PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH
KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP
YIELD
DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR
DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA
SKRIPSI
Oleh
RIO NAZIF
110405099
PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH
KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP
YIELD
DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR
DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA
SKRIPSI
Oleh
RIO NAZIF
110405099
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR
CAIR DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sebelumnya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Januari 2016
Rio Nazif
ii
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR
DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diajukan pada sidang ujian skripsi pada Januari 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui, Medan, Januari 2016 Dosen Pembimbing
Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc NIP. 19730408 199802 2 002
Dosen Penguji I Dosen Penguji II
Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi, MS Dr. Ir. Taslim, Msi
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi
dengan judul “Pengaruh Suhu Pirolisis dan Jumlah Katalis Karbon Aktif terhadap
Yield dan Kualitas Bahan Bakar Cair dari Limbah Plastik Jenis Polipropilena”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan plastik bekas kemasan gelas yang dapat diolah lebih lanjut sehingga didapat bahan bakar cair yang memiliki potensi untuk dijadikan sebagai salah satu bahan bakar alternatif untuk memenuhi akan kebutuhan energi.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr, Halimatuddahliana, ST. MSc selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini.
2. Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi, MS selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan
saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
5. Dr. Ir. Taslim, MSi selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan kritik dan
iv
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Januari 2016 Penulis
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini
kepada keluarga besar penulis atas
dukungan dan kasih sayang mereka,
terutama kepada orang tua,
Alm Yulizar dan Sulastri, Spd
serta abang dan adikku
Rizqan Jamal, S.Farm,
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Rio Nazif NIM : 110405099
Tempat/Tgl. Lahir : Bukittinggi, 10 Juli 1993 Nama orang tua : Alm Yulizar
Sulastri, Spd Alamat orang tua :
Bonjo, Panampuang, Kec Ampek Angkek, Kab Agam , SUMBAR
Asal Sekolah
SD Negeri 25 Bonjo, tahun 1999-2005
SMP Negeri 1 Canduang, tahun 2005-2008
SMA Negeri 1 Ampek Angkek, tahun 2008-2011 Pengalaman Organisasi/Kerja :
1. Asisten Laboratorium Ilmu Teknik Kimia II tahun 2014-2015 modul : Reaktor Fasa Cair, Biodeisel, Esterifikasi, Pulping dan Resin Urea Formaldehid.
2. Ketua Bidang Hubungan Instansi dan Alumni Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia Periode 2014-2015.
3. Ketua Bidang Hubungan Instansi dan Alumni Covalen Study Group Teknik Kimia Periode 2013-2014.
4. Anggota Bidang Riset dan Teknologi Pemerintahan Mahasiswa Teknik Periode 2012 – 2013.
5. Anggota Ikatan Mahasiswa imam bonjol (IMIB)
ABSTRAK
Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi. Kebutuhan plastik nasional saat ini cukup besar dan meningkat sejalan dengan pertumbuhan penduduk. Konsumsi plastik per kapita di Indonesia, sekitar 10 kg / kapita / tahun. Salah satu cara untuk memanfaatkan limbah plastik tersebut adalah dengan memanfaatkannya menjadi bahan bakar cair dengan proses pirolisis. Hal ini dapat dilakukan karena plastik merupakan bahan yang tersusun atas monomer-monomer yang membentuk polimer. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengamati pengaruh variabel proses (suhu proses dan jumlah katalis karbon aktif) terhadap yield dan kualitas bahan bakar cair yang dihasilkan dari plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena meliputi densitas/ specific gravity/ API gravity, viskositas kinematis, heating value, karakteristik Fourier Transform Infra - Red (FTIR), dan karakteristik Gas Chromatography - Mass Spektrofotometer (GC-MS). Proses pirolisis dilakukan menggunakan reaktor semi batch stainless steel unstirred. Sampel yang digunakan sebanyak 500 gram plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena (PP). Kemudian ditambahkan katalis, dengan rasio Karbon aktif : Polipropilena (b : b) yaitu 1 : 10 ; 1,5 : 10 ; 2 : 10 ; 2,5 : 10 ; dan 3 : 10. Variabel suhu yang digunakan adalah 200, 250, 300 dan 350 °C dan dipertahankan selama 2 jam. Langkah terakhir adalah kondensasi, kemudian produk liquid dianalisis densitas, viskositas, specific gravity, API gravity, analisisis FTIR dan analisis chromatography– mass spectrometry (GC-MS). Dari analisis GC-MS, produk liquid hasil pirolisis banyak mengandung hidrokarbon fraksi diesel yaitu C8 sampai C21. Suhu pirolisis
dimana menghasilkan senyawa hidrokarbon mendekati mutu diesel yang terbaik adalah pada 300 °C dengan rasio Karbon Aktif : PP yaitu 10: 2, serta analisis terhadap produk bahan bakar cair yang dihasilkan, menyatakan bahan bakar cair mendekati mutu diesel, dimana memenuhi standar dari diesel komersial.
Kata Kunci : pirolisis, karbon aktif, polipropilena, bahan bakar cair
viii plastic waste is making it to the liquid fuel by pyrolisis process. It is possible to do because the plastic is consist of monomers which will form the polymer. The purpose of this study is to observe the effect of process variable (process temperature and active carbon catalyst) for yield and the quality of liquid fuel from glass shaped plastic waste, this type of polipropilene is consist of density, specific gravity/ API gravity, kinematic viscosity, heating value, Fourier Transform Infra-Red (FTIR) characteristic, Gas Chromatography - Mass Spektrofotometer (GC-MS) characteristic, the pyrolisis process is using semi batch stainless steel unstirred reactor. The sample is used 500 gram of glass shaped plastic waste propilene type (PP). Then catalyst is added by ratio actve carbon : propilene (b:b) those are 1 :10; 1,5 : 10 ; 2 : 10 ; 2,5 : 10 ; dan 3 : 10. The temperature variables are 200, 250, 300 dan 350 °C and it’s maintained in 2 hours. The last step is condensation, then the liquid product is analysed the density, viscosity, specific gravity, API gravity, FTIR analysis and chromatography–mass spectrometry (GC-MS) analysis. From GC-MS analysis, the liquid product of pyrolisis most contains diesel fraction hydrocarbon that is C8 till C21. The pyrolisis temperature which produce the hydrocarbon near the
best quality diesel is at 300 °C with ratio active carbon : PP is 10:2, and the analysis to the liquid fuel product claims that the liquid fuel is near to the best quality diesel, which fullfills the standard from commercial diesel.
Key word : pirolysis, active carbon, polipropilena, liquid fuel
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
x
2.4.1 Temperatur 20
2.4.2 Jumlah Katalis 21
2.4.3 Waktu 21
2.4.4 Komposisi Plastik 22 2.5 Standarisasi Diesel 23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 24
3.1 Lokasi Penelitian 24
3.2 Bahan Dan Peralatan 24
3.2.1 Bahan 24
3.3.2 Peralatan 24
3.3 Prosedur Penelitian 25
3.3.1 Penyediaan Bahan Baku Utama 25 3.3.2 Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG 25 3.3.3 Penentuan Yield Proses Pirolisis 28 3.3.4 Pengujian Kualitas Bahan Bakar Pirolisis 28 3.3.4.1 Uji Densitas/ Specific Gravity/ API Gravity 28 3.3.4.2 Uji Viskositas Kinematik 29 3.3.4.3 Karakterisasi Fourier Transform Infra-Red (FTIR) 30 3.3.4.4 Karakterisasi Gas Chromatography Mass
Spectroscopy (GCMS) 30
3.3.4.5 Analisis Heating Value 30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31
4.1 Analisis Bahan Baku Plastik Bekas Kemasan Gelas
PBKG Jenis Polipropolena (PP) 31 4.2 Pengaruh Suhu dan Jumlah Katalis terhadap Perolehan Yield 32 4.3 Analisis Produk Bahan Bakar Cair 35 4.3.1 Analisis Densitas / Specific Gravity / API Gravity 35 4.3.2 Analisis Viskositas Kinematik 38 4.3.3 Analisis Gas Chromatography Mass Spectroscopy (GCMS) 39 4.3.4 Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair 42 4.3.5 Analisis Heating Value 44
BAB IV DAFTAR PUSTAKA 46
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 49
LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 51
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 56
LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 58 LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKAR CAIR YANG
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Rumus Struktur Polipropilena 10 Gambar 2.2 Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) jenis PP 11 Gambar 2.3 Struktur Permukaan Karbon Aktif 12 Gambar 2.4 Mekanisme Catalytic Cracking Hidrokarbon 19 Gambar 2.5 Yield Cairan, Padatan, dan Gas dari Cracking dengan
Katalis FCC 22
Gambar 3.1 Flowchart Penyediaan Bahan Baku Pirolisis 25 Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Pirolisis PBKG 26 Gambar 3.3 Flowchart Prosedur dalam Proses Pirolisis Polipropilena
dari PBKG 27
Gambar 4.1 Karakterisasi FTIR Plastik Bekas Kemasan Gelas Jenis
Polipropilena dan Polipropilena Murni 31
Gambar 4.2 Struktur Polipropilena 32 Gambar 4.3 Pengaruh Suhu dan Jumlah Katalis Karbon Aktif terhadap
Perolehan Yield 33
Gambar 4.4 Pengaruh Penggunaan Katalis terhadap Distribusi Fraksi Bahan Bakar (Diesel Range : C8– C21 ; High Molecular
Weight : >C22) 41
Gambar 4.5 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar
Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 350 °C Tanpa Katalis 42 Gambar 4.6 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar
Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 300 °C dengan Rasio PP:Karbon Aktif ; 10:2 43 Gambar L1.1 Hasil Analisis PBKG Jenis Polipropilena Menggunakan FTIR 49 Gambar L4.1 Bahan Baku BPKG jenis Polipropilena 58
Gambar L4.2 Proses Pirolisis 58
Gambar L4.3 Hasil Pirolisis 59
Bahan Bakar Cair dalam Botol 60 Gambar L4.6 Analisis Densitas 61 Gambar L4.7 Analisis Densitas 61 Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Bahan Bakar Cair
Hasil Pirolisis Tanpa Katalis pada Suhu 350 ºC 62 Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Bahan Bakar Cair
Hasil Pirolisis dengan Katalis PP:Karbon Aktif; 10:2
pada Suhu 350 ºC 63
Gambar L5.3 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 350 °C
Tanpa Katalis 63
Gambar L5.4 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan dengan Rasio
PP:Karbon Aktif ; 10:2 64 Gambar L5.5 Hasil Analisis Heating Value Produk Bahan Bakar
Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 300 °C dengan
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Konsumsi Plastik Per kapita Beberapa Negara Terpilih di Dunia 7 Tabel 2.2 Pemilihan Plastik 8 Tabel 2.3 Jenis-jenis Limbah Plastik dan Daur Ulang 8 Tabel 2.4 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik 10 Tabel 2.5 Perbandingan Sifat PP 11 Tabel 2.6 Produk Cair yang Sesuai dengan Fraksi Refinery 20 Tabel 2.7 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial 23 Tabel 4.1 Hasil Analisis Densitas Bahan Bakar cair 35 Tabel 4.2 Hasil Analisis Specific Gravity dan API Gravity
Bahan Bakar Cair 37 Tabel 4.3 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Bahan Bakar Cair 38 Tabel 4.4 Komposisi GC-MS Bahan Bakar Cair Hasil Pirolisis 40 Tabel 4.5 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan 42
dari Suhu Pirolisis 350 °C Tanpa Katalis
Tabel 4.6 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan 43 dari Suhu Pirolisis 300 °C dengan Rasio PP:Karbon Aktif ; 10:2 Tabel L1.1 Komposisi Gugus Fungsi Senyawa Polipropilena (PP) 49 Tabel L2.1 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP 51 Tabel L2.2 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP dengan Katalis
DAFTAR SINGKATAN
API ASTM BBM FTIR GC-MS
American Petroleum Institute American Standard Testing Method Bahan Bakar Minyak
Fourier Transform Infra-Red
Gas Chromatography- Mass Spektrofotometer PBKG
PE PP PS PVC
Plastik Bekas Kemasan Gelas Polietilena
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
ρ Densitas gr/ml
t Waktu s
sg v
Specific gravity
