PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH
KATALIS SILIKA GEL TERHADAP
YIELD
DAN
KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR DARI LIMBAH
PLASTIK JENIS POLIPROPILENA
SKRIPSI
Oleh
ERLANGGA WICAKSANA
110405102
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH
KATALIS SILIKA GEL TERHADAP
YIELD
DAN
KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR DARI LIMBAH
PLASTIK JENIS POLIPROPILENA
SKRIPSI
Oleh
ERLANGGA WICAKSANA
110405102
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS SILIKA GEL 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
Erlangga Wicaksana
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS SILIKA GEL 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 27 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
iii
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wata’ala atas
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan
ini merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Suhu Pirolisis dan Jumlah Katalis Silika Gel 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 masyarakat
bahwa energi dapat dihasilkan dari limbah salah satunya adalah limbah plastik atau
polimer sejenis. Hal ini dapat berdampak baik bagi lingkungan ditengah krisis
energi yang sedang kita hadapi karena menjadi salah satu solusi pencemaran limbah
pastik yang kian meningkat beberapa tahun terakhir.
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 yang telah banyak
memberikan ilmu dan arahan kepada 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. 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
saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
6. Dr. Iriany, MSi selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah membimbing
penulis dalam hal akademik selama kuliah di Teknik Kimia USU.
7. Seluruh staf Dosen Teknik Kimia USU, yang telah mendidik dan membagikan
8. Pegawai Departemen Teknik Kimia USU, yang telah membantu penulis dalam
hal administrasi selama perkuliahan.
9. Rio Nazif selaku partner penelitian penulis.
10. Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2011, dan adik-adik stambuk
2012 hingga 2015 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
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
v
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini
kepada keluarga besar penulis atas
dukungan dan kasih sayang mereka,
terutama kepada orang tua,
Ir. Edward Wahab, MSi dan Rosdiana Rangkuti
kepada nenek Rohana Oemar,
serta adik-adikku
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Erlangga Wicaksana
NIM : 110405102
Tempat/Tgl. Lahir : Jambi / 18 Oktober 1994
Nama orang tua : Ir. Edward Wahab, MSi
Rosdiana Rangkuti
Alamat orang tua :
Jalan As-Shofa I Komp. Tirta Mas Blok B/10 Kota
Pekanbaru - Riau
Asal Sekolah
SD Islam As-Shofa Pekanbaru, tahun 1999-2005
SMP Islam As-Shofa Pekanbaru, tahun 2005-2008
SMA Islam As-Shofa Pekanbaru, tahun 2008-2011 Pengalaman Organisasi/Kerja :
1. Asisten Laboratorium Mikrobiologi Industri / Bioproses tahun 2013 -
2015 modul Fermentasi Alkohol.
2. Wakil Bendahara Umum Covalen Study Group Periode 2013 - 2014
3. Anggota Bidang Penelitian dan Pengembangan Himpunan Mahasiswa
Teknik Kimia Periode 2013 – 2014
4. Anggota Departemen Riset dan Teknologi Pemerintahan Mahasiswa FT
USU Periode 2013 - 2014
5. Sekretaris Umum Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia Periode 2014 -
2015
6. On Job Training Angkatan I Tahun 2015 di SRO (Smelter Reduction
Operation) PT Inalum (Persero) Kuala Tanjung.
vii
ABSTRAK
Beberapa permasalahan besar yang muncul di beberapa negara akibat peningkatan jumlah penduduk yaitu peningkatan volume sampah dan peningkatan konsumsi energi. Penanggulangan sampah plastik dengan landfill dan insinerasi masih meninggalkan efek samping lain seperti polutan. Cadangan sumber energi tidak terbarukan juga sudah menipis untuk memenuhi kebutuhan energi. Proses pirolisis atau cracking sampah plastik dapat menjadi solusi permasalahan ini. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati pengaruh suhu proses pirolisis dan jumlah katalis silika gel terhadap yield dan kualitas bahan bakar cair yang dihasilkan dari Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) jenis Polipropilena (PP). Suhu proses divariasikan yang dimulai dari suhu 200 °C, 250 °C, 300 °C, dan 350 °C. Rasio jumlah bahan baku : jumlah katalis divariasikan dari 10 : 0 (tanpa katalis), 10 : 1, 10 :1,5; 10 : 2, 10 : 2,5, dan 10 : 3. Pirolisis dilakukan selama 2 jam. Rangkaian alat pirolisis terdiri dari reaktor pirolisis, burner / kompor, dan kondensor. Analisis yang dilakukan yaitu analisis densitas / specific gravity / API gravity, viskositas kinematis, karakterisasi GC-MS dan FTIR, dan heating value. Hasil penelitian menunjukkan peningkatan suhu proses dapat menaikkan yield bahan bakar cair, namun suhu yang sangat tinggi dapat menurunkan yield bahan bakar cair. Penambahan katalis juga dapat menambah yield
bahan bakar cair namun dalam jumlah yang banyak akan menurunkan yield bahan bakar cair. Penambahan katalis silika gel memproduksi fraksi bahan bakar C8 – C21
lebih banyak dibandingkan tanpa penggunaan katalis silika gel. Yield bahan bakar cair tertinggi didapatkan pada pirolisis suhu 350 °C tanpa katalis yaitu 71,064 %. Namun kualitas bahan bakar terbaik didapatkan pada pirolisis suhu 300 °C dengan perbandingan jumlah bahan baku dan katalis silika gel 10 : 3.
ABSTRACT
Several major issues that arise in some countries as a result of increasing population is increase in the volume of waste and energy consumption. Reduction of plastic waste in landfills and incineration are still leaving the other side effects such as pollutants. Non-renewable energy sources supply has also been low to meet energy needs. The process of pyrolysis or cracking plastic waste can be a solution to this problem. This study aims to observe the effect of temperature catalytic pyrolysis process and the amount of silica gel to yield and quality of liquid fuels produced from Polypropylene (PP) Used Plastic Packaging Glass. Temperatures varied process that starts from a temperature of 200 ° C, 250 ° C, 300 ° C and 350 ° C. Ratio of raw materials and the amount of catalyst was varied from 10: 0 (without catalyst), 10: 1, 10: 1.5; 10: 2, 10: 2.5 and 10: 3. Pyrolysis carried out for 2 hours. Pyrolysis apparatus consists of a pyrolysis reactor, burner, and a condenser. The analysis carried out by an analysis of density/specific gravity/API gravity, kinematic viscosity, characterization of GC-MS and FTIR, and heating value. Raise the temperature of the process can increase the yield of liquid fuels, but the very high temperatures can reduce the yield of liquid fuels. The addition of the silica gel catalyst can also increase the yield of liquid fuels, but in large amounts will decrease the yield of liquid fuel. The addition of silica gel catalysts produce fuel fraction C8
- C21 more than without using silica gel catalyst. The highest yield obtained at
pyrolysis temperature of 350 ° C without a silica gel catalyst that is 71.064%. But the best fuel quality obtained at pyrolysis temperature of 300 ° C with a ratio of the amount of raw materials and silica gel catalyst 10: 3.
2.3 Proses Pirolisis 14
2.3.1 Thermal Cracking 15
2.3.2 Catalytic Cracking 15
2.3.3 Mekanisme Catalytic Cracking 18
2.3.4 Hydro Cracking 19
2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pirolisis 20
2.4.1 Temperatur 20
2.4.2 Jumlah Katalis 21
2.4.3 Waktu 21
2.4.4 Jenis dan Komposisi Plastik 22
2.5 Parameter Kualitas Bahan Bakar 22
2.5.1 Densitas 23
2.5.2 Viskositas 23
2.5.3 Nilai Kalor / Heating Value 24
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 25
3.1 Lokasi Penelitian 25
3.2 Bahan dan Peralatan 25
3.2.1 Bahan 25
3.3.2 Peralatan 25
3.3 Prosedur Penelitian 26
3.3.1 Penyediaan Bahan Baku Utama 26
3.3.2 Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG 26
3.3.3 Penentuan Yield Proses Pirolisis 29
3.3.4 Pengujian Kualitas Bahan Bakar Pirolisis 29
3.3.4.1 Uji Densitas/ Specific Gravity/ API Gravity 29
3.3.4.2 Uji Viskositas Kinematik 30
3.3.4.3 Karakterisasi Fourier Transform Infra -Red (FTIR) 31
3.3.4.4 KarakterisasiGas Chromatography Mass
xi
4.2 Pengaruh Jumlah Katalis Dan Suhu Pirolisis Terhadap Yield Bahan
Bakar Cair 33
4.3 Analisis Produk Bahan Bakar Cair 37
4.3.1 Analisis Densitas / Specific Gravity / API Gravity 37
4.3.2 Analisis Viskositas Kinematis 39
4.3.3 Analisis GC-MS Produk Bahan Bakar Cair 41
4.3.4 Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair 45
4.3.5 Analisis Heating Value Produk Bahan Bakar Cair 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 49
4.1 Kesimpulan 49
4.2 Saran 50
DAFTAR PUSTAKA 51
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 56
LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 58
L2.1 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP Tanpa Katalis 58
L2.2 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP dengan Katalis Silika Gel 58
L2.3 Data Yield Produk Bahan Bakar Cair 59
L2.4 Data Hasil Analisis Densitas Bahan Bakar Cair 60
L2.5 Data Hasil Analisis Specific Gravity dan API Gravity 61
L2.6 Data Hasil Analisis Viskositas Kinematik Bahan Bakar Cair 62
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 63
L3.1 Perhitungan Densitas, Specific Gravity, dan API Gravity 63
L3.2 Perhitungan Viskositas Bahan Bakar Cair 63
L3.3 Perhitungan Yield Bahan Bakar Cair 64
LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 65
L4.1 Bahan Baku PBKG Jenis Polipropilena 65
L4.2 Proses Pirolisis 65
L4.3 Hasil Pirolisis 66
L4.4 Penyaringan Katalis dan Pengotor 66
L4.5 Produk Akhir Bahan Bakar Cair 67
L4.6 Analisis Densitas 67
LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS PRODUK BAHAN BAKAR CAIR 69
L5.1 Hasil Analisis GC-MS 69
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Kristalin dari Sebuah Kristal Silika Tunggal 11
Gambar 2.2 Sketsa Skema Susunan Amorf dalam (a) Padatan Kristalin, (b)
Padatan Amorf, dan (c) Gas 12
Gambar 2.3 Struktur Senyawa Silika Gel 13
Gambar 2.4 Perbandingan Yield Produk Cair yang Didapat dari Pemecahan
Plastik HDPE secara termal dan dengan Katalis 16
Gambar 2.5 Tahap Pembentukan Ion Karbonium / Karbokation 18
Gambar 2.6 Tahap Interaksi Ion Karbonium dengan Reaktan 18
Gambar 2.7 Tahap Penataan Ion Karbonium Melalui Pemutusan Beta 19
Gambar 2.8 Tahap Pembentukan Katalis Kembali 19
Gambar 2.9 Pengaruh Temperatur dalam Pemecahan Termal Polietilen 20
Gambar 2.10 Yield Cairan, Padatan, dan Gas dari Cracking dengan Katalis FCC 22
Gambar 3.1 Flowchart Penyediaan Bahan Baku Pirolisis 26
Gambar 3.2 Flowchart Rangkaian Peralatan Pirolisis Limbah PBKG 27
Gambar 3.3 Flowchart Prosedur dalam Proses Pirolisis, Yaitu Polipropilena
dari PBKG 28
Gambar 4.1 Karakterisasi FTIR PBKG dan PP Murni 32
Gambar 4.2 Struktur Polipropilena 33
Gambar 4.3 Pengaruh Suhu Pirolisis dan Jumlah Katalis terhadap Yield Bahan
Bakar Cair pada Suhu Reaksi 200 – 350 °C 34
Gambar 4.4 Kromatogram Hasil Analisis GC-MS pada Sampel Bahan Bakar
Cair (T = 300 °C, Perbandingan Bahan Baku : Katalis 10 : 3) 42
Gambar 4.5 Kromatogram Hasil Analisis GC-MS pada Sampel Bahan Bakar
Cair (T = 350 °C, Tanpa Katalis) 43
Gambar 4.6 Pengaruh Penggunaan Katalis terhadap Distribusi Fraksi Bahan
Bakar 45
Gambar 4.7 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair
Yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 350 °C Tanpa Katalis 46
Yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 300 °C dengan Perbandingan
Bahan Baku : Katalis 10 : 3 47
Gambar L1.1 Hasil Spektofotometer FTIR pada PBKG Jenis PP 56
Gambar L4.1 Bahan Baku PBKG Jenis PP 65
Gambar L4.2 Proses Pirolisis 65
Gambar L4.3 Hasil Pirolisis 66
Gambar L4.4 Penyaringan Katalis 66
Gambar L4.5 Bahan Bakar Cair yang dihasilkan dan Penyimpanannya 67
Gambar L4.6 Analisis Densitas 67
Gambar L4.7 Analisis Viskositas 68
Gambar L5.1 Kromatogram Hasil Analisis GC-MS pada Sampel Bahan Bakar
Cair (T = 350 °C, Tanpa Katalis) 69
Gambar L5.2 Kromatogram Hasil Analisis GC-MS pada Sampel Bahan Bakar
Cair (T = 300 °C, Perbandingan Bahan Baku : Katalis 10 : 3) 71
Gambar L5.3 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair
Yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 350 °C Tanpa Katalis 72
Gambar L5.4 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair
Yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 300 °C dengan Perbandingan
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Data Temperatur Transisi dan Temperatur Lebur Plastik 7
Tabel 2.2 Konsumsi Plastik Per kapita Beberapa Negara di Dunia 8
Tabel 2.3 Jenis-Jenis Limbah Plastik dan Tanda Daur Ulang 8
Tabel 2.4 Pemilihan Plastik 9
Tabel 2.5 Sifat Umum Polipropilena 10
Tabel 2.6 Reaksi Komponen Halogen dan Silika 13
Tabel 2.7 Perbandingan yield gas, cairan, dan residu dari pemecahan
secara termal dan katalitik dari limbah HDPE pada 430 °C 16
Tabel 2.8 Kualitas Bahan Bakar Diesel Komersil yang Diizinkan Pemerintah
Indonesia 23
Tabel 4.1 Hasil Analisis Densitas, Specific Gravity, dan API Gravity Bahan
Bakar Cair Hasil Pirolisis PBKG 38
Tabel 4.2 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Bahan Bakar Cair 40
Tabel 4.3 Komponen Senyawa yang Terkandung pada Produk Bahan Bakar
Cair (T = 300 °C perbandingan PP : Katalis = 10 : 3) 42
Tabel 4.4 Komponen Senyawa yang Terkandung pada Produk Bahan Bakar
Cair (T = 350 °C Tanpa Katalis) 43
Tabel 4.5 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang dihasilkan dengan
Suhu Pirolisis 350 °C Tanpa Katalis 46
Tabel 4.6 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang dihasilkan dengan
Suhu Pirolisis 300 °C dengan Perbandingan Jumlah Bahan Baku :
Katalis 10 : 3 47
Tabel L1.1 Komposisi Gugus Fungsi Senyawa pada PBKG Jenis PP 56
Tabel L2.1 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP 58
Tabel L2.2 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP dengan Katalis Silika Gel 58
Tabel L2.3 Hasil Yield Bahan Bakar Cair 59
Tabel L2.4 Hasil Analisa Densitas Bahan Bakar Cair 60
Tabel L2.5 Hasil Analisa Specific Gravity dan API Gravity Bahan Bakar Cair 61
Tabel L5.1 Komponen Senyawa yang Terkandung pada Produk Bahan Bakar
Cair (T = 350 °C Tanpa Katalis) 69
Tabel L5.2 Komponen Senyawa yang Terkandung pada Produk Bahan Bakar
Cair (T = 300 °C perbandingan PP : Katalis = 10 : 3) 71
Tabel L5.3 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang dihasilkan dengan
Suhu Pirolisis 350 °C Tanpa Katalis 72
Tabel L5.4 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang dihasilkan dengan
Suhu Pirolisis 300 °C dengan Perbandingan Jumlah Bahan Baku :
xvii
DAFTAR SINGKATAN
API American Petrolium Institute
ASTM American Standard Testing Method
FCC Fluid Cracking Catalyst
FTIR Fourier Transform Infra-Red
GC-MS Gas Chromatography Mass Spectofotometry
HDPE High Density Polyethylene
LDPE Low Density Polyethylene
LPG Liquified Petrolium Gas
MCM-41 Mobil Composition of Matter No.41
PBKG Plastik Bekas Kemasan Gelas
PET Polyethylene Tereftalate
PP Polypropilene
PS Polystyrene
PVC Polyvinyl Chloride
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
° Derajat Celcius
Ω Beban maksimum ohm
