BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Konversi Sampah Plastik Menjadi Bahan Bakar Minyak Das, S. Dan Pande 2007, Telah mengkonversi sampah plastik menjadi bahan bakar minyak termasuk daur ulang tersier. Merubah sampah plastik menjadi bahan bakar minyak dapat dilakukan dengan proses cracking ( perekahan ). Cracking adalah proses memecah rantai polimer menjadi senyawa dengan berat molekul yang lebih rendah. Hasil dari proses cracking plastik ini dapat diguna sebagai bahan kimia atau bahan bakar. Ada tiga macam proses cracking yaitu hidro cracking, thermal cracking dan catalytic cracking. Hidro cracking Hidro cracking adalah proses cracking dengan mereaksikan plastik dengan hidrogen di dalam wadah tertutup yang dilengkapi dengan pengaduk pada temperatur antara 423 673 K dan tekanan hidrogen 3 10 MPa. Dalam proses hydrocracking ini dibantu dengan katalis. Untuk membantu pencapuran dan reaksi biasanya digunakan bahan pelarut 1-methyl naphtalene, tetralin dan decalin. Beberapa katalis yang sudah diteliti antara lain alumina, amorphous silica alumina, zeolite dan sulphate zirconia. Penelitian tentang proses hydrocracking ini antara lain telah dilakukan oleh Rodiansono (2005) yang melakukan penelitian hydro cracking sampah 10
plastik polipropilena menjadi bensin (hidrokarbon C5-C12) menggunakan katalis NiMo/Zeolit dan NiMo/Zeolit-Nb2O5. Proses hydro cracking dilakukan dalam reaktor semi alir (semi flow-fixed bed reactor) pada temperatur 300, 360, dan 400 C; dengan laju alir gas hidrogen 150 ml/jam. Uji aktivitas katalis NiMo/zeolite yang menghasilkan selektivitas produk C7-C8 tertinggi dicapai pada temperatur 360 C dan rasio katalis/umpan 0,5. Kinerja katalis NiMo/zeolit menurun setelah pemakaian beberapa kali, tetapi dengan proses regenerasi kinerjanya bisa dikembalikan lagi. Daryoso dkk (2012), melakukan penelitian tentang pengolahan sampah plastik jenis polietilen dengan metode hydro cracking menggunakan katalis NiMo/zeolite. Hydro cracking dilakukan dengan variasi perbandingan katalis/bahan plastik 1:4, 2:4, 3:4, dan temperatur prosesnya diatur 350 C, 400 C, 450 C, 500 C, 550 C selama 2 jam. Purwanti Ani dan Sumarni 2009, telah melakukan pirolisis potongan plastik LDPE. Suhu operasi pirolisis berkisar antara 400-600 o C. Jumlah produk yang dihasilkan berbanding lurus dengan kenaikan suhu serta lama proses berlangsung. Sedangkan padatan atau arang semakin sedikit dengan adanya kenaikan suhu dan waktu proses. Pirolisis plastik yang pernah dilakukan oleh Purwanti adalah dari 100 gram kantung plastik yang diolah pada suhu 400 o C dalam waktu dua jam, diperoleh cairan mirip minyak bumi sekitar 75 gram. Adapun gas bakar yang didapat mencapai 116 ml per gram plastik bekas. Adanya kelemahan sistem batch, maka dikembangkan sistem "sinambung", dengan konstruksi agak berbeda. Pemanasan dilakukan dengan listrik, dibantu dengan nyala gas hasil pirolisis, dan sistem pendingin ditingkatkan. Pada proses ini, hasil cair yang diperoleh 79%-83% dari berat plastik yang dimasukkan ke dalam 11
reaktor pirolisis, dengan panas dari luar yang dapat dikurangi 10%-15%, Berdasarkan analisa yang pernah dilakukan Lembaga Minyak dan Gas Bumi (Lemigas), minyak dari plastik bekas ini memiliki sifat tidak jenuh. Artinya, perbandingan antara karbon dan hidrogen tidak seimbang sehingga ada mata rantai yang tidak terisi. Minyak berwarna kuning kecokelatan, tetapi sudah bisa untuk bahan bakar kompor atau obor. Dari penelitian tersebut diketahui bahwa Katalis Ni Mo/Zeolit Alam yang telah dipreparasi berperan dalam proses hidrorengkah sampah polietilen menghasilkan produk hidrorengkah dengan rantai hidrokarbon yang pendek.rasio massa katalis Ni- Mo/Zeolit alam dengan umpan optimum yang menghasilkan konversi sampah polietilen paling besar didapat pada perbandingan 3 : 4 yaitu sebesar 8,032 %. Temperatur optimum yang menghasilkan konversi sampah polietilen paling besar diperoleh pada temperatur 500 C yaitu sebesar 1,334 %. 12
2.2 Pengertian Plastik Plastik adalah salah satu jenis makromolekul yang dibentuk dengan proses polimerisasi. Polimerisasi adalah proses penggabungan beberapa molekul sederhana (monomer) melalui proses kimia menjadi molekul besar (makromolekul atau polimer). Plastik merupakan senyawa polimer yang unsur penyusun utamanya adalah Karbon dan Hidrogen. Untuk membuat plastik, salah satu bahan baku yang sering digunakan adalah Naphta, yaitu bahan yang dihasilkan dari penyulingan minyak bumi atau gas alam. Plastik digolongkan menjadi beberapa golongan berdasarkan sifatnya antara lain : 1. Termoplastik. Merupakan jenis plastik yang bisa didaur ulang/dicetak lagi dengan proses pemanasan ulang. Contoh: polietilen (PE), polistiren (PS), ABS, polikarbonat (PC) 2. Termoset. Merupakan jenis plastik yang tidak bisa didaur ulang/dicetak lagi. Pemanasan ulang akan menyebabkan kerusakan molekul molekulnya. Contoh: resin epoksi, bakelit, resin melamin, urea formaldehida. 2.3 Sifat Thermal Bahan Plastik Bahan Plastik Pengetahuan sifat thermal dari berbagai jenis plastik sangat penting dalam proses pembuatan dan daur ulang plastik. Sifat-sifat thermal yang penting adalah titik lebur (Tm), temperatur transisi (Tg) dan temperatur dekomposisi. Temperatur transisi adalah temperatur di mana plastik mengalami perengganan struktur sehingga terjadi perubahan dari kondisi kaku menjadi lebih fleksibel. Di atas titik lebur, plastik mengalami pembesaran volume sehingga molekul bergerak lebih bebas yang ditandai dengan peningkatan kelenturannya.temperatur lebur adalah temperatur di mana plastik mulai melunak dan berubah menjadi cair. Temperatur dekomposisi merupakan batasan 13
dari proses pencairan. Jika suhu dinaikkan di atas temperatur lebur, plastik akan mudah mengalir dan struktur akan mengalami dekomposisi. Dekomposisi terjadi karena energi thermal melampaui energi yang mengikat rantai molekul. Secara umum polimer akan mengalami dekomposisi pada suhu di atas 1,5 kali dari temperatur transisinya, Data sifat termal yang penting pada proses daur ulang plastic. Tabel 2. Data Temperatur Transisi Dan Temperatur Lebur Plastik Jenis Bahan T m (ºC) T g (ºC) Temperatur kerja maks. (ºC) PP 168-175 -20 81-100 HDPE 130-137 59-110 LDPE 98-115 -20 100-220 PA 260 50 100 PET 245-265 73 80 65 ABS 110 85 PS 74 105 50-85 PMMA 85 105 50-90 PC 150 246 PVC 75 105 85-100 Sumber : Das, S. Dan Pande 2007 14
2.4 Jenis Plastik dan Kegunaannya Plastik dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu thermoplastic dan termosetting. Thermoplastic adalh bahan plastik yang jika dipanaskan sampai temperatur tertentu, akan mencair dan dapat dibentuk kembali menjadi bentuk yang diinginkan. Sedangkan thermosettingadalah plastik yang jika telah dibuat dalam bentuk padat, tidak dapat dicairkan kembali dengan cara dipanaskan. Berdasarkan sifat kedua kelompok plastik diatas, thermoplastik adalah jenis yang memungkinkan untuk didaur ulang. Jenis plastik yang dapat didaur ulang diberi kode berupa nomor untuk memudahkan dalam mengidentifikasi dan penggunaaan.adapun kode dan nomor dalam mengindentifikasi dan pengunaanya (lihat tabel 2). 15
Tabel 3. Jenis- Jenis Plastik, Kode Dan Penggunaanya No Kode Jenis Plastik Penggunaanya Logo Biasa dipakai untuk botol plastik berwarna 1 PETE/PET (Polyethylene Terephthalate ) jernih, tembus pandang / transparan seperti botol air mineral, botol minuman, botol jus, botol minyak goreng, botol kecap, botol sambal, dan hampir semua botol minuman lainnya. Biasa dipakai untuk botol kosmestik, botol 2 HDPE (High Density Polyethylene) obat, botol minuman, botol susu yang berwarna putih susu, tupperware, galon air minum, kursi lipat, dan jerigen pelumas. Bisa ditemukan pada plastik pembungkus ( 3 PVC (Polyvinyl Chloride) cling wrap ), untuk mainan, selang, pipa bangunan, taplak meja plastik, botol kecap, botol sambal, botol sampo. Banyak dipakai untuk tutup plastik, kantong/tas 4 LDPE (Low Density Polyethylene ) kresek dan plastik tipis lainnya. Jenis ini adalah pilihan bahan plastik terbaik, 5 PP (Polypropylene) terutama untuk tempat makanan dan minuman seperti tempat menyimpan makanan, tutup botol, cup plastik, mainan anak, botol minum 16
dan terpenting botol minum untuk bayi. Biasanya dipakai sebagai bahan tempat makan 6 PS ( Polystyrene ) styrofoam, tempat minum sekali pakai seperti sendok, garpu gelas, dan lain-lain. Biasanya terdapat pada mangkuk mixer, 7 PC (polycarbonate) pembungkus termos, piring, alat makan, penyaring kopi, sikat gigi, dapat ditemukan pada botol susu bayi, gelas anak batita ( sippy cup ), botol minum polikarbonat, dan kaleng kemasan makanan dan minuman, termasuk kaleng susu formula. Apa yang harus kita lakukan setelah mengetahui informasi jenis plasrik tersebut? Kita harus lebih bijak dalam memilih dan menggunakan kemasan-kemasan yang terbuat dari plastik, khususnya plastik dengan kode 1, 3, 6, dan 7 ( khususnya polycarbonate ), seluruhnya memiliki bahaya secara kimiawi. Tetapi kemasan plastik dengan kode 2, 4, 5, dan 7 ( kecuali polycarbonate ) bukan berarti bahwa plastik dengan kode tersebut secara utuh aman, namun perlu dipelajari lebih jauh lagi. Bila tidak ada kode plastik pada kemasan tersebut, atau bila tipe plastik tidak jelas ( misalnya pada kode 7, di mana tidak selamanya berupa polycarbonate ), cara terbaik yang paling aman adalah menghubungi produsennya dan menanyakan mereka tentang tipe plastik yang digunakan untuk membuat produk tersebut. 17
Selain itu anda juga dapat melakukan langkah-langkah seperti di bawah ini: 1. Cegah penggunaan botol susu bayi dan cangkir bayi ( dengan lubang penghisapnya ) berbahan polycarbonate, cobalah pilih dan gunakan botol susu bayi berbahan kaca,polyethylene, atau polypropylene. Gunakanlah cangkir bayi berbahan stainless steel,polypropylene, atau polyethylene. Untuk dot, gunakanlah yang berbahan silikon, karena tidak akan mengeluarkan zat karsinogenik sebagaimana pada dot berbahan latex. 2. Jika penggunaan plastik berbahan polycarbonate tidak dapat dicegah, janganlah menyimpan air minum ataupun makanan dalam keadaan panas. 3. Hindari penggunaan botol plastik untuk menyimpan air minum. Jika penggunaan botol plastik berbahan PET ( kode 1 ) dan HDPE ( kode 2 ), tidak dapat dicegah, gunakanlah hanya sekali pakai dan segera dihabiskan karena pelepasan senyawa antimoni trioksida terus meningkat seiring waktu. Bahan alternatif yang dapat digunakan adalah botol stainless steel atau kaca. 4. Cegahlah memanaskan makanan yang dikemas dalam plastik, khususnya padamicrowave oven, yang dapat mengakibatkan zat kimia yang terdapat pada plastik tersebut terlepas dan bereaksi dengan makanan lebih cepat. Hal ini pun dapat terjadi bila kemasan plastik digunakan untuk mengemas makanan berminyak atau berlemak. 5. Bungkuslah terlebih dahulu makanan dengan daun pisang atau kertas sebelum dibungkus dengan plastik pembungkus ketika akan dipanaskan di microwave oven. 18
6. Cobalah untuk menggunakan kemasan berbahan kain untuk membawa sayuran, makanan, ataupun belanjaan dan gunakanlah kemasan berbahan stainless steel atau kaca untuk menyimpan makanan atau minuman 7. Cegah penggunaan piring dan alat makan plastik untuk masakan. Gunakanlah alat makan berbahan stainless steel, kaca, keramik, dan kayu. 8. Terapkan, sebarkan dan ajaklah setiap orang di lingkungan rumah, kantor, sekolah, kampus, dan di manapun untuk mengetahui informasi ini dan mengimplementasikannya dalam kehidupan sehari-hari. 2.5 Rumus Tekanan Dalam Tabung Reaktor Untuk mencari berbandigan tekanan awal dalam dan tekanan akhir tabung. Memerlukan rumus sebagai brikut dengan hukum gay lusacc: ଵ. ଵ ଵ ଶ. ଶ = ଶ 2? = P1. T2 T1 Keterangan : P1 =Tekanan awal T1 = Temperatur awal P2 = Tekanan akhir T2 = Temperatur akhir V1= Volume satu V2= Volume dua 19
2.6 Kegunaan plastik antara lain : Tabel 4. Jenis Plastik untuk Kegunaan Umum NO Jenis plastik kegunaanya untuk kemasan makanan, perabotan rumah tangga 1 Polypropylene (PP) dan bemper. untuk kemasan sabun, kemasan makanan, cangkir 2 Polystyrene (PS) yang siap untuk di buang, piring, tempat/kotak CD dan kaset. digunakan untuk kemasan makanan dan cangkir 3 Polystyrene Pengaruh yang di jual secara keliling. Tinggi / High Impact Polystyrene (HIPS) digunakan sebagai rangka/casing peralatan 4 Acrylic Butadien Styrene (ABS) elektronik, misal-nya adalah monitor komputer, printer, keyboard dan pipa saluran. digunakan untuk botol minuman carbonate, film 5 Plyethylene terephthalate atau klise plastik dan kemasan microwave. (PET) digunakan sebagai fiber dan campuran dalam 6 Polyester (PES) textile. digunakan sebagai pipa atau pancuran ledeng, 7 Polyamide ( PA / Nylon) bingkai jendela dan lantai. digunakan sebagai karet busa bantal, karet busa 20
8 Polyurethanes (PU) insulasi thermal, lapisan permukaan, roller mesin cetak (biasanya menggunakan bahan plastik, dan biasanya terdapat pada mobil). digunakan sebagai compact disc, kacamata, 9 Polycarbonate (PC) perisai, jendela pengaman, lampu lalu lintas dan lensa. digunakan sesuai dalam kemasan makanan. 10 Polyvinyldene chloride (PVDC) digunakan sebagai aneka kantong plastik 11 Polyethylene (PE) mencakup tas supermarket, botol plastik, dll. digunakan sebagai campuran PC dengan ABS 12 Polycarbonate / yang menghasilkan plastik sangat kuat, digunakan Acrylonitrile Styrene (PC/ABS) Butadiene pada komponen interior dan eksterior mobil, dan untuk bahan mobile phone. Tabel 5. Jenis Plastik Untuk Kegunaan Khusus No Jenis plastic kegunaanya digunakan sebagai lensa kontak, kaca jendela 1 Polymethyl methacrylate (PMMA) (jenis kaca jendela yang sudah dikenal terdiri dari beberapa merek dagang di seluruh dunia, ( misalnya : Perspex, Oroglas, Plexiglas ) 21
dan penutup lampu belakang mobil. digunakan sebagai lapisan tahan panas, 2 Polytetrafluoroethylene (PTFE) / Teflon pelapis antigores, permukaan non-stick untuk kipas, tape plumber dan slide air. digunakan sebagi thermoplastik tahan panas 3 Polyethereketone (PEEK) dan merupakan bahan kimia dan bersifat sangat kuat sehingga jenis plastik ini merupakan plastik yang digunakan dalam peralatan medis yang termasuk jenis plastik yang mempunyai harga dan nilai yang mahal. digunakan dalam industri-industri logam 4 Polyethermide ( PEI / Ultem) ) karena sangat tahan panas dan tidak meleleh. digunakan sebagai komponen insulasi pada 5 Phenolic ( PF / Phenol formaldehydes ) peralatan listrik, produk kertas lapis ( contoh : Formica ), karet busa, dll. digunakan sebagai bahan adhesive kayu ( 6 Urea-formaldehyde (UF) playwood, chipboard, hardboard ) dan tombol listrik di rumah. digunakan untuk cangkir keramik, piring, dan 7 Melamine formaldehyde (MF) mangkuk untuk anak-anak yang tidak mudah pecah dan lapisan permukaan atasnya di dekorasi untuk kertas lapis (contoh : Formica). adalah jenis plastik yang dapat di daur ulang, 22
8 Pollyactice acid (PLA) ramah lingkungan, alami, bersifat fermentasi dari berbagai hasil pertanian dan hasil daur ulang-nya dapat dibuat sebagai pupuk kompos. 2.7 Limbah LDPE dan Karakteristik Dari bermacam jenis plastik yang ada, Low density polyethylene (LDPE) merupakan yang paling aman digunakan. Kelebihan utamanya adalah sifat tahan terhadap suhu tinggi. Oleh karena itu, jenis plastik ini dipilih untuk bahan produk terutama perlengkapan rumah tangga seperti tempat makan, kantong kresek, wadah cetak dan botol susu. Meskipun aman, plastik jenis ini direkomendasikan hanya untuk sekali pakai. Jenis plastik berbahan Low density polyethylene lebih dikenal sebagai kantong kresek,tempat makan, wadah cetak, dll. jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya, fleksibel dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60 derajat celsius sangat resisten terhadap senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan tetapi kurang baik bagi gasgas yang lain seperti oksigen. Plastik ini dapat didaur ulang, baik untuk barang-barang yang memerlukan fleksibilitas tetapi kuat, dan memiliki resistensi yang baik terhadap reaksi kimia. Barang berbahan LDPE ini sulit dihancurkan, tetapi tetap baik untuk tempat makanan karena sulit bereaksi secara kimiawi dengan makanan yang dikemas dengan bahan ini. LDPE adalah Low Density Polyethylene resin yang liat, kuat dan kaku yang berasal dari minyak bumi, yang sering dibentuk dengan cara meniupnya. Rumus molekulnya adalah : ( CH2 CH2 )n. 23
Gambar 2. 3. Rumus Monomer Plastik LDPE merupakan plastik paling tinggi mutunya sehingga memiliki aplikasi yang luas, diantaranya: 1. Tas plastik 2. Botol 3. Kotak penyimpanan 4. mainan anak - anak 5. prangkat computer 6. wadah cetak 2.8 Daur ulang sampah plastik Daur ulang merupakan proses pengolahan kembali barang-barang yang dianggap sudah tidak mempunyai nilai ekonomis lagi melalui proses fisik maupun kimiawi atau kedua-duanya sehingga diperoleh produk yang dapat dimanfaatkan atau diperjualbelikan lagi. Daur ulang ( recycle ) sampah plastik dapat dibedakan menjadi empat cara yaitu daur ulang primer, daur ulang sekunder, daur ulang tersier dan daur ulang quarter. Daur ulang primer adalah daur ulang limbah plastik menjadi produk yang memiliki kualitas yang hampir setara dengan produk aslinya. Daur ulang cara ini dapat dilakukan pada sampah plastik yang bersih, tidak terkontaminasi dengan material lain dan terdiri dari satu jenis plastik saja. Daur ulang sekunder adalah daur ulang yang menghasilkan produk yang sejenis dengan produk aslinya tetapi dengan kualitas di 24
bawahnya.daur ulang tersier adalah daur ulang sampah plastik menjadi bahan kimia atau menjadi bahan bakar. Daur ulang quarter adalah proses untuk mendapatkan energi yang terkandung di dalam sampah plastic. Perbandingan energi yang terkandung dalam plastik dengan sumber- sumber energi lainnya dapat dilihat pada tabel 7 berikut: Tabel 6. Nilai Kalor Plastik Dan Bahan Lainnya Material Nilai Kalor ( J/kg ) Polyethylene 46,3 Polypropylene 46,4 Polyvinyl chloride 18,0 Polystyrene 41,4 Coal 24,3 Petrol 44,0 Diesel 43,0 Heavy fuel oil 41,1 Light fuel oil 41.9 LPGs 46,1 Kerosene 43,4 Sumber: Das dan Pande, 2007. 25
26