TEKNOLOGI REKAYASA UNTUK PENINGKATAN NILAI TAMBAH SILIKA AMORF (SiO2) LAPANGAN PANASBUMI DIENG SEBAGAI GEOMATERIAL

TEKNOLOGI REKAYASA UNTUK

PENINGKATAN NILAI TAMBAH SILIKA AMORF (SiO

2

)

LAPANGAN PANASBUMI DIENG SEBAGAI GEOMATERIAL

Eko Tri Sumarnadi Agustinus1,2_{, Happy Sembiring}2_{,dan Effendi}3 1_{Program Studi Pasca Sarjana, Fakultas Teknik Geologi, Universitas Padjadjaran}

2_{Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI, Jl. Sangkuriang, Bandung 40135} 3_{Pusat Penelitian Kimia LIPI, Jl. Sangkuriang, Bandung 40135}

Email: esumarnadi@gmail.com

ABSTRAK

Peningkatan nilai tambah silika amorf sebagai geomaterial telah dilakukan dengan melibatkan teknologi rekayasa, yakni pengolahan dengan memformulasikan bahan baku dengan sejumlah bahan aditif untuk menghasilkan material baru. Bahan baku berupa silika amorf yang diperoleh dari lapangan panasbumi Dieng, Kabupaten Banjarnegara, Provinsi Jawa Tengah. Se mentara bahan aditif disesuaikan dengan formulasi material baru yang hendak dituju, berupa abu sekam padi (rice hush

ash), fly ash, dan water glass. Hasil penelitian berupa prototip produk geomaterial, yaitu paving block tanpa menggunakan bahan semen. Hasil pengujian sifat fisik dan mekanik menunjukkan bahwa

formula (A) terbaik dengan nilai bobot isi : 1,59 kg/cm3, kadar air 3,63 %, penyerapan air 6,75 % dan kuat tekan 136,96 kg/cm2. Tinjauan sementara baik dari aspek teknis, aspek ekonomi maupun aspek lingkungan, prototip paving block tersebut di masa mendatang cukup menjanjikan untuk diusahakan dalam skala produksi. Hasil penelitian ini telah diapresiasi oleh PT GEODIPA ENERGI, Unit I Dieng.

Kata kunci : teknologi rekayasa, peningkatan nilai tambah, silica amorf, geomaterial

ABSTRACT

Increasing the added value of amorphous silica as geomaterial been conducted involving engineering technique, the processing of the raw materials formulated with a number of additives to produce new material. Raw materials such as amorphous silica obtained from Dieng geothermal field, Banjarnegara district, Central Java Province. While the additive formulations tailored to the intended new material, such as rice husk ash, fly ash, and water glass. Results of the research is a prototype of the product geomaterial, namely paving blocks without using cement. Results of testing physical and mechanical properties showed that the formula (A) with the best value bulk density: 1,59 kg / cm3_{, water content of 3.63%, 6.75% water absorption and compressive strength of 136.96} kg / cm2. Overview whilst both from the technical aspects, economic aspects and environmental

aspects, prototypes paving block in the future is promising to be developed in the scale of production. Results of this study have been appreciated by PT GEODIPA ENERGY, Unit I Dieng.

Keywords: engineering technology, increased value-added, amorphous silica, geomaterial

PENDAHULUAN

Lapangan panasbumi Dieng disatu sisi dapat menghasilkan energi listrik untuk pembangunan, namun juga menghasilkan sludge yang didominasi oleh amorphous silica (SiO2) yang hingga kini belum dimanfaatkan dan masih ditampung di tempat penampungan akhir (TPA). Sludge terbentuk sebagai hasil pengendapan dari brine water baik pada saluran terbuka (open channel) maupun pada kolam pengendapan (pond) sebelum brine water tersebut diinjeksikan kedalam perut bumi.

Secara teoritis, sludge yang mengandung amorphous silica (SiO2) melalui proses kondensasi kelompok silanol (SiOH) membentuk ikatan siloxane (Si-O-Si). Penambahan sejumlah bahan aditif yang mengandung kation Al+++, Na+, K+ kedalam larutan material tersebut melalui geosintesis akan terbentuk agregat kuat dari aluminosilikat polimerik dan alkali-silikat. Proses tersebut menghasilkan kerangka polimer SiO4 dan AlO4 yang terikat secara tetrahedral, sering disebut sebagai geopolymer (Davidovits, 1989). Berdasarkan teori tersebut, mengindikasikan bahwa sludge (amorphous silica) dapat digunakan untuk geomaterial sebagai bahan alternatif industri bahan bangunan.

Permasalahannya adalah bagaimana cara merealisasikan pemanfaatan sludge mengandung

amorphous silica (SiO2) sebagai geomaterial. Tujuan penelitian adalah memperoleh prototip produk geomaterial, yakni paving block sebagai bahan alternatif industri bahan bangunan. Penelitian dilakukan dengan melibatkan teknologi rekayasa, yakni pengolahan dengan cara memformulasikan bahan baku dengan menambahkan sejumlah bahan aditif untuk menghasilkan material baru. Bahan aditif yang ditambahkan bisa berupa bahan organik maupun bahan anorganik tergantung dari karakteristik material yang hendak dituju. Penelitian ini menjadi penting untuk direalisasikan, karena disamping dapat memberikan nilai tambah juga sekaligus dapat memberikan perlindungan lingkungan di sekitar lapangan panasbumi Unit I Dieng.

METODOLOGI

Kerangka Pemikiran

Limbah sludge (amorphous silica) yang ditampung di TPA secara lambat laun akan terlarut oleh air hujan (bersifat asam) dan terbawa melalui badan sungai dan terendapkan di lahan persawahan. Kandungan silika yang tinggi pada persawahan berpotensi terjadinya degradasi lingkungan, yakni dapat mengurangi tingkat kesuburan tanah. Secara teoritis sludge dapat dimanfaatkan menjadi geomaterial, dantaranya adalah paving block sebagai bahan alternati industri bahan bangunan.

Prototip produk paving block yang akan dibuat termasuk kategori Special Blended Concreatted

(SBC) merupakan pengembangan dari geopolymer, yakni : proses polikondensasi material

aluminosilikat. Komposisi material tersebut dapat dipenuhi dari bahan baku sludge yang mengandung silika amorf (SiO2) dengan menambahkan sejumlah bahan aditif berupa: abu sekam padi (rice hush ash), fly ash, water glass dan NaOH jika diperlukan dalam keseimbangan reaksi.

Geopolymer secara umum didefinisikan sebagai material yang dihasilkan dari geosintesis

aluminosilikat polimerik dan alkali-silikat menghasilkan kerangka polimer SiO4 dan AlO4 yang terikat secara tetrahedral (Davidovits, 1989 dan 1991). Ketika SiO2 dan Al2O3 terikat secara tetrahedral dengan berbagi atom oksigen, diperlukan ion positif (Na+, K+, Ca++, Mg++, NH4+) dalam lubang kerangka untuk menyeimbangkan muatan negatif dari Al3+ dalam bentuk koordinasi IV. Secara umum, geopolymer memiliki bentuk dasar polysialate dengan rumus empirik sebagai berikut:

Mn{-(SiO2)z-AlO2}n, wH2O ……… (1)

dimana : M adalah kation seperti ion kalsium, natrium atau kalium, n adalah derajat polikondensasi, dan z adalah konstanta 1, 2, 3.

Polysialate memiliki fase amorf hingga semi kristalin. Berikut ini adalah gambaran struktur tiga (3)

dimensi polysialate amorf hingga semikristalin (Gambar 1). Reaksi geopolimerisasi termasuk reaksi polikondensasi anorganik yang dilakukan dalam kondisi basa dengan menggunakan OH- sebagai

Gambar 1. Struktur tiga dimensi Polysialate (Davidovits, 1989)

Menurut Van Jaarsveld et al. (1998), garam logam alkali dan/atau hidroksida diperlukan untuk melarutkan silika dan alumina sebagaimana reaksi katalisis dalam reaksi kondensasi. Secara umum skema reaksi geopolimerisasi diilustrasikan sebagai berikut :

NaOH/KOH

(Si2O5, Al2O2)n + 3nH2O n(OH)3 – Si – O – Al - – (OH)3………….. (2)

(Orthosialate) NaOH/KOH l l

n(OH)3 –Si –O– Al - – (OH)3 (Na,K) – (– Si –O– Al - –O –) 3nH2O ……… (3) l l

O O (Na,K)- Poly(sialate) NaOH/KOH

(Si2O5, Al2O2)n + 2nSiO2 + 4nH2O n(OH)3–Si–O–Al- –O–Si–(OH)3 ………. (4) l

(Ortho(sialate-siloxo) (OH)2

termal dan ketahanan terhadap asam yang tinggi (Bhakarev, 2005). Sedangkan Schmu¨cker and MacKenzie (2005) telah membuktikan bahwa komposisi matriks geopolymer tidak berubah setelah dipanaskan pada 1200°C.

Metoda

Metode penelitian dilakukan melalui eksperimen di laboratorium dengan menggunakan parameter fisika dan kimia. Metode penelitian secara umum disajikan dalam bentuk bagan alir Gambar 2, memperlihatkan bahwa peningkatan nilai tambah dapat terjadi atas peran dari aneka variabel teknologi rekayasa. Aneka variabel yang berperan dalam pembentukan material baru diidentifikasi dari karakteristik bahan baku dan bahan aditif, serta perlakuan teknologi rekayasa yang berperan sebagai variabel bebas (independent). Sedangkan variabel respon (dependent) diperoleh melalui identifikasi dari karakteristik material baru yang hendak dituju (diinginkan). Hasil eksperimen dianalisis secara statistik untuk validasi dan verifikasi hipotesis. Dengan demikian, melalui metoda ini diharapkan dapat memberikan nilai tambah sludge dan juga sekaligus dapat mengurangi terjadinya degradasi lingkungan, sehingga secara luas mampu berperan dalam memberikan perlindungan lingkungan.

Gambar 2. Metoda penelitian

MATERIAL BARU

Tahapan

Tahapan kegiatan pemanfaatan sludge (amorphous silica) secara garis besar seperti diperlihatkan pada diagram alir Gambar 3. Diagram tersebut memperlihatkan tahapan mulai dari preparasi sludge melalui proses pencucian dan aktivasi, formulasi paving block hingga pembuatan prototipe produk dengan melibatkan teknologi rekayasa.

Gambar 3. Tahapan kegiatan

HASIL DAN PEMBAHASAN

Prototip produk paving block yang dibuat termasuk kategori SBC (Spesial Blended Concreatted), merupakan pengembangan dari Geopolymer (yakni : beton tanpa semen). Pada pembuatan paving

block ini yang berperan sebagai variabel bebas adalah komposisi bahan, sedangkan indikator nilai

bobot isi, kadar air dan penyerapan air, serta kuat tekan paving block berperan sebagai variabel respon. Benda uji paving block dibuat dalam bentuk kubus berukuran (5x5x5) cm, selanjutnya dilakukan pengujian sifat fisik dan sifat mekanik sebagai indikator. Formula dan hasil uji paving

Sludge Preparasi sludge Formulasi Pembuatan Prototipe Implementasi Melibatkan Bahan

paving block terbaik mempunyai nilai bobot isi 1,59 gram/cm3, kadar air rata-rata 3,63 %, penyerapan air rata-rata 6,75 % dan kuat tekan rata-rata 136,96 Kg/cm2. Penggantian water glass (WG) dengan

porland cement (PC) yang berfungsi sebagai bahan pengikat (binder), tidak menunjukkan perbedaan

hasil uji yang signifikan. Proses pembuatan prototip paving block dibuat dengan teknik cetak tekan yang dilakukan di UPT Jampang Kulon, Sukabumi seperti diperlihatkan pada Gambar 5.

Tabel 1. Komposisi dan hasil uji sifat fisik dan mekanik benda uji paving block

Kode Benda Uji Ratio Komposisi Bahan Bobot isi rata-rata (gram/cm3₎ Kadar air rata-rata (%) Penyerapan rata-rata (%) Kuat tekan rata-rata Kg/cm2 A-1 Sludge dari separator (4) : RHC (0,5): FA (0,5) : WG (0,75) : Air (0,25) 1,59 3,63 6,75 136,96 A-2 A-3 A-4 A-5 B-1

Sludge dari pond (4) : RHC (0,5): FA (0,5) : WG (),75) : Air (0,25) 1,49 3,94 14,63 69,42 B-2 B-3 B-4 B-5 C-1

Sludge dari pond (4) : RHC (0,5): FA (0,5) : PC (0,75) : Air (0,25) 1,38 5,43 20,43 56,36 C-2 C-3 C-4 C-5

24 jam (4). Sedangkan jenis peralatan dan ukuran yang digunakan dalam pembuatan prototip paving

block seperti disajikan pada Gambar 6, memperlihatkan alat cetak tekan semi mekanis dengan ukuran paving block standar untuk produksi manual berskala kecil.

Gambar 6. Alat cetak tekan, ukuran dan bentuk prototip paving block

Tinjauan aspek teknis menunjukkan bahwa pembuatan paving block relatif mudah dan menggunakan peralatan yang sederhana. Tinjauan aspek ekonomi secara kasar di ilustrasikan untuk kapasitas produksi paving block 15 m3/hari dan/atau sekitar 700 m3/bulan, diperlukan biaya investasi sebesar Rp 734.100.000. Hasil analisis ekonomi mampu memberikan laba bersih Rp 50.304.000 / bulan, dengan aliran kas (cash flow) sebesar Rp 42.469.000 dan periode pengembalian (payback period) selama 18 bulan. Sedangkan tinjauan dari aspek lingkungan dapat mengurangi terjadinya degradasi lingkungan di sekitar lapangan panasbumi Unit I Dieng. Dengan demikian, baik ditinjau dari aspek teknis, aspek ekonomi maupun aspek lingkungan, peningkatan nilai tambah sludge yang mengandung silika amorf sebagai geomaterial ini cukup menjanjikan untuk direalisasikan.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan :

Sludge yang mengandung silica amorf dapat dibentuk prototip produk paving block dengan

komposisi (A) terbaik mempunyai nilai bobot isi 1,59 kg/cm3, kadar air 3,63 %, penyerapan 6,75 % dan kuat tekan 136,96 kg/cm2. Tinjauan sementara baik dari aspek teknis, aspek ekonomi maupun aspek lingkungan, prototip paving block tersebut di masa mendatang cukup menjanjikan untuk diusahakan dalam skala produksi.

Saran :

Hasil penelitian geomaterial ini di masa mendatang dapat dikembangkan aplikasinya seperti untuk dinding konstruksi bangunan geopolymer (beton tanpa semen), pembatas jalan dan bantalan rel kereta api.

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih sebesar-besarnya kami sampaikan kepada Bapak Kepala Pusat Penelitian Geoteknologi – LIPI beserta staf yang telah memberikan kesempatan kepada kami untuk melaksanakan penelitian ini. Tak lupa kami juga menyampaikan terima kasih kepada Kepala UPT Jampang Kulon beserta staf, para peneliti dan teknisi yang telah membantu kami dalam pelaksanaan penelitian ini dan khusus untuk seluruh panitia kami sampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya atas diterbitkannya tulisan ini.

DAFTAR PUSTAKA

Bakharev, T., (2005), Resistance of Geopolymer Materials to Acid Attack, Cement and Concrete Research 35, page658–670

Davidovits, J., (1989), Geopolymers and Geopolymeric Materials, Journal of Thermal Analysis 35, page 429–441

Davidovits, J (1991) ”Geopolymer : Inorganic New Materials”, Journal of Thermal Analysis, vol.37, page 1633-1656

Palomo, A, Macı´as, A., Blanco, M.T., Puertas, F., (1992), Physical, Chemical and Mechanical Characterization of Geopolymers, In: Proceedings of the 9th International Congress on the Chemistry of Cement, New Delhi, India 5, page 505–511

Van Bekkum, H., Flanigen, E.M., Jansen, J.C., (1991) “Introduction to Zeolite Science and Practice”, Elsevier, Amsterdam

Van Jaarsveld, J.G.S., Van Deventer, J.S.J., Lorenzen, L., (1998), Factors Affecting the Immobilisation of Metals in Geopolymerised Fly ash, Metal. and Mater. Trans. B. 29 (B),