dari proses pirolisis menghasilkan besar nilai kalori yang bervariasi. Bila nilai nilai yang ada dalam Tabel 4.1 di plotkan dalam bentuk grafik, maka nilai kalori pada masing-masing interval waktu menunjukkan pola grafik linier yang hampir sama, yaitu terjadi peningkatan nilai kalori.
Hasil nilai kalori minimum dihasilkan pada pembakaran dalam waktu 5 menit di suhu 300 0C, yaitu sebesar 9585,99
Kcal/kg. Sedangkan hasil nilai kalori maximum dihasilkan pada waktu 25 menit di suhu 500 0C, yaitu sebesar
10461,3 Kcal/kg. untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik 1.
Grafik 1. Grafik Hubungan antara Suhu terhadap Nilai Kalori pada berbagai waktu
pembakaran
Dalam grafik 1 sudah terlihat berbagai macam grafik dari Tabel 1 pada grafik di waktu 5 menit, terlihat semakin tinggi suhu pada proses pirolisis maka akan menghasilkan nilai kalori yang semakin tinggi juga. Kenaikan ini terjadi secara linier sampai pada suhu 450 0C. Kemudian naik
secara signifikan sampai 500 0C.
Kemungkinan hal ini disebabkan karena pada suhu 300 0C sampai 450 0C proses
pembakaran pirolisis masih belum sempurna.
Pada grafik di waktu 10 menit, terjadi kenaikan nilai kalori yang signifikan sudah dimulai pada suhu 400
0C. hal ini sudah mulai berbeda dengan
grafik pada waktu 5 menit yang mulai terjadi peningkatan signifikan mulai suhu 450 0C.
Hal yang berbeda juga terjadi pada grafik di saat 15 menit dan 20 menit. Dalam hal ini terlihat adanya kenaikan nilai kalori yang linier sampai pada suhu 500 0C.
Pada grafik di waktu 25 menit, terlihat pada suhu 500 0C peningkatan
nilai kalori sudah mulai tidak signifikan lagi.
Hal yang hampir sama juga didapatkan dalam penelitian putra pada tahun 2011, dimana untuk hasil uji nilai kalor untuk minyak hasil pirolisis (HDPE) sebesar 10786 kcal/kg dan untuk minyak hasil pirolisis (LDPE) sebesar 10885 kcal/kg (putra, 2011). Dalam hal ini nilai uji kalor untuk plastic HDPE dan LDPE lebih besar, ini dikarenakan karena berat jenis dari plastic HDPE dan LDPE lebih besar dari pada stereofoam (PS). Karena, nilai kalor tergantung pada sifat bahan yang mempengaruhi massa jenisnya. Sehingga semakin tinggi berat jenis bahan bakar, maka semakin tinggi nilai kalor yang diperolehnya (Tirono dkk, 2011)
Gambar 2. Grafik Hubungan antara Waktu terhadap Nilai Kalori dalam Berbagai Suhu
besar juga nilai kalori yang didapatkan. karena dalam proses pirolisis membutuhkan waktu yang cukup untuk menguraikan zat-zat yang terkandung dalam stereofoam. Pada proses pirolisis di suhu 300 0C dan 350 0C dapat dilihat
bahwa terjadi penurunan kenaikan nilai kalori mulai waktu 15 menit sampai 25 menit. Hal ini kemungkinan terjadi dikarenakan dalam suhu 300 0C dan 350 0C zat-zat yang ada dalam stereofoam
atau plastik berjenis polystyrene tidak dapat terurai dengan sempurna. Berbeda dengan proses pirolisis pada suhu, 400
0C, 450 0C, dan 500 0C naik secara
konstan.
Perbandingan Antara Proses Pirolisis Dengan Menggunakan Gas Inert Dan Tanpa Menggunakan Gas Inert
Dalam penelitian ini pengaruh gas inert yang di tambahkan dalam proses pirolisis ini berpengaruh dalam minyak atau uap cair yang dihasilkan proses pirolisis tersebut. Hal ini dapat dilihat dengan membandingkan antara proses pirolisis dengan menggunakan gas inert dan tanpa menggunakan gas inert. Dimana hasil analisa untuk proses pirolisis tanpa gas inert dapat dilihat ditabel 2.
Tabel 2. Tabel Hasil Nilai Kalori Pada Proses Pirolisis Tanpa Menggunakan Gas Inert
Gambar 3. Grafik Perbandingan Antara Pirolisis Menggunakan Gas Inert Dengan Tanpa
Menggunakan Gas Inert
Pada gambar 3 dapat menjelaskan pengaruh dari gas inert yang digunakan dalam proses pirolisis. Dapat dilihat grafik dalam waktu yang sama tetapi menghasilkan nilai kalori yang berbeda. Perbedaan ini kemungkinan disebabkan nitrogen yang alirkan ke dalam reactor pirolisis mengikat O2 yang ada di dalam reactor untuk dikeluarkan bersama nitrogen, sehingga pembakaran pirolisis dapat berjalan dengan sempurna. Seperti yang dikatakan oleh septa pada tahun 2009, bila oksigen ada pada suatu reactor pirolisis maka akan bereaksi dengan material sehingga membentuk abu (ash). Untuk menghilangkan oksigen, pada proses pirolisis biasanaya di bantuk oleh aliran gasn inert sebgai fungsi untuk mengikat oksigen dan mengeluarkan dari reactor (Temaja,2012).
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Dari hasil pembahasan dan pengamatan dapat diperoleh kesimpulan bahwa gas inert sangat berpengaruh terhadap nilai kalori yang dihasilkan dalam proses pirolisis karena gas inert yang dialirkan kedalam reactor berfungsi sebagai pengikat O2 yang ada dalam reactor dan langsung dikeluarkan bersamaan dengan keluarannya gas inert tersebut. Sehingga proses pembakaran pirolisis berjalan lebih maksimal.
Melihat hasil penelitian ini yang masih jauh dari sempurna maka dapat ditarik saran sebagai berikut:
1. Masih perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk suhu dan waktu yang lebih tinggi.
2. Perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut terhadap hasil produk cair yang dihasilkan dari proses ini. 3. Perlu perancangan reaktor yang
lebih besar dan lebih baik agar hasil yang didapatkan lebih maksimal lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Anggono, Tri dkk, 2009, “Pirolisis Sampah Plastik untuk Mendapatkan Asap Cair dan Penentuan Komponen Kimia Penyusunnya Serta Uji Kemampuannya Sebagai Bahan Bakar Cair” , Sains dan Terapan Kimia.
Aruji, Andi, 2011, “Merubah Pola Pikir dan Cara Pandang Terhadap Sampah” , (28 Nov 2011). Arumaarifu, 2010, “Apa Itu Pirolisis?”
https://arumaarifu.wordpress.co m/2010/02/05/
Dwija, Prince, 2011, “Pirolisis”,
http://dweeza.blogspot.com/201 1/01/pirolisis.html
Kastaman, Roni dkk, 2007, “Sistem Pengelolaan Reaktor Sampah Terpadu Silarsatu”. LPM Universitas Padjajaran (Unpad)
Lailunnazar, Lutfi dkk,2010, “Pengaruh Temperature Pirolisis Terhadap Kualitas Tar Hasil Pirolisis Serbuk Kayu Mahoni”, Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Mujiarto, Iman, 2005, “Sifat dan Karakteristik Material Plastik dan Bahan Aditif” , Traksi. Vol 3. No 2, Desember 2005.
Mulyadi, Edi, 2009,”Degradasi Sampah Kota (Rubbish) dengan Proses Pirolisis” Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan Vol. 1 No. 1.
Nurminah, Mimi, 2002, “Penelitian Sifat Berbagai Bahan Kemasan Plastik dan Kertas Serta Pengaruhnya Terhadap Bahan yang Dikemas”, Fakultas Pertanian Universitas Sumatra Utara.
Tirono, M dan Sabit, Ali, 2011, “Efek Suhu Pada Proses Pengarangan Terhadap Nilai Kalor Arang Tempurung Kelapa (Coconut Shell Charcoal)”. Jurnal Neutrino Vol. 3, No 2
Putra, Aprian Ramadhan Perdana, 2011, “Pengolahan Sampah Plastik Menjadi Minyak dengan Proses Pirolisis” , Skripsi Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur, Surabaya.
Seran Emel, 2011, “Sifat Fisika Kimia Dan Cara Pembuatan Alkana”
