1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi masyarakat di Indonesia terus mengalami peningkatan dan sebagian besar konsumsi energi ini diperoleh dari energi fossil yang tidak dapat diperbaharui. Pada tahun 2010 konsumsi energi primer Indonesia tercatat mengalami peningkatan, dari 940,04 juta SBM (Setara Barel Minyak) pada tahun 2000 menjadi 1440,22 juta SBM pada tahun 2010 atau meningkat 5,3 % per tahun (Pusdatin ESDM, 2011). Peningkatan konsumsi energi ini masih kurang diikuti oleh PDB (Produk Domestik Bruto) Nasional. Hal ini dapat dilihat dari nilai intensitas energi Indonesia yang masih cukup tinggi, yakni 0.24 KTOE/USD pada tahun 2009 dan elastisitas energi Indonesia yang masih di atas 1 (satu) pada tahun 2009-2010 (BPPT,2012). Pemerintah melalui Kementrian Negara Riset dan Teknologi (KNKT) memperkirakan bahwa kebutuhan energi nasional akan meningkat dari 122 GWth (674 juta SBM) pada tahun 2002 menjadi 304 GWth (1680 juta SBM) pada tahun 2020, meningkat sekitar 2,5 kali lipat atau naik dengan laju pertumbuhan rerata tahunan sebesar 5,2%. (KNRT,2005). Apabila kebutuhan energi terus meningkat sedangkan suplai energi tidak mencukupi maka akan timbul permasalahan kelangkaan energi. Saat ini bahkan sudah sering muncul pemberitaan mengenai terjadinya kelangkaan bahan bakar minyak diesel di berbagai kota di Indonesia.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut diperlukan adanya tindakan untuk melakukan efisiensi penggunaan energi Nasional sehingga dengan konsumsi energi yang lebih rendah dapat menghasilkan nilai PDB yang tetap tinggi. Pemanfaataan sumber energi baru dan terbarukan diperlukan untuk mengurangi tingginya konsumsi masyatakat dari sektor energi fossil yang jumlahnya terus berkurang. Penggunaan energi terbarukan belum besar, kecuali tenaga air, karena biaya produksinya belum kompetitif dibandingkan dengan energi konvensional.
2 Dalam buku putih KNRT RI 2005 dibuat suatu perencanaan dalam pengembangan minyak pirolisis sebagai salah satu sumber energi baru dan terbarukan. Pada tahun 2011 hingga 2015 (jangka menengah) direncanakan Indonesia dapat memanfaatkan minyak pirolisis sebagai bahan bakar alternatif campuran dengan minyak diesel untuk penggunaan pada mesin diesel stasioner dan kemudian pada tahun 2016 hinga 2025 pemerintah menargetkan untuk dapat memanfaatkan campuran minyak pirolisis dan diesel pada alat transportasi. (buku putih). Untuk mendukung perencanaan pemerintah tersebut perlu dilakukan penelitian mengenai kualitas minyak pirolisis secara seksama agar potensinya dapat diketahuin secara ilmiah.
Plastik merupakan salah satu bahan yang dapat diproses melalui pirolisi. Plastik pada dasarnya adalah salah satu produk turunan minyak bumi yang memiliki potensi nilai kalori yang tinggi, nilai kalori plastik mencapai 46 MJ/kg untuk plastik jenis plastik PE dan PS. (Boustead, 1997). Pirolisis plastik merupakan teknik daur ulang limbah tersier yang mampu mengkonversi limbah plastik menjadi bahan bakar, monomer, atau bahan berharga lainnya melalui proses degradasi termal dan katalitik dengan sedikit atau tanpa melibatkan oksigen (J. Scheirs dan W. Kaminsky,2006). Proses daur ulang limbah plastik melibatkan proses mengumpulan, pemisahan dan pemrosesan yang bertujuan untuk mengembalikannya kembali ke masyarakat dalam bentuk produk yang sama ataupun produk yang baru, baik dari jenis atau fungsinya. (Lardinois dan Van de Klundert, 1995).
Teknik pengolahan limbah plastik meliputi mechanical recycling (collecting, sorting, cleaning, drying, shredding, reclamation, pelleting dan lain-lain), feedstock or chemical recycling (thermal cracking, pyrolysis, gasification, liquefaction dan lain-lain) dan energy recovery (converting waste plastic to oil dan incineration). (J.Scheirs dan Kaminsky). Pengembangkan metode yang efisien dan hemat biaya dalam proses daur ulang limbah plastik akan memberikan banyak keuntungan. Untuk limbah plastik homogen proses daur ulang secara mekanis (atau fisik) merupakan metode yang lebih menguntungkan dari sisi ekonomi sedangkan untuk limbah plastik heterogen proses daur ulang kimiawi atau termal dapat lebih efisien diterapkan untuk pemulihan bahan
3 kimia dasar dan energi (GAIKER-IVL dan KTH, 2005). Beberapa parameter yang mempengaruhi proses pirolisis diantaranya komposisi kimia dari bahan baku, temperatur pirolisis, laju pemanasan, residence time, tekanan operasi reaktor dan penggunaan katalis. katalitik (J. Scheirs and W. Kaminsky,2006).
Tabel 1.1 Jumlah timbunan limbah berdasarkan jenisnya tahun 2008 (KNLH, 2008)
Jenis Sampah Jumlah (juta
ton/tahun) Persentase Kitchen waste Plastics waste Paper waste others wood waste glass waste rubber waste Sampah kain Sampah metal Sampah pasir 22,4 5.4 3,6 2,2 1,4 0,7 0,7 0,7 0.7 0,7 58% 14% 9% 5% 4% 2% 2% 2% 2% 2% Total 38,5 100%
Plastik merupakan bahan baru yang pengembangan dan pemakaiannya secara luas mulai digunakan pada abad ke 19. Alexander Parkes memperkenalkan istilah plastik pertama kali di London, Inggris pada tahun 1892. Jenis Plastik pertama kali yang
4 ditemukan saat itu adalah parkesine. Pada saat ini sudah banyak sekali jenis plastik yang ditemukan untuk berbagai aplikasi di masyarakat, diantaranya adalah HDPE (High Density Polyethylene), LDPE (Low Density PolyEthylene) ,PP (PolyProphylene) ,PS (PolyStyrene), PET (PolyEthylene Terepthalate) dan PVC (PolyVinyl Chloride).
Pertumbuhan pemakaian plastik sangat tinggi dari sejak ditemukan pertama kali hingga saat ini, hal ini ditunjukkan dengan meningkatnya pertumbuhan konsumsi plastik masyarakat dunia dalam 50 tahun terakhir. Tercatat pada tahun 1950 jumlah konsumsi plastik masyarakat dunia sebesar 5 juta ton dan pada tahun 2010 jumlahnya meningkat dua puluh kali lipat menjadi sebesar 100 juta ton (UNEP,2009). Di Indonesia, konsumsi produk plastik per kapita masih sekitar 10 kg/kapita/tahun (Inaplas, 2012).
Potensi peningkatan permintaan plastik di Indonesia masih cukup besar dengan kebutuhan produk plastik nasional sekitar 4,6 juta ton per tahun dan pertumbuhan rata-rata 5% per tahun. Porsi terbesar (40%) dari kebutuhan plastik Indonesia adalah untuk plastik kemasan. Permintaan plastik kemasan terutama didorong oleh pertumbuhan industri makanan minuman (60%) dan Fast Moving Consumer Good (FMCG) lainnya. Persentase limbah plastik di Indonesia juga cukup besar, berkisar 14% dari total limbah padat yang dihasilkan. Tabel 1.1 menunjukkan data persentase limbah padat berdasarkan jenisnya. Tabel 1.2 menunjukkan Produksi plastik di Indoesia yang memiliki kecederungan yang terus meningkat dari tahun 1996 hingga 1999. Peningkatan pemakaian produk plastik yang cukup besar ini dikarenakan plastik dinilai mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan bahan lain, yaitu lebih ringan, cukup kuat, praktis, tahan lama, dan tahan air sehingga menjadikannya banyak dipilih konsumen.
Konsumsi plastik masyarakat sebanding dengan meningkatnya jumlah limbah plastik yang dihasilkan. Limbah plastik ini dapat mengendap dalam jangka waktu yang sangat lama di dalam tanah karena sifatnya yang sulit untuk diuraikan. Butuh waktu yang sangat lama agar plastik bisa terdegradasi secara sempurna, berikut adalah data
5 perbandingan waktu dekomposisi plastik yang diambil dari U.S National Park Service; Mote Marine Lab.
Tabel 1.2 Produksi plastik di Indonesia antara 1996-1999 (Pusat Pengkajian dan penerapan teknologi Lingkungan (P3Tl)-BPPT dan ICS 2002).
Komoditi Unit Tahun
1996 1997 1998 1999
Pipa PVC Ton 170,000 204,000 126,800 118,200 Kantong plastik Sheet 245,200 269,680 1,239,000 1,740,250
Dispossable
Syringe Unit 86,800 91,100 88,259 114,920
Karung plastik Sheet 1,626,406 2,310,301 2,200,716 2,475,116
OPP Film Ton 58,386 64,874 5,172 9,025
Cassette Tape Box 293,520 251,216 148,240 148,239
Video Tape Box 6,017 6,861 4,250 4,251
Plastik Industri Ton 40 19 49 92
Safety Hat Unit 3,520 3,552 1,478 1,879
V-Belt Unit 6,992,148 7,691,362 3,851,062 4,500,000 Imitasi kulit Ton 19,100 25,541 17,878 18,971
Tabel 1.3 Data perbandingan waktu dekomposisi plastik (U.S National Park Service; Mote Marine Lab.2010)
Material Time
Plastic Beverage Bottles 450 years
Foamed Plastic Buoy 80 years
Foamed Plastic Cups 50 years
Plastic Film Container 20-30 years
6 Proses penguraian yang lama menyebabkan limbah plastik bisa terkubur hingga puluhan bahkan ratusan tahun dalam tanah oleh karena itu perlu adanya tindakan untuk melakukan proses pengolahan limbah plastik dengan pemanfaatan kembali (reuse), mengurangi jumlahnya (reduce) dan daur ulang limbah menjadi produk yang memiliki nilai yang cukup tinggi (recycle) agar lingkungan dapat terjaga kelestariannya tanpa bahan pencemar.
Limbah plastik biasanya ditimbun begitu saja di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA), hal ini dapat beresiko mencemari tanah, selain itu limbah plastik juga sering diproses dalam insinerator, hal ini bertujuan untuk mengurangi jumlah limbah plastik dengan cepat dan sebagai bahan baku pembangkit tenaga, namun cara ini juga beresiko terhadap kesehatan (menghailkan zat beracun seperti dioksin dan furan), mencemari lingkungan dan meningkatkan resiko terjadinya efek rumah kaca karena menghasilkan zat polutan seperti NOx, SOx, COx, dan CO.
Selain dampak negatif limbah plastik yang bisa mengakibatkan masalah lingkungan, limbah plastik juga memiliki kelebihan yakni dapat dikembangkan menjadi bahan bakar alternatif karena pada dasarnya limbah plastik merupakan polimer berbahan dasar minyak bumi. Bahan bakar dari diproduksi dari proses pengolahan limbah plastik ini diharapkan menjadi salah satu solusi untuk meningkatkan ketahanan energi nasional terutama dengan menigkatkan diversifikasi energi. Kelangkaan bahan bakaar solar yang terjadi diawal tahun 2013 menandakan bahwa ketersediaan bahan bakar ini semakin berkurang dan penggunaanya perlu dihemat sebaik mungkin.
Proses daur ulang limbah plastik melibatkan proses mengumpulan, pemisahan dan pemrosesan yang bertujuan untuk mengembalikannya ke masyarakat hingga dapat digunakan kembali sebagai produk yang sama atau produk baru, baik jenis maupun fungsinya. (Lardinois dan Van de Klundert, 1995). Teknik pengolahan limbah plastik bisa dilakukan dengan mechanical recycling (collecting, sorting, cleaning, drying, shredding, reclamation, pelleting dan lain-lain), feedstock or chemical recycling (thermal cracking, pyrolysis, gasification, liquefaction dan lain-lain) dan energy
7 recovery (converting waste plastic to oil dan incineration). Pengembangkan metode yang efisien dan hemat biaya dalam proses daur ulang limbah plastik akan memberikan banyak keuntungan. Untuk limbah plastik homogen proses daur ulang secara mekanis (atau fisik) merupakan metode yang lebih menguntungkan dari sisi ekonomi sedangkan untuk limbah plastik heterogen proses daur ulang kimiawi atau termal dapat lebih efisien diterapkan untuk pemulihan bahan kimia dasar dan energi (GAIKER-IVL dan KTH, 2005).
Pirolisis merupakan teknik daur ulang limbah tersier atau teknik yang mampu mengkonversi limbah plastik menjadi bahan bakar, monomer, atau bahan berharga lainnya melalu proses degradasi termal dan katalitik (J. Scheirs and W. Kaminsky,2006). Metode ini dapat diterapkan untuk mengubah baik termoplastik dan termoset menjadi bahan bakar dan bahan kimia berkualitas tinggi. Selain itu proses ini memungkinkan menggunakan campuran plastik dan limbah plastik tanpa perlu dicuci atau dipilah terlebih dahulu sehingga lebih sederhana dan murah. Pirolisis dinilai sebagai salah satu metode terbaik karena selain dapat mengurangi sampah yang tidak dapat diuraikan (non-degradable waste), pirolisis juga dapat menghasilkan produk hidrokarbon yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi .
Dalam proses pirolisis sering melibatkan katalisator yang berfungsi untuk menurunkan energi aktivasi perengkahan dan juga menyeleksi distribusi senyawa produk hidrokarbon yang dihasilkan. Ada beberapa jenis katalis yang bisaa digunakan dalam proses pirolisis seperti katalis sintetis (Zeolite ZSM, Y zeolite, X Zeolite dan FCC) dan katalis alam (zeolite alam dan dolomite alam). Katalis sintesis cenderung mahal harganya sehingga tidak ekonomis. Katalis alam seperti zeolite dan dolomite lebih mudah didapat dan harganya relatif lebih murah. Di Indonesia sendiri banyak tersedia katalis alam, terutama di daerah Klaten, Malang, Wonosari dan Sukabumi.
Beberapa faktor yang mempengaruhi kuantitas dan kualitas produk pirolisis diantaranya model reaktor yang digunakan, temperatur, tekanan reaktor, residene time, komposisi plastik dan tipe katalis yang digunakan. Dalam penelitian ini akan dilakukan
8 pengujian pirolisis plastik menggunakan sistem reaktor tipe batch dan sebuah kondenser yang diintegrasikan dengan tanki penyimpanan minyak (oil tank).
Perbandingan karakteristik produk pirolisis serta potensi aplikasinya pada mesin diesel baru mulai dikembangkan. Secara umum (Behera dkk, 2013; Mani dkk, 2010; Gunthur dkk, 2011; Kumar dkk, 2012; Pratoomyod dkk, 2013) hasil penelitian menyebutkan bahwa minyak pirolisis plastik apabila dibandingkan dengan minyak diesel memiliki nilai cetane number yang mendekati minyak diesel (40-45), memiliki nilai kalor yang lebih rendah (berkisar 44-46MJ/kg), viskositas kinematis yang lebih tinggi, flash point dan fire point yang lebih rendah dan tersusun oleh senyawa kimia yang memiliki distribusi titik didih (boiling point distribution) yang lebih lebar rentangnya. Hasil pengujian minyak pirolisis plastik pada mesin diesel menunjukkan bahwa terjadinya peningkatan konsumsi bahan bakar dibandingkan konsumsi minyak diesel untuk kondisi operasi pembebanan yang sama, hal ini bisa disebabkan oleh nilai kalori yang lebih rendah dibandingkan minyak diesel. Efisiensi mekanis, BMEP (Breake Mean Effective Pressure dan BTE (Break Thermal Efficiency) lebih tinggi menggunakan campuran minyak pirolisis plastik dan minyak diesel dibandingkan dengan minyak diesel murni. Nilai torsi dan daya yang diperoleh pada berbagai variasi rpm (rotation per minute) menunjukkan bahwa penggunaan campuran minyak pirolisis dan diesel mengakibatkan penurunan pada torsi dan daya yang dihasilkan, namun penurunan nilainya tidak terlampau besar. Pada penelitian saat ini akan dilakukan pengujian menggunakan empat sampel minyak pirolisis yang dihasilkan dari empat bahan baku plastik yang berbeda. Proses pirolisis dilakukan menggunakan dua reaktor, yakni reaktor bahan baku (feedstock reactor) dan reaktor katalis (catalytic reactor). Katalis yang digunakan adalah zeolit alam yang diperoleh dari Klaten, Yogyakarta. Masing-masing sampel akan diteliti perbandingan nilai karakteristik bahan bakar, boiling point distribution, nilai kalor, kandungan senyawa kimia dan unjuk kerjanya pada mesin diesel dengan perbandingan campuran minyak pirolisis dan minyak diesel 1:9.
9 1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh komposisi plastik terhadap kuantitas (solid, cair dan gas) dan kualitas produk cair (meliputi specific gravity, Cetane index, reid vapor pressure, flash point, pour point, caloric value boil point distribution dan carbon number distribution serta impurities yang terkandung di dalam produk minyak nya?
2. Bagaimana unjuk kerja motor diesel menggunakan bahan bakar campuran minyak pirolisis dan biosolar.
3. Bagaimana unjuk kerja kompor minyak bertekanan menggunakan bahan bakar campuran minyak pirolisis dan minyak tanah.
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini akan dibatasi pada
1. Reaktor yang digunakan merupakan reaktor tipe batch yang dilapisi oleh isolator berupa semen tahan panas, glaswool dan alumunium foil sehingga kalor yang berada dalam reaktor sulit untuk keluar.
2. Takanan awal reaktor sebesar 1 atm dan aliran nitrogen pada reaktor sebesar 0,8l/menit.
3. Pada penelitian ini, Pengaruh dari zeolit alam tidak diteliti secara spesifik. 4. Analisis difokuskan pada produk cair atau minyak pirolisis saja.
5. Catalyst Feedstock Ratio (CFR) = 0.2. Pengaruh katalis tipe zeiolit alam tidak dibahas secara spesifik pada penelitian ini.
6. Bahan baku plastik yang digunakan menggunakan komposisi plastik campuran PE, PS dan PP serta penambahan PET dan others. Dimana massa bahan baku total disesuaikan dengan volume reaktonya.
10 7. Penelitian ini secara khusus membahas hanya perbandingan unjuk kerja dari penggunaan biosolar murni dan penggunaan campuran minyak pirolisis plastik dan biosolar dengan perbandingan volume 1:9, parameter yang dibahas diantaranya torsi, daya, BMEP, SFC, BTE dan beberapa parameter pendukung yang lain seperti AFR, efisiensi mekanis, daya indikasi dan rugi-rugi mekanis dan termal.
8. Penelitian ini akan secara khusus membahas hanya perbandingan unuk kerja dari penggunaan kerosene murni dan pengunaan campuran minyak pirolisis dan kerosene dengan perbandingan volume 1:3, parameter yang dibahas diantaranya, daya, efisiensi termal, waktu didih air, SFC dan laju penguapan.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui bagaimana pengaruh komposisi plastik terhadap kuantitas (solid, cair dan gas) dan kualitas produk cair (meliputi specific gravity, Cetane index, reid vapor pressure, flash point, pour point, caloric value boil point distribution dan carbon number distribution serta impurities yang terkandung di dalam produk minyak nya?
2. Mengetahui berapa besar laju produksi minyak yang dihasilkan dari proses pirolisis plastik tunggal dan campuran menggunakan zeolit alam .
3. Mempelajari bagaimana unjuk kerja mesin diesel 4 tak menggunakan bahan bakar campuran minyak pirolisis dan diesel?
4. Mempelajari unjuk kerja kompor minyak bertekanan menggunakan bahan bakar campuran minyak pirolisis dan minyak tanah.
11 1.5 Manfaat Penelitian
1. Mengetahui laju produksi proses pirolisis dan pengaruh komposisi plastik terhadap kuantitass dan kualitas proses pirolisis menggunakan zeolit alam sebagai katalis.
2. Memberikan gambaran mengenai potensi pengaplikasian produk pirolisis di masyarakat.
3. Memberi sumbangan bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya pada bidang aplikasi sumber energi terbarukan sebagai bahan bakar.
