BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kehidupan masyarakat modern saat ini menempatkan plastik sebagai salah satu material utama penunjang kegiatan manusia. Plastik banyak digunakan sebagai kemasan maupun bahan baku dari industri seperti perlengkapan rumah tangga, elektronik, otomotif, kemasan produk makanan dan minuman serta kebutuhan pokok lainnya. Penggunaan plastik yang cenderung semakin meningkat tersebut akan menghasilkan limbah yang sangat besar dan bila tidak ada usaha untuk mengolah dan mendaur ulang (recycle) maka sangat berpotensi menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Plastik ditemukan pertama kali oleh Alexander Parkes di London, Inggris pada tahun 1892. Jenis plastik pertama kali yang ditemukan saat itu adalah parkesine. Pada saat ini sudah banyak sekali jenis plastik yang ditemukan untuk berbagai aplikasi di masyarakat, diantaranya adalah HDPE (High Density Polyethylene), LDPE (Low Density Polyethylene), PP (Polyprophylene), PS (Polystyrene), PET (Polyethylene Terepthalate) dan PVC (Polyvinyl Chloride). Pembuangan sampah plastik menjadi perhatian serius karena jumlahnya yang semakin meningkat dan menimbulkan efek negatif terhadap lingkungan. Sehingga sampah plastik harus dikelola dan diolah agar tidak mencemari lingkungan. Sebelum sampah plastik dapat diolah dan didaur ulang terlebih dahulu harus disortir. Selama tahun 1990-an the Society of the Plastics Industry di Amerika Serikat memperkenalkan kode yang sekarang digunakan oleh sebagian besar produsen. Kode terdiri dari simbol segitiga dengan nomor dan nama polimer yang disingkat. Polimer yang paling sering didaur ulang dan aplikasi mereka tercantum dalam Gambar 1.1. 1
2 Gambar 1.1 Recycling code dari plastik (http://www.tupperware.com.sg, 2013) Gambar 1.2 Komposisi limbah plastik pada Municipal Solid Waste (Scheirs dan Kaminsky, 2006) Pertumbuhan pemakaian plastik sangat tinggi, terutama dalam 50 tahun terakhir. Tercatat pada tahun 1950 jumlah konsumsi plastik masyarakat dunia sebesar 5 juta ton dan pada tahun 2010 jumlahnya meningkat dua puluh kali lipat menjadi sebesar 100 juta ton (UNEP, 2009). Di Indonesia, konsumsi produk plastik per kapita masih sekitar 10 kg/kapita/tahun (Inaplas, 2012). Potensi
3 peningkatan permintaan plastik di Indonesia masih cukup besar dengan kebutuhan produk plastik nasional sekitar 4,6 juta ton per tahun dan pertumbuhan rata-rata 5% per tahun. Porsi terbesar (40%) dari kebutuhan plastik Indonesia adalah untuk plastik kemasan. Tabel 1.1 Jumlah timbunan limbah berdasarkan jenisnya tahun 2008 (KNLH, 2008) Jenis Sampah Jumlah (juta Persentase ton/tahun) Sampah dapur 22,4 58% Sampah plastik 5.4 14% Sampah kertas 3,6 9% Sampah lainnya 2,2 5% Sampah kayu 1,4 4% Sampah kaca 0,7 2% Sampah karet 0,7 2% Sampah kain 0,7 2% Sampah metal 0,7 2% Sampah pasir 0,7 2% Total 38,5 100% Tabel 1.2 Produksi plastik di Indonesia antara 1996-1999 (Pusat Pengkajian dan penerapan teknologi Lingkungan (P3Tl)-BPPT dan ICS 2002).
4 Permintaan plastik kemasan terutama didorong oleh pertumbuhan industri makanan minuman (60%) dan fast moving consumer good (FMCG) lainnya. Persentase limbah plastik di Indonesia juga cukup besar, berkisar 14% dari total limbah padat yang dihasilkan. Tabel 1.1 menunjukan data persentase limbah padat berdasarkan jenisnya. Tabel 1.2 menunjukan produksi plastik di Indonesia yang memiliki trend terus meningkat dari tahun 1996 hingga 1999. Peningkatan pemakaian produk dari bahan dasar plastik yang cukup besar ini dikarenakan plastik dinilai mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan bahan lain, yaitu lebih ringan, cukup kuat, praktis, tahan lama, dan tahan air sehingga menjadikannya banyak dipilih konsumen. Meningkatnya konsumsi plastik masyarakat sebanding dengan meningkatnya jumlah limbah plastik yang dihasilkan. Limbah plastik ini dapat mengendap dalam jangka waktu yang sangat lama di dalam tanah karena sifatnya yang sulit untuk diuraikan. Butuh waktu yang sangat lama agar plastik bisa terdegradasi secara sempurna, berikut adalah data perbandingan waktu dekomposisi plastik yang diambil dari U.S National Park Service; Mote Marine Lab. Tabel 1.3 Data perbandingan waktu dekomposisi plastik (U.S National Park Service; Mote Marine Lab, 2010) Material Plastic Beverage Bottles Foamed Plastic Buoy Foamed Plastic Cups Plastic Film Container Plastic Bag Time 450 years 80 years 50 years 20-30 years 10-20 years Proses penguraian yang lama menyebabkan limbah plastik bisa terkubur hingga puluhan bahkan ratusan tahun dalam tanah oleh karena itu perlu adanya
5 tindakan untuk melakukan proses pengolahan limbah plastik dengan pemanfaatan kembali (reuse), mengurangi jumlahnya (reduce) dan daur ulang limbah menjadi produk yang memiliki nilai yang cukup tinggi (recycle) agar lingkungan dapat terjaga kelestariannya tanpa bahan pencemar. Limbah plastik biasanya ditimbun begitu saja di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA), hal ini dapat beresiko mencemari tanah, selain itu limbah plastik juga sering diproses dalam insinerator, hal ini bertujuan untuk mengurangi jumlah limbah plastik dengan cepat dan sebagai bahan baku pembangkit tenaga listrik, namun cara ini juga beresiko terhadap kesehatan (menghasilkan zat beracun seperti dioksin dan furan), mencemari lingkungan dan meningkatkan resiko terjadinya efek rumah kaca karena menghasilkan zat polutan seperti NO x, SO x, CO x, dan CO. Tabel 1.4 Rata-rata jenis plastik yang didaur ulang (www.plasticfreebottles.com, 2013) Sumber : www.plasticfreebottles.com Proses daur ulang limbah plastik melibatkan proses pengumpulan, pemisahan dan pemrosesan yang bertujuan untuk mengembalikannya ke masyarakat agar dapat digunakan kembali sebagai produk yang sama atau produk baru baik jenis maupun fungsinya (Lardinois dan Van de Klundert, 1995). Teknik
6 pengolahan limbah plastik bisa dilakukan dengan mechanical recycling (collecting, sorting, cleaning, drying, shredding, reclamation, pelleting dan lainlain), feedstock or chemical recycling (thermal cracking, pyrolysis, gasification, liquefaction dan lain-lain) dan energy recovery (converting waste plastic to oil dan incineration). Pengembangan metode yang hemat biaya dalam proses daur ulang limbah plastik akan memberikan banyak keuntungan. Untuk limbah plastik homogen proses daur ulang secara mekanis (atau fisik) merupakan metode yang lebih menguntungkan dari sisi ekonomi sedangkan untuk limbah plastik heterogen proses daur ulang kimiawi atau termal dapat lebih efisien diterapkan untuk pemulihan bahan kimia dasar dan energi (GAIKER-IVL dan KTH, 2005). Pirolisis merupakan teknik daur ulang limbah tersier atau teknik yang mampu mengkonversi limbah plastik menjadi bahan bakar, monomer, atau bahanberharga lainnya melalui proses degradasi termal dan katalitik (Scheirs dan Kaminsky, 2006). Metode ini dapat diterapkan untuk mengubah baik termoplastik dan termoset menjadi bahan bakar dan bahan kimia berkualitas tinggi. Selain itu proses ini memungkinkan menggunakan campuran plastik dan limbah plastik tanpa perlu dicuci atau dipilah terlebih dahulu sehingga lebih sederhana dan murah. Pirolisis dinilai sebagai salah satu metode terbaik karena selain dapat mengurangi sampah yang tidak dapat diuraikan (non-degradable waste), pirolisis juga dapat menghasilkan produk hidrokarbon yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Dalam proses pirolisis sering melibatkan katalisator yang berfungsi untuk menurunkan energi aktivasi perengkahan dan juga menyeleksi distribusi senyawa produk hidrokarbon yang dihasilkan. Ada beberapa jenis katalis yang biasa digunakan dalam proses pirolisis seperti katalis sintetis (ZSM, Y-zeolite, X- zeolite dan FCC) dan katalis alam (zeolite alam dan dolomite alam). Katalis sintetis cenderung mahal harganya sehingga tidak ekonomis. Katalis alam seperti zeolite dan dolomite lebih mudah didapat dan harganya relatif lebih murah. Di Indonesia sendiri banyak tersedia katalis alam, terutama di daerah Klaten, Malang, Wonosari dan Sukabumi.
7 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana pengaruh massa katalis zeolit alam yang digunakan pada proses pirolisis plastik terhadap kuantitas (solid, cair dan gas) dan properties produk cair (meliputi specific gravity,kinematic viscosity, flash point, pour point, heating value dan carbon number distribution serta impurities yang terkandung di dalam produk minyak nya? 2. Berapa besar laju produksi minyak yang dihasilkan dari proses pirolisis plastik LDPE menggunakan katalis zeolit alam tipe mordenite. 3. Bagaimana unjuk kerja kompor minyak bertekanan menggunakan bahan bakar campuran minyak pirolisis dan minyak tanah (kerosene) dengan menggunakan prosedur Water Boiling Test (WBT). 1.3 Batasan Masalah Penelitian ini akan dibatasi pada 1. Reaktor yang digunakan merupakan reaktor tipe batch yang dilapisi oleh isolator berupa semen tahan panas, glaswool dan alumunium foil sehingga kalor yang berada dalam reaktor diisolasi agar tidak banyak yang terbuang ke lingkungan (Adiabatis). 2. Takanan awal reaktor sebesar 1 atm dan laju aliran nitrogen 0,8 l/menit 3. Bahan baku yang digunakan limbah plastik LDPE dengan massa 2000 gram. 4. Analisis difokuskan pada produk cair atau minyak pirolisis saja. 5. Katalis yang digunakan zeolit alam tipe mordenite dengan penggunaan variasi massa katalis pada proses pirolisis sebesar 100 gram, 200 gram dan 300 gram untuk massa feedstock 2000 gram. Pengaruh katalis tipe zeolit alam tidak dibahas secara spesifik pada penelitian ini. 6. Pengujian WBT pada kompor minyak bertekanan dilakukan pada campuran minyak pirolisis plastik (WPO) dan kerosene, WPO murni dan kerosene murni.
8 7. Uji emisi dilakukan pada proses WBT meliputi CO, CO 2, NO x, dan SO 2 dengan mengacu pada staudar uji emisi menurut Permen ESDM No 47 Tahun 2006. 1.4 Tujuan Penelitian 1. Mengkonversi limbah plastik LDPE menjadi minyak/bahan bakar alternatif dengan metode pirolisis. 2. Mengetahui bagaimana pengaruh variasi massa katalis terhadap kuantitas produk pirolisis (solid, cair dan gas) dan properties produk cair (meliputi specific gravity, kinematic viscosity, flash point, pour point, heating value dan carbon number distribution serta impurities yang terkandung di dalam produk minyaknya? 3. Mengetahui nilai CFR (Catalis Feedstock Ratio) terbaik untuk proses pirolisis dengan variasi massa katalis. 4. Mengetahui unjuk kerja bahan bakar minyak pirolisis plastik (WPO) dan minyak tanah (kerosene) pada kompor minyak bertekanan. 5. Mengetahui emisi hasil pembakaran pada kompor minyak bertekanan. 1.5 Manfaat Penelitian 1. Mengetahui laju produksi proses pirolisis dan pengaruh variasi massa katalis zeolit alam terhadap kuantitas dan kualitas proses pirolisis. 2. Memberikan gambaran mengenai potensi pengaplikasian produk pirolisis di masyarakat. 3. Memberi sumbangan bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya pada bidang aplikasi sumber energi baru dan terbarukan sebagai bahan bakar.
9 1.6 Keaslian Penelitian Penelitian untuk mengkonversi limbah plastik menjadi bahan bakar melalui proses pirolisis sudah cukup banyak dilakukan, terutama dengan bahan baku limbah plastik LDPE. Penggunaan limbah plastik LDPE dikarenakan limbah plastik LDPE mudah dijumpai dan jumlahnya paling banyak dibanding limbah plastik lainnya. Penelitian pirolisis menggunakan katalis zeolite alam terutama tipe mordenite yang banyak dijumpai di Indonesia belum banyak diteliti. Penelitian ini menggunakan variasi massa katalis atau Catalyst Feedstock Ratio (CFR) sebesar 0,05, 0,10 dan 0,15. Minyak hasil pirolisis plastik (WPO) kemudian diuji dan diaplikasikan pada kompor minyak bertekanan dan dilakukan pengujian Water Boiling Test (WBT). Pengujian aplikasi minyak pirolisis plastik (WPO) sebagai bahan bakar pada kompor masih jarang diteliti. Bahan bakar yang diuji pada kompor minyak bertekanan merupakan campuran WPO dan kerosene serta WPO murni kemudian dibandingkan dengan bahan bakar kerosene murni. Pada pengujian WBT juga dilakukan pengujian emisi gas hasil pembakaran pada kompor minyak bertekanan sesuai Permen ESDM No. 47 Tahun 2006.