BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 MERUBAH SAMPAH PLASTIK MENJADI BAHAN BAKAR MINYAK

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 MERUBAH SAMPAH PLASTIK MENJADI BAHAN BAKAR MINYAK

Merubah sampah plastik menjadi bahan bakar minyak termasuk daur ulang tersier dapat dilakukan dengan proses cracking (perekahan). Cracking adalah proses memecah rantai polimer menjadi senyawa dengan berat molekul yang lebih rendah.

Hasil dari proses cracking plastik ini dapat digunakan sebagai bahan kimia atau bahan bakar. Ada tiga macam proses cracking yaitu hydro cracking, thermal cracking dan catalytic cracking (Panda, 2011).

2.1.1 Hydro Cracking

Hydro cracking adalah proses cracking dengan mereaksikan plastik dengan hidrogen di dalam wadah tertutup yang dilengkapi dengan pengaduk pada temperatur antara 423 – 673 °K dan tekanan hidrogen 3 – 10 MPa. Dalam proses hydro cracking ini dibantu dengan katalis. Untuk membantu pencapuran dan reaksi biasanya digunakan bahan pelarut 1-methyl naphtalene, tetralin dan decalin. Beberapa katalis yang sudah diteliti antara lain alumina, amorphous silica alumina, zeolite dan sulphate zirconia (Surono, 2013).

2.1.2 Thermal Cracking

Thermal cracking adalah termasuk proses pirolisis, yaitu dengan cara memanaskan

bahan polimer tanpa oksigen. Proses ini biasanya dilakukan pada temperatur antara

350°C sampai 900°C. Dari proses ini akan dihasilkan arang, minyak dari kondensasi

(2)

gas seperti parafin, isoparafin, olefin, naphthene dan aromatik, serta gas yang memang tidak bisa terkondensasi (Surono, 2013).

Penelitian dengan jenis plastik yang lain dilakukan oleh Tubnonghee et al.

Pada tahun 2010. Plastik yang diteliti untuk dijadikan bahan bakar minyak adalah jenis polyethylene (PE) dan polyprophelene (PP). Pembuatan bahan bakar minyak dari plastik menggunakan proses thermo cracking (pyrolisis). Pyrolisis dilakukan pada temperatur 450°C selama 2 jam. Gas yang terbentuk selanjutnya dikondensasi- kan menjadi minyak di dalam kondenser yang bertemperatur 21°C. Minyak yang dihasilkan selanjutnya dianalisa dengan gas chromatography/mass spectrometry untuk mengetahui distribusi jumlah atom karbonnya. Dari hasil analisa tersebut diketahui bahwa komposisi minyak dari campuran plastik PE dan PP tersebut mempunyai jumlah atom karbon yang setara dengan solar, yaitu C12 – C17.

2.1.3 Catalytic Cracking

Cracking cara ini menggunakan katalis untuk melakukan reaksi perekahan. Dengan adanya katalis, dapat mengurangi temperatur dan waktu reaksi (Surono, 2013).

Agus Sapriyanto (2011) telah melakukan pengujian terhadap mesin pengubah sampah plastik menjadi BBM. Proses pengujian dilakukan pada 1 kg sampah plastik dengan suhu pemanasan 530ºC. Jenis plastik yang dimasukkan ialah semua jenis plastik. Kemudian dalam waktu 2 jam sehingga menghasilkan bahan bakar cair sebanyak 300 ml. Berdasarkan hasil pengujian didapat nilai kalor bahan bakar tersebut sampah plastik sebesar 10.519 Cal/g atau 44.040,95 J/g, setara dengan nilai kalor premium yaitu 10.285 Cal/g atau 43061,24 J/g. Di tahun yang sama, Aprian et al (2011) juga meneliti minyak yang diperoleh dari proses pirolisis pengolahan sampah plastik. Penelitian ini menggunakan dua jenis plastik sebagai variabel tetap yaitu High Density Polyethylene (HDPE) dan Low Density Polyethylene (LDPE) dan menggunakan reaktor dengan diameter 20 cm dan tinggi 40 cm. Pirolisis dilangsungkan pada temperatur 250°C-420 ºC dan waktu reaksi selama 0 - 60 menit.

Minyak yang dihasilkan pada proses pirolisis dapat dibandingkan dengan minyak

tanah dan minyak ini merupakan sumber dari bahan kimia yang berharga misalnya

(3)

alkohol, asam organik, eter, keton, alipatik dan hidrokarbon aromatik. Dan gas yang dihasilkan berupa Cox, NOx, H2 dan Alkana (Damanhuri, 2009).

2.2 PIROLISIS

Pirolisis atau devolatilisasi adalah proses fraksinasi material oleh suhu. Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230°C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal, dan volatil matters pada sampah akan pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya, Produk cair yang menguap mengandung tar dan polyaromatic hidrokarbon (Ramadhan dan Ali, 2003).

Menurut kondisi operasinya, pirolisis dapat diklasifikasikan ke dalam tiga jenis kategori yaitu slow, fast dan flashpyrolisis (Jahirul et al., 2012).

Tabel 2.1 Parameter operasi proses pirolisis Sumber: Jahirul et al, 2012

Proses pirolisis Waktu tinggal (s) Ukuran partikel (mm) Suhu (K)

Slow 450-500 5-50 550-950

Fast 0,5-10 <1 850-1250

Flash <0,5 <0,2 1050-1300

Faktor-faktor yang mempengaruhi produk dalam proses pirolisis (Elykurniati, 2009) adalah:

1. Waktu: Waktu berpengaruh pada minyak yang akan dihasilkan karena,semakin lama waktu proses pirolisis berlangsung, minyak yang dihasilkannya makin naik.

2. Suhu: Suhu sangat mempengaruhi minyak yang dihasilkan, karena semakin tinggi suhu maka semakin banyak minyak yang dihasilkan.

3. Berat Partikel: Semakin banyak bahan yang dimasukkan menyebabkan hasil

bahan bakar cair (tar) dan arang meningkat.

(4)

4. Ukuran Partikel: Ukuran partikel berpengaruh terhadap hasil. Makin besar ukuran partikel luas permukaan persatuan berat makin kecil sehingga proses karbonisasi berlangsung lambat.

Encinar J. M., et al, (2009), telah meneliti tentang jerusalem artichoke pyrolysis:Energetic evaluation. Mereka meneliti tentang pengaruh dari temperatur (400°C – 800ºC), ukuran dari partikel (0,63-2,00 mm), laju nitrogen (75-300 mL min

^-

1

), dan massa awal yang digunakan (2,5–10g). Peningkatan temperatur menyebabkan

penurunan untuk hasil padatan dan minyak sedangkan hasil gas meningkat. Penurunan

hasil minyak disebabkan karena reaksi minyak sekunder ketika temperatur semakin

meningkat. Inilah juga yang menyebabkan hasil gas meningkat disebabkan juga

karena reaksi minyak sekunder dari minyak. Dengan peningkatan temperatur

mempengaruhi juga peningkatan jumlah karbon dan ash sedangkan jumlah volatil

menurun. Ketika temperatur meningkat kandungan gas seperti H

₂

, CO, CH

₂

juga

meningkat dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai hasil maksimum ini semakin

sedikit. Pengaruh dari masa sample awal dan ukuran dari partikel adalah ketika ukuran

dari partikel meningkat hasil dari padatan dan gas sedikit menurun dan sedikit

peningkatan untuk hasil volatil. Hal ini disebabkan karena sedikit pengaruh dari

proses penghantaran panasnya yang terjadi pada setiap partikelnya. Pengaruh dari

masa awal dari proses pirolisis adalah konstan, artinya untuk parameter ini tidak

begitu berpengaruh terhadap proses pirolisis. Pengaruh dari laju nitrogen yaitu

peningkatan dari laju nitrogen menyebabkan penurunan jumlah minyak dan

peningkatan jumlah gas, sedangkan hasil padatan sedikit menurun. Hal ini disebabkan

karena pengaruh dari komponen-komponen yang dapat terkondensasi, seandainya

waktu untuk terkondensasi semakin cepat (karena laju nitrogen semakin besar) maka

hasil minyak yang diperoleh akan semakin sedikit. Nilai kalor tertinggi untuk hasil

minyak diperoleh pada temperatur 400°C dan ini akan semakin menurun bersamaan

dengan meningkatnya temperatur. Nilai kalor untuk hasil gas akan semakin meningkat

bersamaan dengan meningkatnya temperatur sedangkan nilai kalor untuk padatan

hampir konstan.

(5)

2.3 ZEOLIT

Zeolit adalah mineral dengan struktur kristal alumina silikat yang berbentuk framework (struktur tiga dimensi)dan mempunyai rongga serta saluran yang diisi oleh kation logam alkali atau alkali tanah serta molekul air. Ion logam dan molekul air dapat digantikan oleh ion atau molekul lain secara reversible tanpa merusak struktur zeolit, sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai adsorben, ion exchange dan katalis (Las, et al, 2012). Fungsi zeolit sebagai katalis disebabkan karena zeolit mempunyai pori. Semakin besar ukuran pori zeolit maka proses katalisasi akan semakin cepat.

Jenis mineral zeolit yang sering ditemukan di indonesia adalah klinoptilolit dengan rumus Na

₆

[Al

₆

Si

₃₀

O

₇₂

]24 H

₂

O dan berwarna putih. Densitas 1,9942-2,1781 g/mL, volume pori total 86,26 x 10

^-3

dengan luas permukaan 38,93 m

²

(Las, 1989).

2.4 PLASTIK

Plastik adalah salah satu jenis makromolekul yang dibentuk dengan proses polimerisasi. Polimerisasi adalah proses penggabungan beberapa molekul sederhana (monomer) melalui proses kimia menjadi molekul besar (makromolekul atau polimer).

Plastik merupakan senyawa polimer yang unsur penyusun utamanya adalah Karbon dan Hidrogen (Kumar et al., 2011).

Plastik dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu thermoplastic dan termosetting. Thermoplastic adalah bahan plastik yang jika dipanaskan sampai temperatur tertentu, akan mencair dan dapat dibentuk kembali menjadi bentuk yang diinginkan. Sedangkan thermosetting adalah plastik yang jika telah dibuat dalam bentuk padat, tidak dapat dicairkan kembali dengan cara dipanaskan.

Berdasarkan sifat kedua kelompok plastik di atas, thermoplastik adalah jenis

yang memungkinkan untuk didaur ulang. Jenis plastik yang dapat didaur ulang diberi

kode berupa nomor untuk memudahkan dalam mengidentifikasi dan penggunaannya

(lihat Gambar 2.1 dan Tabel 2.2).

(6)

Tabel 2

No.

Kode Jenis Plastik 1 PET ( Polyethylene

T erephthalate

2 HD PE (High Density P olyethylene

3 PVC (P olyvinyl Chloride)

4 LDPE ( Low D Polyethylene

5 PP (Polypropylene atau Polypropene) 6 PS (Polvstvrene)

7 Other (O) , jenis plastik lainnya selain dari no.

1 hingga 6

Gambar 2.1 Nomor kode plastik Sumber: Surono, 2013

Tabel 2 .2 Jenis plastik, kode dan penggunaannya Sumber: Surono, 2013

Jenis Plastik Penggunaan

Polyethylene erephthalate )

Botol kemasan air mineral, bot ol minyak goreng, botol sambal, botol obat, dan botol kosmetik PE (High Density

olyethylene )

Botol obat, botol susu cair, jerigen pelumas, dan botol kosmetik

olyvinyl Pipa selang air, pipa bangunan , mainan, taplak meja dari plastik, botol shampo, dan botol sambal.

Low D ensity Polyethylene )

Kantong kresek, tutup plastik,plastik pembungkus daging beku, dan berbagai macam plastik tipis lainnya.

PP (Polypropylene Polypropene)

Cup plastik, tutup botol plastik, mainan anak, dan cup margarin.

PS (Polvstvrene) Kotak CD, sendok dan garpu plastik, gelas plastik, tempat makan dari styrofoam, dan tempat makan plastik transparan.

, jenis plastik selain dari no.

Botol susu bayi, plastik kemasan, ga mineral, suku cadang mobil, alat

tangga, komputer, alat- alat elektronik, sikat gigi, dan mainan lego.

Jenis plastik, kode dan penggunaannya

ol minyak goreng, botol sambal, botol obat, dan botol kosmetik Botol obat, botol susu cair, jerigen pelumas, dan

, mainan, taplak meja dari plastik, botol shampo, dan botol

Kantong kresek, tutup plastik,plastik pembungkus daging beku, dan berbagai macam plastik tipis

Cup plastik, tutup botol plastik, mainan anak, dan

Kotak CD, sendok dan garpu plastik, gelas plastik, tempat makan dari styrofoam, dan tempat

kemasan, ga lon air mineral, suku cadang mobil, alat -alat rumah

alat elektronik, sikat gigi,

(7)

2.5 SIFAT TERMAL BAHAN PLASTIK

Pengetahuan sifat termal dari berbagai jenis plastik sangat penting dalam proses pembuatan dan daur ulang plastik. Sifat-sifat termal yang penting adalah titik lebur (Tm), temperatur transisi (Tg) dan temperatur dekomposisi. Temperatur transisi adalah temperatur dimana plastik mengalami perengganan struktur sehingga terjadi perubahan dari kondisi kaku menjadi lebih fleksibel. Di atas titik lebur, plastik mengalami pembesaran volume sehingga molekul bergerak lebih bebas yang ditandai dengan peningkatan kelenturannya. Temperatur lebur adalah temperatur di mana plastik mulai melunak dan berubah menjadi cair. Temperatur dekomposisi merupakan batasan dari proses pencairan. Jika suhu dinaikkan diatas temperatur lebur, plastik akan mudah mengalir dan struktur akan mengalami dekomposisi. Dekomposisi terjadi karena energi thermal melampaui energi yang mengikat rantai molekul. Secara umum polimer akan mengalami dekomposisi pada suhu di atas 1,5 kali dari temperatur transisinya (Budiyantoro, 2010).

Data sifat termal yang penting pada proses daur ulang plastik bisa dilihat pada tabel berikut:

Tabel 2.3 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik Sumber: Surono, 2013

Jenis Tm Tg Temperatur

Bahan (°C) (°C) kerja maks. (°C)

PP 168 5 80

HDPE 134 -110 82

LDPE 330 -115 260

PA 260 50 100

PET 250 70 100

ABS 110 85

PS 90 70

PMMA 100 85

PC 150 246

PVC 90 71

(8)

2.6 HUKUM G AY

Gay Lussac mengamati per

mempertahankan vo lume gas agar tetap. Gay

“ Pada volume tetap, tekanan gas berbanding lurus dengan Pernyataan di atas dapat ditulis

ditulis sebagai

′

dengan ‘C adalah konstanta. Persam

dimana:

= Tekanan ( /

= Tekanan awal (

= Tekanan akhir (

= Suhu (°C)

= Suhu awal (°

= Suhu akhir (°

Gambar AY LUSSAC

Lussac mengamati per ubahan tekanan gas jika suhunya diubah lume gas agar tetap. Gay Lussac mendapatkan

Pada volume tetap, tekanan gas berbanding lurus dengan temperaturnya Pernyataan di atas dapat ditulis P ∝ T, dengan T adalah suhu. Hubungan

atau

adalah konstanta. Persamaan diatas dikenal dengan hukum Gay

/ ) Tekanan awal ( / ) Tekanan akhir ( / )

Suhu awal (° C) Suhu akhir (° C)

Gambar 2.2 Skema percobaan Gay Lussac Sumber: Abdullah, 2016

diubah -ubah dengan mendapatkan kesimpulan bahwa.

temperaturnya ”.

adalah suhu. Hubungan ini dapat

(2.1)

aan diatas dikenal dengan hukum Gay Lussac.

(9)

Gambar 2.3 Hubungan antara suhu dan

2.7 KALOR

Kalor adalah salah satu bentuk energi

kebenda bersuhu lebih rendah. Karena kalorsangat identik dengan panas, dalamkehidupan sehari

Satuan kalorsetara dengan satuan energi, yaitu

ditetapkan oleh James Presscott Joule setelah ia melakukan alat yang kini disebut kalori

dinyatakan dalamsatuan lain yang disebut 0,24 kalori.

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan suatu benda (zat) bergantung pada 3 faktor 1. Massa zat

2. J enis zat (kalor jenis) 3. P erubahan suhu

Temperatur atau s uhu merupakan suatuistilah un dinginnya suatu benda, dengan alat pengukur

Sedangkan kalor atau panas merupakan salah pindahkan karena perbedaan suhu. Bila suatu benda panas maka benda akan mengalami beberapa hal, perubahan panjang, dan

Rum us kalor yang diterima oleh zat

Hubungan antara suhu dan tekanan gas pada volum Sumber: Abdullah, 2016

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi kebenda bersuhu lebih rendah. Karena kalorsangat identik dengan panas, dalamkehidupan sehari - hari kalor sering digunakanuntuk mengganti kata panas.

Satuan kalorsetara dengan satuan energi, yaitu Joule yang dinotasik James Presscott Joule setelah ia melakukan penelitian disebut kalori meter. Selain dinyatakan dalam joule dinyatakan dalamsatuan lain yang disebut kalori, dengan nilai perbanding

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan (zat) bergantung pada 3 faktor :

enis zat (kalor jenis) erubahan suhu

uhu merupakan suatuistilah untuk menyatakan derajat panas dinginnya suatu benda, dengan alat pengukur yang di gunakan adalah

Sedangkan kalor atau panas merupakan salah satu bentuk energi yang dapat di karena perbedaan suhu. Bila suatu benda dikenai atau diberi k

benda akan mengalami beberapa hal, diantaranya:

dan perubahan wujud (Putra, dkk., 2015).

us kalor yang diterima oleh zat :

tekanan gas pada volum e konsntan

yang berpindah dari benda bersuhu tinggi kebenda bersuhu lebih rendah. Karena kalorsangat identik dengan panas, hari kalor sering digunakanuntuk mengganti kata panas.

dinotasik an J. Satuan ini penelitian menggunakan joule , kalor juga dapat perbanding an 1 Joule =