Penyerapan Gas Buang CO, NO, NOx, dan SO 2 Kenderaan Bermotor Menggunakan Adsorben dari Kulit Pisang (Musa acuminate L)

Transkripsi

1 Penyerapan Gas Buang CO, NO, NOx, dan SO 2 Kenderaan Bermotor Menggunakan Adsorben dari Kulit Pisang (Musa acuminate L) 1 Elvitriana, 1 *Vera Viena, 2 Sari Wardani 1 Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Serambi Mekkah, Banda Aceh; 2 Fakultas Pertanian, Universitas Abulyatama, Aceh Besar. *Corresponding Author: veraviena@serambimekkah.ac.id Abstrak Penelitian ini bertujuan menganalisa efisiensi penyerapan emisi gas CO, NO, Nox, dan SO2 dari kendaraan bermotor oleh adsorbent dari kulit pisang (Musa acuminate L). Pembuatan adsorbent dilakukan melalui tahapan (a) proses karbonasi kulit pisang pada suhu 400 o C selama 1,5 jam; (b) pengayakan karbon aktif dengan ukuran 100 mesh, dan (c) proses aktivasi fisika pada suhu 500 o C selama 15, 30, dan 45 menit. Karakteristik adsorbent diuji dengan (a) uji serapan Iodine, (b) penentuan gugus fungsi menggunakan FT- IR, dan (c) uji SEM (Scanning Electron Microscopy). Pengujian serapan emisi gas dilakukan melalui tahapan (a) pembuatan tabung adsorbsi, (b) pencetakan adsorben, (c) pengisian adsorben ke dalam tabung, dan (d) pengujian emisi gas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik adsorben dari kulit pisang (Musa acuminate L) masih memenuhi standar SNI No dengan daya adsorpsi terhadap I2 sebesar 888 mg/g. Hasil spektra FT-IR arang aktif yang dihasilkan memiliki spektra pita serapan pada bilangan gelombang cm -1 muncul vibrasi ulur pada gugus C-H dengan intensitas 92,50 pada variabel waktu aktivasi 45 menit dan ukuran 100 mesh. Hasil uji SEM pada karbon aktif sebelum dan sesudah emisi menunjukkan pembukaan pori-pori karbon aktif setelah diaktivasi. Tingkat penyerapan yang signifikan gas CO dan SO2 mencapai 100% dari emisi gas buang kenderaan bermotor Honda yang diuji. Hasil ini menyimpulkan bahwa adsorben dari kulit pisang dapat digunakan sebagai salah satu alternatif penyerap emisi gas buang CO, NO, NOx dan SO2 dari kenderaan bermotor. Kata kunci: adsorbent kulit pisang, karakteristik adsorbent, FTIR Spektra, emisi gas. Pendahuluan Meningkatnya jumlah penduduk Indonesia yang diikuti dengan perkembangan alat transportasi dijalur darat, khususnya jalan raya telah menimbulkan asap kendaraan yang dapat menimbulkan akumulasi yang berdampak negatif bagi kehidupan makhluk hidup dan lingkungan di sekitarnya. Ihrom dan Sulistyarsi (2015) melaporkan bahwa gas buangan pada kendaraan bermotor merupakan sumber pencemaran udara karena banyak mengandung zat-zat berbahaya misalnya NO2, SO2, HC, Cl2, O3, CO, partikel debu dan Timbal (Pb). Menurut BAPPENAS (2006) dan Sutardi (2008), salah satu cara pemantauan kualitas udara ambien di Indonesia adalah dengan mengoperasikan jaringan pemantau kontinyu otomatis A38

2 yang dilakukan di 10 kota sejak tahun 2000 untuk memantau konsentrasi CO, debu (PM 10), SO2, NOx, dan O3. Akan tetapi, menurut Sutardi (2008), selain memerlukan biaya investasi, operasional, dan perawatan yang tinggi, pemantauan kualitas udara dengan cara ini juga memiliki beberapa kendala lainnya antara lain adalah terbatasnya alat pemantau, minimnya dana, serta pengamatan yang hanya terfokus pada jalan raya sehingga pengambilan sampel tidak mewakili lingkungan secara keseluruhan. Berdasarkan hal ini, maka perlu dipertimbangkan alternatif lain yang murah dan lebih sederhana namun tetap efektif serta akurat untuk mengurangi pencemaran udara akibat emisi gas kendaraan bermotor. Salah satunya adalah dengan memanfaatkan bahan kulit pisang (Musa acuminate L) yang murah dan mudah diperoleh yang dapat dipersiapkan sebagai karbon aktif penyerap emisi yang dapat diaplikasikan langsung pada filter knalpot kendaraan bermotor. Kulit pisang mengandung senyawa selulosa sebesar 14,4% yang merupakan polimer sederhana, dapat membentuk ikatan kimia yang memiliki permukaan rantai selulosa seragam, dan membentuk lapisan berpori. Material padatan berpori inilah yang dapat menyerap bahan di sekelilingnya, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai material penyerap bahan berbahaya bagi lingkungan. Studi yang dilakukan oleh Borhan et al, (2015), menunjukkan bahwa kulit pisang dapat dibuat menjadi biosorben untuk menyerap emisi CO2 di lingkungan. Sampel karbon aktif kulit pisang A10 diidentifikasi memiliki yield karbon aktif tertinggi dengan luas permukaan ( m 2 /gr), total volume pori (0,01638) cm 3 /gr) dan diameter pori (0,2508 nm). Materi biosorben kulit pisang yang telah disintesa mampu menyisihkan secara efektif gas CO2 sampai 1,65 % berat CO2 melalui proses adsorbsi pada suhu 25 0 C. Jaya (2014) melaporkan telah memanfaatkan karbon aktif dari kulit kakao untuk menyerap emisi gas CO, NOx, dan NO pada kendaraan roda empat dengan menggunakan aktivator ZnCl2. Hasil penelitian tersebut melaporka bahwa kandungan emisi gas buang tanpa bahan penyerap lebih tinggi dibanding dengan adanya karbon sebagai penyerap. Semakin tinggi konsentrasi larutan ZnCl2, maka semakin tinggi kemampuan karbon aktif dalam mengadsorpsi suatu gas. Kadar emisi gas NO dan NOx sebelum dan setelah pengukuran dengan menggunakan karbon teraktivasi ZnCl2 10% yang berkisar 69 ppm dan 30 ppm, sedangkan toleransi emisi gas NO dan NOx adalah 0,25 ppm. Berdasarkan hal tersebut, dapat disimpulkan bahwa kisaran penyerapan emisi gas adalah 50% dan masih belum memenuhi kualitas emisi gas NO dan NOx pada kendaraan bermotor roda empat. Adinata (2013), telah mengkaji pembuatan karbon aktif menggunakan bahan baku kulit pisang. Hasil penelitian menunjukan bahwa kondisi yang terbaik untuk pembuatan arang aktif adalah pada suhu karbonisasi 400 o C selama 1,5 jam. Berdasarkan latar belakang ini, maka kajian melaporkan pembuatan karbon aktif dari kulit pisang (Musa acuminate L) secara aktivasi fisika sebagai alternatif penyerap emisi gas buang CO, NO, NOx, dan SO2 pada kendaraan bermotor. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa efisiensi penyerapan emisi gas kendaraan bermotor oleh adsorben dari kulit pisang (Musa acuminate L). Bahan dan Metode Bahan dan Peralatan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah kulit pisang (Musa acuminate L) yang diperoleh dari pasar tradisional Kota Banda Aceh, aquades, kertas saring merk (Whatman) dan bahan kimia berupa larutan iodine, natrium thiosulfate 0,1 N, indikator amilum yang diperoleh secara komersil dari Waco, LTD. Peralatan yang digunakan yaitu: pisau (Stainless steel), oven (Memmert), pipet tetes, furnace (Line Thermolyne FB1410M-33 at 1100 o C), timbangan (Ohaus), ayakan mesh, A39

3 masker, gelas ukur, buret, statif, porselin, Fourier Transform-Infra Red (FT-IR, Shimadzu IR Prestige 21), dan Flue gas Analyzer (Sensonic 6000). Preparasi dan Uji Karbon Aktif Limbah kulit pisang dibersihkan, dipotong hingga ukuran ± 3cm, dan dipanaskan pada suhu 60 o C di dalam oven hingga kering. Proses karbonisasi dilakukan pada suhu 400 o C selama 1,5 jam. Karbon yang dihasilkan diayak dengan ukuran 100 mesh. Selanjutnya, dilakukan aktivasi secara fisika dengan menggunakan furnace pada kondisi suhu operasi 500 o C, selama 15, 30, dan 45 menit. Karbon aktif kemudian dianalisa untuk mengetahui karakteristik adsorbennya yang meliputi daya serap iodium, uji gugus fungsi karbon aktif dengan menggunakan alat Fourier Transform-Infra Red (FT-IR), dan uji SEM (Scanning Electron Microscopy) untuk melihat pori-pori karbon aktif yang terbentuk. Hasil analisa karakteristik dibandingkan dengan Standart Kualitas Arang Aktif (SNI No ). Proses Penyerapan Emisi Gas Buang Penyerapan emisi gas buang dilakukan dalam beberapa tahapan proses, yaitu (1) pembuatan tabung adsorbsi atau knalpot uji untuk menempatkan media adsorbent yang dicetak 1x1x1 cm. Data spesifikasi alat yang dirancang memiliki panjang tabung luar dan dalam = 20 cm, diameter luar tabung = 6 cm, dan diameter dalam tabung = 2,5 cm. Gambar tabung adsorbsi terperlihatkan pada Gambar 1 dan pemasangan media adsorbsi seperti terlihat pada Gambar 2. Gambar 1. Dimensi tabung adsorbsi (Sumber: Kris, dkk, 2008) Gas Analyzer Media Sorben Tabung Adsorpsi Knalpot sepeda motor Gambar 2. Pemasangan media adsorbsi Pengukuran emisi gas dilakukan pada kendaraan bermotor Merk Honda Astrea Motor dinyalakan dan putaran mesin dinaikkan (akselerasi) hingga mencapai rpm sampai dengan rpm, kemudian ditahan selama 60 detik, dan selanjutnya dikembalikan pada kondisi idle. Pengukuran emisi gas buang CO, NO, NOx, dan SO2 dilakukan sebelum diisi karbon aktif, pada kondisi idle dengan putaran mesin 800 rpm sampai dengan 1400 rpm atau sesuai rekomendasi manufaktur. Probe alat uji Flue Gas Analyser (Sensonic 6000) dimasukkan ke pipa gas buang (knalpot), ditunggu selama 5 menit, dan dilanjutkan pengambilan data konsentrasi gas yang terukur pada alat uji. Tabung adsorbsi yang berisi A40

4 karbon aktif selanjutnya disambungkan dengan knalpot kendaraan dan emisi gas CO, NO, NOx, dan SO2 yang dihasilkan kendaraan bermotor diukur setelah 5 menit. Hasil dan Pembahasan Hasil Analisa Uji Kemampuan Daya Serap Terhadap Iodin Parameter yang dapat menunjukkan kualitas karbon aktif kulit pisang (Musa acuminate L) adalah daya serap adsorben terhadap larutan Iodium, semakin besar bilangan iodnya maka semakin besar kemampuan dalam menyerap adsorbat. Daya serap iodium menunjukkan kemampuan arang aktif menyerap zat dengan ukuran molekul yang lebih kecil dari 10 o A atau memberikan indikasi jumlah pori yang berdiameter o A. Hasil uji kemampuan daya serap iodium untuk suhu aktivasi 500 o C dan 100 mesh pada penelitian ini ditemukan berkisar antara 761,46 888,37 mg/g dengan variasi waktu aktivasi dari 0, 15, 30, dan 45 menit. Secara keseluruhan, hasil uji daya serap iodine pada karbon aktif dari kulit pisang (Musa acuminate L) yang diperoleh telah memenuhi Standar Nasional Indonesia (SNI) yaitu minimum sebesar 750 mg/g. Pada Gambar 3 ditunjukkan daya serap iodine adsorben kulit pisang (Musa acuminate L) yang tidak diaktivasi dan yang diaktivasi pada waktu 15, 30 dan 45 menit, pada suhu aktivasi 500 o C dan ukuran 100 mesh. Gambar 3. Hasil uji daya serap iodine pada arang aktif kulit pisang yang tidak diaktivasi dan yang diaktivasi pada suhu 500 o C dan 100 mesh Hasil Uji FTIR Hasil Uji FTIR pada karbon aktif kulit pisang yang diaktivasi selama 15 menit, 100 mesh, 500 o C diperlihatkan pada Gambar 3 dan 4. karbon aktif yang tidak diaktivasi, 100 Mesh Gambar 4. Hasil Uji FTIR pada karbon aktif yang tidak diaktivasi dengan ukuran 100 mesh A41

5 Kulit pisang yang diaktivasi, 15 min, 100 mesh, 500 o C Gambar 5. Hasil Uji FTIR pada karbon aktif kulit pisang yang diaktivasi selama 15 menit, 100 mesh, 500 o C Hasil Uji Penyerapan Emisi pada Kendaraan Bermotor Hasil penyerapan emisi gas buang CO, NO, NOx, dan SO2 pada kendaraan bermotor ditabulasikan dalam Tabel 1. Emisi dengan Adsorben Efisiensi Penyerapan Gas Emisi Tanpa Jenis setelah 5 Menit (ppm) (%) Adsorben Gas Sebelum Setelah Sebelum Setelah (ppm) Aktivasi Aktivasi Aktivasi Aktivasi CO ,97% 40,60% NO ,44% NOx ,43% SO ,97% 100 % Berdasarkan Tabel 1 terlihat bahwa hasil uji emisi gas buang sebelum penggunaan adsorben menunjukkan kandungan gas CO, NO, NOx, dan SO2 pada knalpot kendaraan bermotor merek Honda Astrea Tahun 2000 yang digunakan. Penggunaan karbon aktif yang telah dicetak dan disusun di dalam tabung adsorpsi (knalpot buatan) menunjukkan kemampuan penyerapan emisi gas buang terbesar pada SO2 mencapai 100 % setelah karbon aktif diaktivasi. Hal ini juga ditemukan pada penggunaan karbon aktif yang telah diaktivasi dengan pemanasan menunjukkan penyerapan SO2 sebelum dan sesudah diaktivasi mencapai 100 % pada suhu 500 o C, 100 mesh, aktivasi 15 menit, mampu menurunkan kandungan SO2 dari 2187 ppm menjadi 0 ppm setelah penyerapan selama 5 menit. Hasil pengujian ini sangat menjanjikan bagi penggunaan karbon aktif dari kulit pisang (Musa acuminate L) di masa yang akan datang sebagai alternatif penyerap gas emisi kendaraan bermotor. Karbon aktif yang telah dicetak terbukti mampu menyerap gas CO, NO, NOx, dan SO2 yang dapat digunakan sebagai salah satu teknologi tepat guna untuk mengurangi polusi kendaraan bermotor. Hasil Uji SEM Hasil uji SEM pada beberapa sampel menunjukkan pori-pori penyerap yang lebih terbuka setelah aktivasi fisika dengan pemanasan dibandingkan dengan sebelum aktivasi. Selain ini juga dilakukan uji SEM pada pembesaran 3000x dengan hasil penampakan pori-pori karbon aktif kulit pisang (Musa acuminate L) sebelum aktivasi dan setelah aktivasi. Hasil data SEM setelah dilakukan uji emisi pada kendaraan bermotor diperlihat pada Gambar 6. A42

6 A B C Gambar 6. Hasil uji SEM sorben kulit pisang (Musa acuminate L) (a) Sebelum aktivasi; (b) Setelah aktivasi; (c) Setelah uji emisi Kesimpulan Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik arang aktif kulit pisang (Musa acuminate L) masih memenuhi SNI No dengan daya adsorpsi tertinggi terhadap Iodine mencapai 888,37 mg/g. Hasil spektra FT-IR, arang aktif yang dihasilkan memiliki spektra pita serapan pada bilangan gelombang cm -1 muncul vibrasi ulur pada gugus C- H dengan intensitas 92,50. Uji emisi gas buang kendaraan bermotor menggunakan karbon aktif yang dicetak dan diaktivasi secara fisika menunjukkan tingkat penyerapan emisi CO dan SO2 mencapai 100 % dengan penurunan signifikan dari gas buang CO dari 2187 ppm menjadi 0 ppm setelah penyerapan selama 5 menit. Ucapan Terimakasih Tim peneliti mengucapkan terima kasih kepada KEMENRISTEKDIKTI yang telah memberikan bantuan dana penelitian melalui DIPA Kopertis XIII Tahun 2016 dalam skim Hibah Produk Terapan. Daftar Pustaka Anonimous. (2006). Strategi dan Rencana Aksi Nasional Peningkatan Kualitas Udara. BAPPENAS. Adinata, M.R. (2013). Pemanfaatan Limbah Kulit Pisang sebagai Karbon Aktif, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional, Jawa Timur. A43

7 Borhan, A., Thangamuthu, S., Taha, M.F., Ramdan, A.N. (2014). Development of activated carbon derived from banana peel for CO2 Removal, AIP Conference Proceeding, 1674(1), / Ihrom, A., dan Sulistyarsi, A, (2015). Biomonitoing pencemaran udara menggunakan bioindikator Lichenes di Kota Madiun, Florea, 2(2): SNI 1995, Arang Aktif Teknis, Standar Nasional Indonesia,No , Departemen Perindustrian RI: hal Sutardi, T. (2008). Teknik Pengukuran Udara Ambien. URL: article.php?articleid=97 A44