BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Landasan Teori Sampah dikategorikan menjadi dua golongan, yang pertama adalah sampah organik yang berupa makanan sisa, sayuran, dan lain-lain dapat dihancurkan oleh mikroorganisme dan sampah anorganik yang berupa plastik yang dapat dihancurkan dengan cara dibakar, namun selain abunya tidak dapat dicerna oleh tanah, asapnya ternyata dapat membangkitkan gas beracun yang berbahaya bagi makhuk hidup. Plastik adalah suatu produk kimia yang telah dikenal dan digunakan secara luas oleh seluruh lapisan masyarakat, baik yang tinggal di desa maupun didaerah perkotaan. Saat ini, sekitar 129 juta ton plastik setiap tahunnya diproduksi, dari jumlah itu diproduksi dari bahan minyak bumi. Secara umum, plastik memiliki densitas yang rendah, bersifat isolasi terhadap listrik, mempunyai kekuatan mekanik yang bervariasi, ketahanan suhu terbatas, serta ketahanan bahan Universitas Mercu Buana 6

2 kimia yang bervariasi.material plastik memiliki banyak kelebihan dibandingkan bahan lainnya, hal ini dikarenakan sifatnya ringan, transparan, tahan air serta harganya pun relatif lebih murah dan terjangkau oleh berbagai lapisan masyarakat.. Akibatnya, dengan ruang lingkup penggunaan plastik yang seakan tidak terbatas, pertumbuhan penggunaan plastik berlangsung dengan pesat Semakin bertambah pesat penggunaan plastik maka semakin banyak pula limbah yang akan kita hadapi, baik itu yang dihasilkan dari industri besar maupun industri rumah tangga, sehingga limbah plastik menjadi permasalahan lingkungan yang sampai saat ini belum dapat dipecahkan jalan keluarnya meskipun banyak pemanfaatan limbah plastik namun belum mampu mengurangi penumpukan sampah plastik di alam. Oleh karena itu, melihat permasalahan sampah khususnya sampah plastik pembungkus makanan dan kemasan minuman botol plastik (seperti bungkus gula, bungkus es dan sejenisnya) dan kantong plastik yang kian hari makin bertambah ditempat pembuangan sampah, maka banyak upaya yang telah dilakukan untuk mengkonversi material-material sampah plastik tersebut untuk menghasilkan bahan bakar karena melihat dari sifat penyusun sampah plastik yaitu berupa hidrokarbon. Teknik yang dapat digunakan untuk mengkonversi material-material tersebut adalah dengan teknik pirolisis. Pada senyawa yang berderajat polimerisasi tinggi, pirolisis merupakan reaksi depolimerisasi dan pada suhu tinggi mengikuti mekanisme radikal bebas. Reaksi ini melalui tiga tahap yaitu, tahap memulai, tahap perambatan dan tahap penghentian. Berdasarkan dari uraian di atas penelitian mengenai pirolisis sampah plastik yang berupa kantong plastik Universitas Mercu Buana 7

3 dan pembungkus makanan untuk mendapatkan asap cair sebagai bahan bakar alternatif sangat penting untuk dilakukan. 2.2 Pirolisis ( Destilasi Kering ) Pirolisis adalah perubahan secara kimia, melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen, di mana material akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas (uap cair). Kantong plastik es bening terkarbonisasi adalah kantong plastik yang sebelumnya mengalami suatu proses karbonisasi. Karbonisasi adalah proses pemanasan kantong plastik sampai suhu dan waktu tertentu ( berkisar 120 o C di atas 220 o C pada kondisi sedikit oksigen untuk menghilangkan kandungan zat terbang kantong plastik sehingga dihasilkan asap cair yang mengandung minyak dan sisa pembakaran berupa padatan berwarna hitam seperti aspal cair. Pengambilan asap cair dilakukan dengan cara pirolisis, pertama-tama sampah plastik (sampah plastik pembungkus makanan dan kemasan botol plastik pada perlakuan awal dan sampah kantong plastik pada perlakuan kedua, sehingga dapat diketahui perbedaan kandungannya) yang telah kering dimasukkan ke dalam reaktor pirolisis yang dilengkapi sistem pendingin (kondensor) dan penampung (gelas ukur), setelah semuanya siap, kompor dihidupkan dan dibiarkan naik hingga temperatur optimal. Ketika temperatur tersebut tercapai, temperatur dijaga konstan selama empat sampai enam jam, asap cair yang mengalir dari kondensor ditampung dalam penampung destilat yang telah di sediakan. Asap cair dari masing-masing bahan yang dihasilkan diukur volumenya kemudian disimpan dalam botol bertutup rapat dan disimpan dalam lemari pendingin. Universitas Mercu Buana 8

4 Pirolisis merupakan suatu reaksi dengan tiga tahap penting, yaitu tahap memulai, tahap perambatan dan tahap penghentian. Pada tahap memulai akan terjadi pemutusan rantai ikatan yang lemah karena adanya kenaikan suhu. Radikal bebas yang telah terbentuk pada tahap perambatan akan tepecah lagi membentuk radikal bebas baru yang lebih kecil, atau senyawa stabil. Sebelum proses pirolisis dilakukan, mula-mula dilakukan penanganan sampel yang berupa sampah kantong plastik yang telah dikumpulkan. Setelah sampah-sampah plastik tersebut terkumpul, dilakukan pemisahan masing-masing jenis sampah yang ingin digunakan. Kemudian dibersihkan dari kotoran/sisa-sisa makanan yang masih terdapat pada sampel dan dijemur agar diperoleh berat kering dari sampel tersebut. Setelah kering, sampel-sampel tersebut dipotong kecil-kecil yang bertujuan untuk memperbesar luas permukaan dari sampel agar lebih mudah dalam proses penimbangan, pemasukkan ke dalam reaktor dan proses pembakaran. Reaktor diletakan di atas kompor yang sudah dirangkai dengan sistem pendingin dan penampung destilat. Kemudian kompor dihidupkan dan apinya diatur. Temperatur optimum yang diperoleh untuk sampel plastik yaitu pada temperatur 220 o C, pada temperatur ini sampel dapat terbakar habis dan menghasilkan asap cair. Pada temperatur 220 o C, asap dari reaktor mulai keluar melewati kondensor (sistem pendingin), untuk menjaga asap tersebut agar tidak keluar seluruhnya maka disini dilakukan pengaturan sirkulasi asap yang keluar dengan menutup saluran dengan penampung destilat agar asap yang dikeluarkan tidak terlalu banyak. Hal tersebut dimungkinkan dapat diminimalkan pengeluaran asap yang berpartikel lebih kecil dibandingkan dengan partikel asap yang dapat dikondensasikan dengan memperpanjang sistem pendingin dan menambahkan Universitas Mercu Buana 9

5 pada sistem pompa agar sistem lebih dingin sehingga asap tersebut dapat terkondensasi juga, hanya saja dengan keterbatasan ruangan yang kurang memungkinkan hal tersebut belum dapat dilakukan. Setelah dilakukan pengaturan sirkulasi asap yang dihasilkan, asap cair mulai keluar hingga pada suhu optimum tersebut asap cair yang dihasilkan semakin banyak. Pembakaran dijalankan hingga 4-6 jam sampai asap cair tidak lagi keluar dari kondensat. Asap cair yang dihasilkan dari proses destilasi tersebut kemudian diukur volumenya menggunakan gelas ukur, kemudian dimasukkan ke dalam botol yang ditutup rapat dan disimpan pada temperatur kamar. 2.3 Konsep Dasar Polimer Makro molekul adalah molekul raksasa (giant) dimana paling sedikit seribu atom terikat bersama oleh ikatan kovalen. Makromolekul ini mungkin rantai linear, bercabang, atau jaringan tiga dimensi. Makromolekul dibagi atas dua material yaitu 1. Material biologis (makromolekul alam) Contoh : karet alam, wool, selulosa, sutera dan asbes 2. Material non biologis (makromolekul sintetik) Contoh : plastik, serat sintetik, elastomer sintetik Material biologis dapat menunjang tersediaanya pangan dan dibahas dalam biokimia sedang material non biologis mencakup bahan sintetik. Banyak makromolekul sintetik memiliki struktur yang relatif sederhana, karena mereka terdiri dari unit ulangan yang identik (unit struktural). Inilah sebabnya mereka disebut polimer. Universitas Mercu Buana 10

6 Polimer sangat penting karena dapat menunjang tersedianya pangan, sandang, transportasi dan komunikasi (serat optik). Saat ini polimer telah berkembang pesat. Berdasarkan kegunaannya polimer digolongkan atas : a. Polimer komersial (commodity polymers) Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari. Kegunaan sehari-hari dari polimer ini ditunjukkan dalam tabel 1.1 Contoh : Polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS), polivinilklorida (PVC), melamin formaldehid Tabel 2.1 Contoh dan kegunaan polimer komersial Sumber : Polimer komersial Polietilena massa jenis rendah(ldpe) Kegunaan atau manfaat Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel, barang mainan, botol yang lentur, bahan pelapis Polietilena massa jenis rendah(hdpe) Botol, drum, pipa, saluran, lembaran, film, isolasi kawat dan kabel Polipropilena (PP) Tali, anyaman, karpet, film Poli(vinil klorida) (PVC) Bahan bangunan, pipa tegar, bahan untuk Universitas Mercu Buana 11

7 lantaui, isolasi kawat dan kabel Polistirena (PS) Bahan pengemas (busa), perabotan rumah, barang mainan b. Polimer teknik (engineering polymers) Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di negara maju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa ledeng), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri dan barang-barang konsumsi Contoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, poliester c. Polimer fungsional (functional polymers) Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolimer Definisi Polimer Dan Monomer 1. Polimer adalah molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan Universitas Mercu Buana 12

8 kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer. 2. Monomer adalah Sebarang zat yang dapat dikonversi menjadi suatu polimer. Untuk contoh, etilena adalah monomer yang dapat dipolimerisasi menjadi polietilena (lihat reaksi berikut). Asam amino termasuk monomer juga, yang dapat dipolimerisasi menjadi polipeptida dengan pelepasan air Jenis Jenis Plastik 1. Polietilen Poli etilen adalah bahan termoplastik yang kuat dan dapat dibuat dari yang lunak sampai yang kaku. Ada dua jenis polietilen yaitu polietilen densitas rendah (low-density polyethylene / LDPE) dan polietilen densitas tinggi ( high-density polyethylene / HDPE). Polietilen densitas rendah relatif lemas dan kuat, digunakan antara lain untuk pembuatan kantong kemas, tas, botol, industri bangunan, dan lain-lain. Polietilen densitas tinggi sifatnya lebih keras, kurang transparan dan tahan panas sampai suhu C. Campuran polietilen densitas rendah dan polietilen densitas tinggi dapat digunakan sebagai bahan pengganti karat, mainan anak-anak, dan lain-lain. 2. Polipropilen Polipropilen mempunyai sifat sangat kaku; berat jenis rendah; tahan terhadap bahan kimia, asam, basa, tahan terhadap panas, dan tidak mudah retak. Plastik polipropilen digunakan untuk membuat alat-alat rumah sakit, komponen Universitas Mercu Buana 13

9 mesin cuci, komponen mobil, pembungkus tekstil, botol, permadani, tali plastik, serta bahan pembuat karung. 3. Polistirena Polistiren adalah jenis plastik termoplast yang termurah dan paling berguna serta bersifat jernih, keras, halus, mengkilap, dapat diperoleh dalam berbagai warna, dan secara kimia tidak reaktif. Busa polistirena digunakan untuk membuat gelas dan kotak tempat makanan, polistirena juga digunakan untuk peralatan medis, mainan, alat olah raga, sikat gigi, dan lainnya. 4. Polivinil klorida (PVC) Plastik jenis ini mempunyai sifat keras, kuat, tahan terhadap bahan kimia, dan dapat diperoleh dalam berbagai warna. Jenis plastik ini dapat dibuat dari yang keras sampai yang kaku keras. Banyak barang yang dahulu dapat dibuat dari karet sekarang dibuat dari PVC. Penggunaan PVC terutama untuk membuat jas hujan, kantong kemas, isolator kabel listrik, ubin lantai, piringan hitam, fiber, kulit imitasi untuk dompet, dan pembalut kabel. 5. Potetrafluoroetilena (Teflon) Teflon memiliki daya tahan kimia dan daya tahan panas yang tinggi (sampai C) Keistimewaan teflon adalah sifatnya yang licin dan bahan lain tidak melekat padanya. Penggorengan yang dilapisi teflon dapat dipakai untuk menggoreng telur tanpa minyak. 6. Polimetil pentena (PMP) Universitas Mercu Buana 14

10 Plastik poli metil pentena adalah plastik yang ringan dan melebur pada suhu C. Barang yang dibuat dari PMP bentuknya tidak berubah bila dipanaskan sampai C dan daya tahannya terhadap benturan lebih tinggi dari barang yang dibuat dari polistiren. Bahan ini tahan terhadap zat-zat kimia yang korosif dan tahan terhadap pelarut organik, kecuali pelarut organik yang mengandung klor, misalnya kloroform dan karbon tetraklorida. PMP cocok untuk membuat alatalat laboratorium dan kedokteran yang tahan panas dan tekanan, tanpa mengalami perubahan, Barang-barang dari bahan ini tahan lama. Material C ABS Acetal Acrylic Nylon Poly Carbonat LDPE HDPE PP PS PVC Tabel 2.2 Temperatur leleh Sumber : Sifat Sifat Kantong Plastik Es ( Polietilen ). Polietilen dibuat dengan proses polimerisasi adisi dari gas etilen sebagai hasil samping industri minyak bumi. Rumus kimia dari polietilen adalah ( -CH2- Universitas Mercu Buana 15

11 CH2-)n. Menurut Syarief dan Irawati (1988), sifat -sifat baik yang dimiliki PE, antara lain : 1. Permeabilitas uap air dan air rendah. 2. Fleksibel. 3. Dapat digunakan untuk penyimpanan beku (-50 o C), dan 4. Transparan sampai buram. Selain itu, Syarief dan Halid (1993) juga menambahkan bahwa plastik polietilen (PE) juga memiliki sifat lain yaitu : 1. Memiliki penampakan yang bermacam-macam. 2. Mudah dibentuk, lemas, dan mudah ditarik. 3. Daya rentang tinggi tidak sobek. 4. Mudah dikelim panas sehingga banyak digunakan untuk laminasi dengan bahan lain. 5. Memiliki titik lebur pada suhu 120 ºC. 6. Tidak cocok untuk mengemas produk yang berlemak dan berminyak. 7. Tahan terhadap asam, basa, alkohol, diterjen, dan bahan kimia lainnya. 8. Transmisi gas cukup tinggi sehingga tidak cocok untuk mengemas makanan beraroma, dan 9. Dapat dicetak setelah mengoksidasi permukaannya. Berdasarkan densitasnya, Polietilen (PE) dibagi menjadi polietilen densitas rendah (LDPE), polietilen densitas menengah (MDPE), dan polietilen densitas tinggi (HDPE). Universitas Mercu Buana 16

12 2.3.4 Simbol Plastik Polimer Sintetis Nomor kode Jenis plastik Keterangan PET, PETE (Polyethylene terephthalate) Bersifat jernih dan transparan, kuat, tahan pelarut, kedap gas dan air, melunak pada suhu 80oC. Biasanya digunakan untuk botol minuman, minyak goreng, kecap, sambal, obat. Tidak untuk air hangat apalagi panas. Untuk jenis ini, disarankan hanya untuk satu kali penggunaan dan tidak untuk Universitas Mercu Buana 17

13 mewadahi pangan dengan suhu >60oC. HDPE (High Density Polyethylene) Bersifat keras hingga semifleksibel, tahan terhadap bahan kimia dan kelembaban, dapat ditembus gas, permukaan berlilin, buram, mudah diwarnai, diproses dan dibentuk, melunak pada suhu 75oC. Biasanya digunakan untuk botol susu cair, jus, minuman, Universitas Mercu Buana 18

14 wadah es krim, kantong belanja, obat, tutup plastik. Disarankan hanya untuk satu kali penggunaan karena jika digunakan berulang kali dikhawatirkan bahan penyusunnya lebih mudah bermigrasi ke dalam pangan. PVC (Polyvinyl chloride) Plastik ini sulit didaur ulang. Bersifat lebih tahan terhadap senyawa kimia. Biasanya digunakan untuk botol kecap, botol sambal, baki, Universitas Mercu Buana 19

15 plastik pembungkus. Plastik jenis ini sebaiknya tidak untuk mewadahi pangan yang mengandung lemak/minyak, alkohol dan dalam kondisi panas. LDPE (Low Density Polyethylene) Bahan mudah diproses, kuat, fleksibel, kedap air, tidak jernih tetapi tembus cahaya, melunak pada suhu 70oC. Biasanya digunakan untuk botol madu, wadah yogurt, kantong kresek, plastik Universitas Mercu Buana 20

16 tipis. Plastik ini sebaiknya tidak digunakan kontak langsung dengan pangan. PP (Polypropylen e) Ciri-ciri plastik jenis ini biasanya transparan tetapi tidak jernih atau berawan, keras tetapi fleksibel, kuat, permukaan berlilin, tahan terhadap bahan kimia, panas dan minyak, melunak pada suhu 140oC. Merupakan pilihan bahan plastik yang baik untuk Universitas Mercu Buana 21

17 kemasan pangan, tempat obat, botol susu, sedotan. PS (Polystyrene) Terdapat dua macam PS, yaitu yang kaku dan lunak/berbentuk foam. PS yang kaku biasanya jernih seperti kaca, kaku, getas, mudah terpengaruh lemak dan pelarut (seperti alkohol), mudah dibentuk, melunak pada suhu 95oC. Contoh : wadah plastik bening berbentuk kotak untuk wadah Universitas Mercu Buana 22

18 makanan. PS yang lunak berbentuk seperti busa, biasanya berwarna putih, lunak, getas, mudah terpengaruh lemak dan pelarut lain (seperti alkohol). Bahan ini dapat melepaskan styrene jika kontak dengan pangan. Contohnya yang sudah sangat terkenal styrofoam. Biasanya digunakan sebagai wadah makanan atau minuman sekali pakai, Universitas Mercu Buana 23

19 wadah CD, karton wadah telur, dll. Kemasan styrofoam sebaiknya tidak digunakan dalam microwave. Kemasan styrofoam yang rusak/berubah bentuk sebaiknya tidak digunakan untuk mewadahi makanan berlemak/berminy ak terutama dalam keadaan panas. Universitas Mercu Buana 24

20 Other (Digunakan untuk jenis plastik selain pada nomor 1-6, termasuk Polycarbonat, bio-based plastic, copolyester, acrylic, polyamide, dan campuran plastik ) Bersifat keras, jernih dan secara termal sangat stabil. Bahan Polycarbonat dapat melepaskan Bisphenol-A (BPA) ke dalam pangan, yang dapat merusak sistem hormon. Biasanya digunakan untuk galon air minum, botol susu, peralatan makan bayi. Untuk mensterilkan botol susu, sebaiknya direndam saja Universitas Mercu Buana 25

21 dalam air mendidih dan tidak direbus. Botol yang sudah retak sebaiknya tidak digunakan lagi. Pilih galon air minum yang jernih, dan hindari yang berwarna tua atau hijau. Melamin Termasuk dalam golongan plastik termoset atau plastik yang tidak dapat didaur ulang. Bersifat keras, kuat, mudah diwarnai, bebas rasa dan bau, tahan Universitas Mercu Buana 26

22 terhadap pelarut dan noda, kurang tahan terhadap asam dan alkali. Terbuat dari resin (bahan pembuat plastik) dan formaldehid atau formalin. Kandungan formalin pada melamin dapat bermigrasi ke dalam pangan, terutama jika produk pangan dalam keadaan panas, asam dan mengandung minyak. Biasanya Universitas Mercu Buana 27

23 digunakan sebagai peralatan makan, misalnya piring, cangkir, sendok, garpu, sendok nasi, dll. Melamin yang tidak memenuhi syarat *) sebaiknya tidak digunakan untuk mewadahi pangan yang berair, mengandung asam, terlebih dalam kondisi panas. Tabel 2.2 Simbol plastik polimer statis Sumber : Mengenal Plastik Polietilena «Polimer & Plastik 2.4 Pengabdian Masyarakat Dilakukannya penelitian ini adalah untuk mencari energi alternatif, karena penggunaan energi yang kian hari kian meningkat. Sedangkan energi seperti bahan bakar minyak (BBM) adalah energi yang tidak dapat di perbaharui. Oleh karena itu harga bahan bakar minyak pun mengalami peningkatan yang sangat Universitas Mercu Buana 28

24 signifikan dan masrakat lah yang merasakan dampaknya secara langsung. Dengan dilakukannya penelitian ini semoga dapat membantu masyarakat dalam mencari energi alternatif. Bukan hanya untuk membantu masyarakat dalam mencari energi alternatif, ada beberapa hal yang menjadi alasan peneliti mengapa melakukan penelitian ini, seperti, membantu masyarakan supaya sadar akan bahaya plastik bagi kehidupan kita. 2.5 Alat Pirolisis Sederhana Gambar 2.1 Alat Pirolisis Sederhana Dalam pembuatan alat pirolisis sederhana ini tidak membutuh kan biaya yang banyak, komponen - komponen alat pirolisis adalah sebagai berikut : 1. Tabung Reaktor 2. Kndensor 3. Tabung Kondensor 4. Dudukan tabung reaktor dan tabung kondensor Universitas Mercu Buana 29

25 5. Pipa penyambung 6. Kran 7. Nipel 8. Termometer 2.6 Tahapan Kerja Selama Perancangan Proses Pengelasan yaitu : Dalam membuat alat pirolisis sederhana ini di perlukan dua jenis pengelasan, 1. Las Asetelin Proses pengelasan yang menggunakan karbit (asetelin) adalah untuk membuat tiga lubang tabung di bagian atas tabung reaktor dan satu lubang di bagian bawah tabung reaktor. Tiga lubang di atas tabung reaktor berguna untuk memasukan nipel dan sok drat yang kemudian di las kembali supaya tidak terjadi kebocoran pada saat pengujian. Dan satu lubang di bawah juga untuk menyatukan sok drat dengan tabung yang akan di gunakan untuk memasang kran. 2. Las Listrik Las listrik di gunakan untuk membuat dudukan tabung kondensor dan tabung reaktor Universitas Mercu Buana 30

26 Persiapan alat dan bahan Las Asetelin : Membuat tiga lubang di dinding atas tabung untuk menempatkan sok drat dan satu lubang di dinding bawah Las Listrik : untuk membuat dudukan tabung kondensor dan tabung reaktor Las nipel pada bagian lubang dinding atas tabung reaktor yang sudah dilubangi. Kemudian sambung dengan pipa Las lubang in pipa spiral dengan pipa sambungan pada lubang bagian atas tabung kondensor Gambar 2.2 Flow chart Universitas Mercu Buana 31