Metoda Penurunan Tingkat Polusi Udara dari Kendaraan Bermotor
Unggul P. Juswono1)*, S.J. Iswarin1), Achmad F.D. Romly 1), Rurini Retnowati2)
1) Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya, Malang
2) Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya, Malang Diterima tanggal 13 September 2011, direvisi tanggal 12 Oktober 2011
ABSTRAK
Polusi udara yang terjadi di Indonesia semakin meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah kendaraan bermotor. Usia kendaraan bermotor yang relatif tua juga menambah tingkat polusi udara akibat pembakaran yang kurang sempurna didalam mesinnya. Polusi udara merupakan ancaman serius bagi manusia. Selain mengganggu kesehatan, polusi udara menyebabkan terjadinya efek rumah kaca dan pemanasan global. Untuk itu perlu dilakukan penelitian guna mengurangi polusi udara akibat kendaraan bermotor untuk mendapatkan lingkungan yang lebih baik. Penelitian yang dilakukan adalah penyaringan gas buang kendaraan bermotor dengan menggunakan air, oli dan asam karbonat sebagai filter. Metode yang dilakukan adalah dengan mengalirkan gas buang kendaraan bermotor melalui air, oli dan asam karbonat yang ditempatkan pada botol-botol filter. Data yang diperoleh selanjutnya dibandingkan dengan data gas-gas kendaraan bermotor sebelum melewati filter. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa filter air dapat mengurangi kadar gas-gas polutan seperti CO dan CO2 dengan baik. Filter dengan oli dapat menurunkan kadar gas HC (gas hidrokarbon) secara signifikan sedangkan kadar timbal (Pb) menurun dengan digunakannya filter asam karbonat.
Kata kunci: polusi udara, filter, air, oli, asam karbonat
ABSTRACT
Increasing of air pollutions which are occured in Indonesia is running together with the increase of motor vehicle populations. The old motor vehicles contibute to the increase of air pollution significanly due to the unperfectly burning process in their machine. Air pollution is seriously threat human being not only disturb human health but also cause green house effect and global warming. It needs do some reseach to decrease air pollution caused by motor vehicle to get a better environment. The research has been done by filtration of disposal gas from motor vehicles using water, lubricant and carbinic acid as a filter. The disposal gas from a motor vehicle was flowed throw botols contain of water, lubricant and carbonic acid.
The result showed that water filter can decrease the disposal gas CO and CO2. Oil filter significanly decreased HC gas and carbonic acid fiter could be used to decrease Pb.
Key word: pollution, filter, water, lubricant, carbonic acid
PENDAHULUAN
Semakin meningkatnya populasi dari kendaraan bermotor pada saat ini, secara
langsung telah membawa dampak yang kurang baik terhadap lingkungan sekitar. Kendaraan bermotor merupakan penyumbang polusi udara terbesar melebihi polusi yang ditimbulkan oleh industri-industri [1]. Banyaknya kendaraan bermotor yang beroperasi setiap hari menyebabkan semakin tingginya polusi udara yang ditimbulkan terlebih lagi jika diiringi ---
*Coresponding author : E-mail: [email protected]
dengan tingkat kemacetan dan pertumbuhan kendaraan bermotor yang semakin tinggi.
Pertumbuhan kendaraan bermotor di Jakarta berdasarkan data Biro Pusat Statistik tumbuh rata-rata 12,87%.
Parameter yang diukur untuk kendaraan bermotor berbahan bakar bensin adalah gas buang CO (karbon monoksida) dan HC (hidrokarbon). Kementerian lingkungan hidup melalui Kep. Men. No 35 tahun 1993 menetapkan standar ambang batas emisi gas buang kendaraan bermotor untuk CO adalah 4.5% dan ambang batas gas HC adalah 1200 ppm. Untuk mobil diesel, parameter yang diukur adalah ketebalan asap atau smoke dengan ambang batas 50% [2].
Polusi udara dapat mengganggu kesehatan mahluk hidup kususnya manusia. Dampak polusi udara dari kendaraan bermotor terhadap kesehatan manusia adalah: Karbon monoksida (CO) yang berasal dari kendaraan bermotor dapat menyebabkan gangguan saluran pernafasan dan jika masuk ke aliran darah dan bersatu dengan hemoglobin membentuk COH6
dan akan menghambat fungsi normal hemoglobin dalam membawa oksigen [3]. Gas SOx yang berasal dari gas belerang yang terbakar menyebabkan terjadinya iritasi pada saluran pernafasan, saluran paru-paru serta bronquitis [3]. HC (hidrokarbon) yang berasal dari bahan bakar yang tidak ikut terbakar saat pembakaran menyebabkan pertumbuhan kanker dalam tubuh dan sesak nafas [3].
Sedangkan nitrogen oksida (NOx) yang berasal dari pembakaran motor diesel menyebabkan iritasi pada mata dan saluran pernafasan [3].
Partikel-partikel dan timbal (Pb) yang berasal emisi gas buang dari mesin diesel dan bensin menyebabkan timbulnya bau khas yang mengganggu penciuman, penurunan intelegensi serta kerusakan pada ginjal [4].
Dampak negatif lainnya adalah terjadinya efek rumah kaca yang menyebabkan terjadinya pemanasan global [4]. Selain itu, polusi udara juga dapat menyebabkan terjadinya hujan asam yang cukup berbahaya bagi makhluk hidup.
Dengan banyaknya bahaya yang ditimbulkan oleh polusi udara maka perlu dikaji cara pengurangan polusi udara yang keluar dari kendaraan bermotor terutama
berbahan bakar bensin dengan menggunakan air, oli dan asam karbonat sebagai filter sehingga dapat tercipta kondisi lingkungan yang lebih bersih dan sehat.
Data gas yang diambil adalah gas emisi kendaraan berbahan bakar bensin berupa gas karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), hidrokarbon (HC), Oksigen (O2) dan timbal (Pb).
METODE PENELITIAN
Kadar gas CO, CO2, HC, dan O2. yang keluar dari knalpot pada kendaraan bermotor berbahan bakar bensin diukur dengan alat uji emisi. Gas hasil pembakaran yang merupakan polutan disaring dengan menggunakan beberapa zat cait (air, oli dan asam karbonat).
Gas CO, CO2, HC dan O2 diambil pada perputaran mesin yang berbeda beda (1000, 1500, 2000, 2500 dan 3000 rpm).
Gambar 1. Rancangan penelitian dengan satu botol aquades
Gambar 2. Rancangan penelitian dengan lima botol aquades dan oli
Dalam penelitian ini digunakan tiga buah filter yang berbeda, antara lain air (H2O), oli (pelumas) dan asam karbonat (H2CO3). Data diambil pada beberapa tahap perlakuan. Tahap
knalpot
aquades
selang gas
penampung gas botol
aquades
aquades oli
saluran knalpot
pertama adalah mengalirkan asap kendaraan bermotor yang keluar melalui knalpot pada botol yang telah berisi aquades kemudian gas dikumpulkan kembali dalam tabung penampung dan di uji kadar gas yang keluar.
Kadar CO, CO2 dan O2 dinyatakan dalam satuan persentase sedangkan gas HC diyatakan dalam ppm. Rancangan penelitian seperti pada Gambar 1.
Tahap kedua adalah menyaring asap hasil pembakaran dari kendaraan bermotor dengan menggunakan oli. Hal ini dikarenakan gas HC adalah bahan bakar yang tidak ikut terbakar dalam proses pembakaran dan tidak dapat bercampur dengan air. Langkah-langkah pemfilteran dengan oli sama seperti pada tahap
pertama dengan botol-botol yang berisi oli dan letak botol-botol yang berisi oli tesebut diletakkan setelah botol-botol yang berisi aquades (Gambar 2).
Untuk mengurangi kadar timbal (Pb) yang merupakan zat partikulat berbahaya digunakan asam karbonat (H2CO3). Asam karbonat dapat bereaksi dengan timbal (Pb) yang merupakan salah satu produk dari hasil pembakaran pada mesin dan membentuk timbal karbonat (PbCO3). Kadar Pb yang terkandung pada asap hasil pembakaran kendaraan bermotor dianalisa di laboratorium kimia. Langkah langkah diatas dimaksudkan untuk mengetahui keefektifan masing-masing zat yang digunakan sebagai bahan penyaring.
Gambar 3. P erbandingan ant ara rpm dan kadar CO pada t abung set elah gas melewat i filt er air.
2 2.3 2.6 2.9 3.2 3.5
0 1000 2000 3000 4000
Pe rputaran m e s in (rpm )
Kadar CO (%)
Bot ol awal, Bot ol 1, Bot ol 2,
Bot ol 3, Bot ol 4 dan Bot ol 5
Gam bar 4. Perbandingan antara rpm dan kadar CO2
pada tabung setelah gas melew ati f ilter air.
8 9 10 11 12
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm) Kadar CO2 (%)
Bot ol awal, Bot ol 1, Bot ol 2,
Bot ol 3, Bot ol 4 dan Bot ol 5
Gambar 3. Perbandingan antara rpm dan kadar CO pada tabung setelah gas melewati filter air
Gambar 4. Perbandingan antara rpm dan kadar CO2 pada tabung setelah gas melewati filter
Gambar 5. P erbandingan ant ara rpm dan gas HC pada t abung set elah gas melewat i filt er air.
180 205 230 255 280
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar HC (ppm)
Botol aw al, Botol 1, Botol 2,
Botol 3, Botol 4 dan Botol 5
Gam bar 6. P erbandingan ant ara rpm dan kadar O2
pada t abung set elah gas melewat i filt er air.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar Oksigen (%)
Bot ol awal, Bot ol 1, Bot ol 2,
Bot ol 3, Bot ol 4 dan Bot ol 5
Gambar 5. Perbandingan antara rpm dan kadar HCpada tabung setelah gas melewati filter air
Gambar 6. Perbandingan antara rpm dan kadar O2 pada tabung setelah gas melewati filter air
HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk putaran mesin dibawah 1500 rpm, pembakaran yang terjadi di dalam mesin tidak efektif. Hal ini terlihat pada perputaran mesin 1000 rpm, kadar CO yang keluar sebesar 2,72%, CO2 (10,94%), HC (266,4 ppm) dan O2
sebesar 1%. Nilai ini tidak banyak berubah pada perputaran mesin 1500 rpm. Sedangkan pada putaran mesin 2500 rpm, terjadi peningkatan kadar CO menjadi 3.29%. Pada putaran mesin 2000 rpm dan 2500 rpm kadar CO2 mengalami penurunan menjadi 10.33%
dan 10.18%. Tetapi pada putaran mesin
sebesar 3000 rpm, kadar CO2 kembali meningkat menjadi 11% dan kadar CO mengalami penurunan menjadi 2.97%.
Pada putaran mesin rendah, tekanan udara yang terjadi pada karburator juga rendah sehingga kecepatan aliran udara yang melalui venturi juga rendah. Kecepatan aliran udara yang rendah menyebabkan aliran bahan bakar menjadi rendah sehingga pengabutan menjadi tidak optimal [5]. Untuk mencegah pengabutan jelek pada perputaran mesin rendah, diperlukan sistem idle pada karburator. Sistem ini berfungsi memberikan bahan bakar tambahan pada saat perputaran mesin rendah guna memperbaiki sistem pengabutan.
Gam bar 7. Perbandingan antara rpm dan gas CO pada tabung setelah melew ati filter oli.
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar CO (%)
Botol 6, Botol 7, Botol 8, Botol 9 dan Botol 10
Gam bar 8. Perbandingan antara rpm dan kadar CO2
pada tabung setelah gas melew ati f ilter oli.
8.2 8.4 8.6 8.8 9 9.2 9.4
0 1000 2000 3000 4000
Pe rputaran me sin (rpm) Kadar CO2 (%)
Bot ol 6, Bot ol 7, Bot ol 8, Bot ol 9 dan Bot ol 10
Gambar 7. Perbandingan antara rpm dan kadar COpada tabung setelah gas melewati filter oli
Gambar 8. Perbandingan antara rpm dan kadar CO2
pada tabung setelah gas melewati filter air
Gambar 9. Perbandingan antara rpm dan kadar HC pada botol setelah gas melawati filter oli.
100 140 180 220 260
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar HC (ppm)
botol 6, botol 7, botol 8, botol 9 dan botol 10
Gambar 10. Perbandingan ant ara rpm dan kadar O2
pada bot ol set elah gas melewat i filt er oli.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar oksigen (%)
botol 6, botol 7, botol 8, botol 9 dan botol 10
Gambar 9. Perbandingan antara rpm dan kadar HCpada tabung setelah gas melewati filter air
Gambar 10. Perbandingan antara rpm dan kadar O2 pada tabung setelah gas melewati filter air
Kadar gas HC dan O2 mengalami penurunan pada perputaran mesin tinggi.
Penurunan kadar gas ini dapat dilihat melalui pada Gambar 5 dan 6. Gas HC merupakan bahan bakar yang tidak ikut terbakar.
Penurunan kadar gas HC dan O2 menunjukkan bahwa pada perputaran mesin tinggi semakin sedikit bahan bakar yang tidak ikut terbakar dan lebih banyak kadar oksigen yang terpakai sehingga dapat diindikasikan bahwa pemakaian bahan bakar berlangsung lebih sempurna. Pada pembakaran yang sempurna akan menghasilkan gas buang CO, HC dan O2
dalam jumlah sedikit dan menghasilkan gas buang CO2 yang lebih banyak (Gambar 4).
Digunakannya air sebagai filter dikarenakan selain mudah didapat, air juga dapat bereaksi dengan gas keluaran kendaraan bermotor (CO, CO2, dan O2). Reaksi yang terjadi antar air dan gas tersebut merupakan reaksi berantai. Reaksi antara air (H2O) dengan gas karbon monoksida (CO) akan menghasilkan gas karbon dioksida (CO2) dan gas hidrogen (H2) [6].
g H2O
l CO2
g H2
lCO
Gas karbon dioksida yang terbentuk akan bereaksi kembali dengan air membentuk asam karbonat (H2CO3) [4].
g 2
l 2 3
aq2 H O H CO
CO
Gambar 11. Perbandingan ant ara rpm dan kadar CO pada t abung set elah gas melewat i filt er asam karbonat . 2
2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar CO (%)
aw al, botol 1, botol 2,
botol 3, botol 4 dan botol 5
Gambar 12. Perbandingan antara rpm dan kadar CO2 pada tabung setelah gas melewati filter asam karbonat.
9.2 9.6 10 10.4 10.8 11.2
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar gas CO2 (%)
Botol awal, Botol 1, Botol 2,
Botol 3, Botol 4 dan Botol 5.
Gambar 11. Perbandingan antara rpm dan kadar CO pada tabung setelah gas melewati filter air
Gambar 12. Perbandingan antara rpm dan kadar CO2
pada tabung setelah gas melewati filter air
Gambar 13. Perbandingan antara rpm dan kadar gas HC pada tabung setelah gas melewati filter asam karbonat.
180 200 220 240 260 280
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar gas HC (ppm)
Botol aw al, Botol 1, Botol 2, Botol 3, Botol 4 dan Botol 5
Gambar 14. Perbandingan ant ara rpm dan kadar gas O2
pada t abung set elah gas melewat i filt er asam karbonat . 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 1000 2000 3000 4000
Perputaran mesin (rpm)
Kadar Oksigen (%)
Botol aw al, botol 1, botol 2, botol 3, botol 4 dan botol 5
Gambar 13. Perbandingan antara rpm dan kadar HC pada tabung setelah gas melewati filter air
Gambar 14. Perbandingan antara rpm dan kadar O2 pada tabung setelah gas melewati filter air
Gas hidrogen (H2) yang terbentuk dari reaksi antara karbon monoksida dengan air dapat bereaksi kembali dengan gas CO menghasilkan metanol (CH3OH) dan benzena (C6H6).
g 2H
g CH OH
lCO 2 3
g 3H
6CO
g 12CO 2 g C6H6 l 2Pada Gambar 3, 4, 6 dapat dilihat besarnya pengurangan kadar gas CO, CO2 dan O2 yang keluar dari kendaraan bermotor setelah melalui filter air. Semakin banyak botol air yang digunakan, penurunan gas buang juga semakin banyak.
Gas HC merupakan bahan bakar yang tidak ikut terbakar. Penggunaan air sebagai filter tidak menurunkan kadar gas HC. Hal ini menunjukan bahwa gas HC tidak dapat disaring dengan menggunakan filter air. Kadar gas HC dapat diturunkan dengan menggunakan filter oli. Gambar 5 menunjukan bahwa gas buang HC pada filter air dengan perputaran mesin 1000 rpm sampai dengan perputaran mesin 3000 rpm hanya mengalami penurunan sebesar 3,88 ppm. Sedangkan pada Gambar 9, gas buang HC pada oli sebagai filter pada perputaran mesin 1000 rpm sampai dengan perputaran mesin 3000 rpm mengalami penurunan sebesar 79,42 ppm. Oli dapat menurunkan kadar HC lebih banyak jika dibandingkan dengan air.
Oli memiliki kemampuan untuk mengikat gas HC yang merupakan rantai hidrokarbon.
Gas HC tersebut mempunyai sifat hidrofobik
dan hanya dapat larut pada pelarut yang sejenis.
Oli mempunyai sifat yang sama dengan hidrokarbon sehingga oli dapat lebih efektif dalam menurunkan kadar gas HC. Oli sebagai filter tidak efektif untuk gas-gas buang lainnya.
Kadar gas buang CO, CO2 dan O2 hanya mengalami penurunan yang sangat kecil setelah melalui filter oli. Pada Gambar 7, 8 dan 10 dapat dilihat penurunan gas buang CO, CO2
dan O2 pada oli.
Zat cair lain yang dapat digunakan sebagai filter adalah asam karbonat (H2CO3).
Data penurunan gas buang CO, CO2 dan O2
dalam asam karbonat sebagai filter dapat dilihat pada Gambar 11, 12 dan 14.
Penggunaan asam karbonat sebagai filter ditujukan untuk mengikat timbal yang terkandung dalam gas buang kendaraan bermotor. Timbal merupakan salah satu logam sangat berbahaya bagi manusia. Timbal bersifat racun dan dapat menurunkan intelegensi otak terutama pada anak-anak yang sedang dalam masa pertumbuhan [3]. Gambar 15 dan 16 menunjukan penurunan kadar timbal pada air dan oli larutan asam karbonat.
Asam karbonat merupakan asam lemah yang dapat bereaksi dengan timbal (Pb).
Reaksi asam karbonat dengan timbal akan menghasilkan timbal karbonat (PbCO3) dan gas hidrogen.
aq Pb
s PbCO
s H
g COH2 3 3 2
Gas hidrogen yang terbentuk dari reaksi tersebut akan dapat bereaksi dengan oksigen
Gambar 15. Grafik Penurunan kadar Pb pada 0
100 200 300 400
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Filter (dalam botol)
Kadar Pb (ppm)
botol air botol oli Gambar 16. Penurunan kadar Pb pada larutan
H2CO3 0
100 200 300 400 500
0 2 4 6
Perlakuan (dalam botol)
Kadar Pb (ppm)
Gambar 15. Grafik penurunan kadar Pb pada botol air dan botol oli
Gambar 16. Penurunan kadar Pb pada larutan H2CO3
(O2). Reaksi antara gas hidrogen dan oksigen akan menghasilkan air.
g 2H
g 2H O
lO2 2 2
Penurunan kadar Pb lebih tinggi pada larutan H2CO3 dibandingkan pada air maupun oli. Penggunaan air dan oli sebagai filter hanya menurunkan kadar Pb sebesar 198,77 ppm dan 68,45 ppm sedangkan penggunaan asam karbonat sebagai filter menurukan kadar Pb sebesar 300.15 ppm. Hal ini menunjukan bahwa asam karbonat potensial untuk menurunkan kadar Pb dalam gas buang kendaraan bermotor tetapi tidak efektif untuk gas CO, CO2 dan O2.
KESIMPULAN
Pembakaran pada kendaraan bermotor berbahan bakar bensin paling efektif pada perputaran mesin 3000 rpm. Pada 3000 rpm, kadar gas CO dan HC yang keluar dalam gas buang kendaraan bermotor memiliki nilai yang paling kecil. Hal ini memberi indikasi bahwa pembakaran yang terjadi cukup sempurna.
Air (H2O), minyak pelumas (oli) dan asam karbonat (H2CO3) dapat digunakan sebagai filter untuk mengurangi polusi udara dari pembakaran kendaraan bermotor. Dengan menggunakan air, kadar CO dan CO2
berkurang lebih banyak dari pada menggunakan filter bahan lain. Gas HC yang terdapat pada asap kendaraan hanya dapat disaring dengan baik oleh oli. Kadar gas HC
hampir tidak mengalami pengurangan jika disaring dengan menggunakan air dan asam karbonat sebab gas HC mempunyai sifat hidrofobik dimana tidak dapat bereaksi dengan air. Asam karbonat dapat digunakan sebagai filter untuk mengurangi kadar Pb. Asam karbonat merupakan asam lemah yang dapat bereaksi dengan timbal (Pb) menghasilkan timbal karbonat (PbCO3) dan gas hidrogen.
Untuk dapat mengurangi tingkat polusi lebih lanjut perlu dilakukan penelitian dengan menggunakan larutan-larutan lain sehingga akan didapatkan larutan yang efektif sebagai filter gas-gas kendaraan bermotor.
DAFTAR PUSTAKA
[1] http://voctech.org.bn/virtual_lib/swisscont act/hubungan/hubungan.htm,tanggal akses 18 Juni 2005.
[2] http://www.kompas.com/otomotif, 2005 [3] Darmono, 2001, Lingkungan Hidup dan
Pencemaran, Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta
[4] Gabriel, J, W., Fisika Lingkungan, 2001, Erlangga, Jakarta
[5] Tim Pengajar Institut Otomotif Pasopati, 1995, Pengetahuan Dasar Otomotif, Institut Otomotif Pasopati, Jakarta.
[6] Othmer, D, O., and Kirk, R., 1978, Encyclopedia of Chemical Industry, John Wiley & Sons, USA
