Design and Applicafion of Technology 2003
Pembuatan katalis dari abu terbang untuk pirolisis plastik menjadi bahan bakar cair )leike Jonathan , Hokliansyah, Sandv Budi Hartono dan Suryadi Ismadji Jurusan Teknik Kimia Fal.ultas Teknik Universitas Katolik \\ridya Mandala surabaya, Jl.Kal4udan 37. Surabaya-601 14, Indonesia
I. PENDAITULUAN Tingkat pertumbuhan kesejahteraan dalam masyarakat modem selama beberapa dekade membawa peningkatan yang besar dalam produksi berbagai macam komoditas. Plasik merupakan salah satu bahan dengan Pertumbuhan yang capat karena dipergunakan secara luas seperti: peralatan rumah tangg4 pertanian, kontruksi, pengemasar\ dan lainlain [l] Bahan-bahan yang rerbuat dari plastik ini, bila relah rusak atau :€lesai dig'n316 akan dibuang sebagai sampah. Sampah plastik berbeda dengan sampah organik, sampah tlastik tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme di dalam tanah sehingga akin rn.-niudi ruri", Fencemaran lingkungan [2]. Berbagai altematif untuk mengolah sampah plasrik yairu penimbuna-n di dalam 'znah (7 5%) dan pembakaran dengan energi yang diperoleh kembali (147o). pembakaran merupakan altematil untuk mengurangi sarnpah. pembakaran yang menghasilkan partikel padat & gas diatur dingan -n€raturar daerah untuk mengontrol lingkungan. Pembakaran sering dipertanyakan kareni berbagai mac-arn gas yang dihasilkan (dioxins, furrans, PCBs, dan lain-lain) bersifat racun . Altematif lain yaitg: pe-nimbunarq
:etapi
lahan yang tersedia untuk penimbunan sampah plasik sangat terbatas. Altematif yang uituk mengurangi dampak tingkungan dari sampah plastik;dalah pembuatan plasik yang
dipertimbangkan
rapat di daur ulang. Daur ulang sampah dapat dilal,-ukan dengan 2 cara yaitu: daur ulang mekanis bertujuan untuk mengubah kembali bahan baL-u plastik yang dapat dipakai. Plasik hasil daur ulang-biasanya diolah lagi iarena kualitasnya rendah. Daur ulang bahan baku dapat dilal-ukan dengan mengubah sampah plasik nrenjadi senyawa kimia yang berguna atau bahan bakar. Daur ulang bahan bakT dari ompah plastik menjadi la-han bakar dengan pemecahan katalis telah dipelajari oleh beberapa peneliti yang Katalis dapat tll. digunakan untuk mengubah sampah plastik menjadi bahan bakar cair ant".i lain fZfr4-s i*fi't" 1i1 , "auful .tmorphous Siq-AlrO3 dan MCM4I [4]. Katslis-katalis tersebut di atas biaya bahan balu & pembuatannya a[:up maha.l, sehingga dicari altematifbahan katalis lain yang cukup murah yaitu dengan abu terLang.
2.
TINJAUAN PUSTAKA
Pirolisis juga sering disebut cracking merupakan proses pemecahan suatu senyawa dengan rantai ?anjang untuk memperkecil berat molekul hidrokarbon dengan memutuskan ikatan molekulnyi. proses --racking dibagl menjadi thermal cracking, yaltu crackirrg dengan perlakuan panas dan cotalytii crackitrg, ',utu cra'cking dengan bantuan katalis [5].pirolisis sangat cocok untuk memperoleh bahan bakar minvak dan -.endapatkan kembali monomer dari sarnpah plastik, di samping itu jugi pirolisis mempunyai beberapa relebihan dibandingkan dengan teknologi pembakaran karena dapat mengurangi potusi. Teknologi piroliiis .-,r lebih menarik dibanding teknologi yang lain bagi beberapa negaru yang mengrmpor minla[ aatam .:mlah besar karena pirolisis dapat membuar minyak ringan yang dapat digunakan iecara Jangsung untuk :alan bakar industri [6].Hasil pirolisis berupa gas, cair dan padatan yang sering disebut char. Prrolisis mempunyai beberapa keuntungan artara lain [7]: I mempunyai polensi yang tinggi untuk proses daur ulang 2 efisiensi proses yang tinggi
3
menguraikan padatan karbon ke dalam gas-gas yang mudah terbakar.
]. ITETODOLOGI PERCOBAAN J.l. Rancsngan Percobaan Dalam percobaan ini, bahan baku yang digunakan berupa batubara yang dibakar di dalam muflle sehingga terbentuk abu yang digunakan sebagai bahan baku pembuad katalis. Abu yang telah :erbentuk kemudian dicampur dengan larutan basa dengan perbandingan konsentrasi tertentu, selaijutnya :-rmace,
Surabaya, June
3f
2003
63
Design and Application of Technolopt 2M3
disaring dan dikeringkan. Xatalis abu yang lerbeotuk dicampur dengan sampal plasrik (botoygelas air mine.al) dan dipirolisis Dalam percobaan ini lamtan basa ysng digunakan adabn NaOH, KOH dan Ca(OH)t dengan tonsentrasi iM, 2Nt dan lM unluk variasi peftandingan jumlah nassa abu rerbang 3.2. Brhan Sanpah pLasrik (botol / gelas air mineral)
. . .
. '
NaOH
KOH
ca(oH): Batubara
3J. Alrt dan Rrngk
iln rlat
J.3.1. Alat Seperangkat alat pirolisis Oven / mufi'le fumac€ Beaker Class Batang pengaduk Nemca amlitis
. . . . .
3.3.2. Rmskaian alat
Keteranga!
L 2 3 4 5. 6.
Gambar 3.1. Pro!€dur
l.
4) 5)
6) ?)
Hopper Jacket
Kondensor Penampung
tsr
Penanpung
gs
Railgkaian alal pirolisis
P.ncliti|n
3.1.l. Penbwt& katalis I ) B6tub6o dibalar di dalam muFle fumace ssmpai
2) 3)
:
Tempat sampel
te6ent*
abu
Abu fang sudah te6€ntul dimaiukkan ke dalam desikator Dibual larutan NaOH d€ngan konsentrasi yang berbeda D€ngan csra menimbang terlebih dalulu NaOH sebatyak Iram dengrs,r nera.a kasar NaOH yang sudah ditin$ar8 kemudian dilarutkan dengan aquades sebanyak ml Abu lerb&U dengan larutan basa yang telah dibuar kemudiao dicampur In€rl.jadi satu di dalam be-aker glass Kemudiar didiankan selama I hari Campuran abu deogan laruian basa s€lanjotnl€ disarin& dan dikenngkan. Pe.c.barn diulangi untuk s€nyaws basa yang lain
kzltkilan l.1tlt lis abu Alat dirangkei dengan benar dan dikencanSkan denaan l€m silicon yang taian panas Penranas dihidupkm dan $rhu diatur, kenudian ditwggu sampai suhu konshn Sampah plastjk dan kalalis abu drcampLrr dengan perbandingan 9:l kemudian diflusukkan
3 1.2. PenguJian
) 2) :l) t
le
dalanr
hopper.
drr
4)
Bahan volatile yang terbeotuk ditahpung pada penampuflg tar,
5) 6)
tetkondensasi be.upa gas ekan ditampung pada penampmg gas Pros€s dihentikan bila ddak ads lagi 1ar maupun gas yang rerbentuk Setelah pros€s selesai, retort dibuka dar dibersihkr\ yang diperoleh
tlr
sebaSien y&ng l;dak
dicad volumentr
dan
diuhr de$it&snya
Surabaya, June
3f
2003
64
:t Design and Appllcation of Technologt 2003
{. HASIL Pf,RCOBAAN DAN Pf,MBAIL{SAN {.1. Hasil percobran 0.8 0.7
06 0.5 0.1
'+r'I'bH ]+-.on
0.3
.#Ca(OH)2
02 01 0
1.5 {.1 konsertrrsi
2
lqlyrwl
2.5
bala (M)
hubungan antara konsentrasi senyawa basa dergan % yield liquid pada p€dandingan 1:6
FN"oH
I
]-+-ron r=!"(q!02
konsentrrsi s€nyrwa basa (M) Gambar
I
hubungan anlara konsenlrasi s€nyalva basa dengan % yield liquid pada perbandinean
Snabayo, June
3F
2003
t:9
65
I
Detign and Application of Technologt 2003
;
kon*trrr{ri *iia$ r Gambal .1.2.
4
basa
(Mi
bubungan snlara konsenlrasi senyawa basa dengan % yield liquid pada perbandingan 2 5
Pembahasao
Pada percobaan pembualan ka.al;s abu terbang dengan me.ggunakan larutan Ca(OrDr, NaOH dsn proses pirolisis yang menggunalan kalalis unruk meftperoleh jumlal tar yang lebih ban-vak f ang alan digunakan sebagai bahan bakar can.
KOH Dalam
Dalarn percobaan digunalan katatis untuk m€mbandingkamya dengan percobaan lanpa
menggunakan katalis. Pirolisis plastik dengan menggunatan katalis m€nperolel tar tebih baryak daripada t"npa katalis Hal ini djsebabkan karena katalis untuk mencegai teia llya secondary crucking sehingga menurunkan €nergi akivasi dan menurunkan suhu. Pada suhu 500 oC plastik a](an terurai menjadi gas karena qengan suhu yanS tinggi leld gas yang dihasiltrn brnyak pula Dalsm p€rcoba"n ini produ-k yaag diinginkafl &r; pirolisis plaslik adalah produk c6ir sebab produk cair tersebllt dapar digunalan s€bagai bahan bakar can Oleh sebab itu katalis sangat berperan untuk m€ningkatk-an hasil tar niquid )"n8 diiryin-kan dengan msnp€rk€cil produk gas
Pada pembustan katatis dengan mengguna.kan lsrutan Ca(OH)?. NaOH dan KOH dapar dilihat bahwa katalis dengan laruran Ca(OH), dapat menghasilkan produk cair yang tebih baryak dib;ndingkan dengan katalis yanS menggunakar NaOH mxpun KOH. ttal ini disebabkan karens rnudah menernpelnyi ion Ca" daripada io, Ns' dan K- pada p€rrnukaan abu rerbang Dengan banyaknya ion Ca1'yang nenempel pada pennukaan abu terbang dap memberikan keefekifan kara.lis yang tebih besar dalam memperoteh yield liquid pada proses pirolisis tsila dilihat dan kons€ntBsi laruran. maka senrakin tinegi konsentrasi laruran, semakin banyak tunrtah ion Ca' yang terdapai-dalam larutan tersebut DenSan semakin banyaloya jurnlah ion Ca? maka -sehingga semakin banys-k pula ion Ca'? yang mencmpel pada pirmukaan abu t;rbang mernbenkan keeitkrifan katalis yang lebih be$r. Pada p€Lcobaan menggunakan I pedandingrn yairu t:9, l:6 dan 2:5 untuk membandingkan produk cair yang dihasilkan SemaHn banyak jumlah plastik maka semali. banyak pula peruraian rnol;kul ;ol;mer menjadi senyawa yang le$h sederhana daiam pros€s pirotisis. Dapai dilihar dari gra6k, pada perbandingan I 9 menShasilkan yield liquid yang lebih banyak dibandingkan dengan perbandingan l:6 dan 2:s
5. KESINTPULAN Hasil percobaan prolisis sampah plasrik dengan mengSunakan katalis abu terbang dapat djsimpulkan
. . .
k
talis abu terbang dapat dipergrnak n unruk pirolisis plasrik nerShasitk n balBn bakar carr Ca(OH): menghasilkan produk liquid yang lebih banyak dibandingkan NaOH dan KOH Perbandinsan l:9 rnenghasilk"n produk liquid yang lebih banyak
Surabaya, ,lune 3dh 2003
66
Deign and Application of Technologt 2003
R.[,FERENSI
[l I
Sernno D P, Aquado J. Escola
calalvsts . Ind Ens
[:] High densil! ll t,142 Gatbnh
A,\
J
M. "Cata\'tic Cracking ofa polvolefin nixture ove' ditrerent acid solid
Che Res 2000.39.1 177- 1 184 LinYH. Sharrat P N, D{yerJ,
P.oduction oi hYdroca.bons bl' catalvlic deSradation of polyerhr-lene in a laboraiory nuidisied-bed reaclor". Applied Catalvsis A General 169 (199E)
polvethvlene over a }IZSM{31 Shanat P N. iin Y.H. "lnvesligation ofthe catal}'l;c pyrolisis ofhigh-densitv 5 catalyst in a laboratory fluidiied-bed reador", lnd Eng Chem Res 1997.36.5118-5124 [4] Aeuado J. sotelo J L, Senano D P. Calles.J EscolaJM, Catal]tic Conversion of polvolefi's into
ilqUa
f""t, ou".
A
MCM-41: Cornparison with ZSNI-s and amorphous Sio,-Al,O3"' Energv
Fuels, 1997,1 I,1225-1231 [5] Herawati.s,"pnolisis sampan phstik', tahun
[6] ny
[7]
[,
and
lII, hal3-4. Jumal I?TEK ITI, rtaJet'1996 Kim D.c,"brolisis of waste Plastics Using Synthesized Calalvsts from no
Chung.s H, Park J I, Jeon.S.G, Ash ',Korea lnstitute of Energy Resstclr305-143,
Manin.E.J
&
I
999
Johnson.J H."Hazardous Waste Managemenl Enginsering', pp 282-283 V^n Nostrand
Reiflhold Company, New York,l987
Surabaya, June
3(
2003
i \.I LT\ ()F ENCINEERINC \\iidva Mandala Surabaya (.erhoLic L nilcrsrn'
NATIONAL CONFERENCE
proceeding of
IIESIEN ANII APPIIGATION OF TEEHNOIOIiY
'J'n
.l,{.rao
ues
oE!
pueJ'r(I 'sn!luernrl puel o'qd '3tpr8ip.Y puBJ'c'qd 'rt3 pu8:) o'qd !0uEsrlr.!-s
'o'rtJ'rol
'o rtJ ruea"l4$ 'C'qd'!lpsutrt Pfrrpnss,{rsH
'o'qd
}'d'{
'$Gl!lFI
s)Jlt!ruruo)
uBrurrEqJ - o qd'o)ofusrd saoDtturuol 3nE
f00Z ,i?olouqJJI Jo uortBrrlddY plr 0JualaJuo-) arlr Jo
x
std!
LzL-ztll
rqrq ulqlq ltrp tuF
lltnft
|Iou{rd.pGqrqqqnoft.dFc' lqtu€fid ql-
or*rp .@q ror@ tu444
BFquDd up?
't@
,lriuu ur!nul..
otP
@p
tu
It
t
t. t @thH
Fe rF
{of,lx u.p HO) JrorN
!oq4 !qu6 nrrq-
Qdst 'P'\atr
Ex
rm .oF E\n!€frE! qq 1i,6 4anrctw
drp aa4DH
xoiF P[ pqoF turl Fiq
LdsP
ut
&DLt @pr e7 +Da'\ 04 'witrur Goplodd qF-RJ.drv u6.D ( r.llqdq
4r6t
sDip.rdIrlfuEEd{'PmduMJouot@-
lnFaSauf t4q rur
@
uogtrt unrrtuld
$ord
u
duh\ dtltq t yqq! 4.
d 3e
!\wr
qpr unRl"Dii rp oriiu
ryadrs une
,qu
w] ma rLdy o11w
'
|biu"E|1!,,|'?fuY4d'n'!NB'o'@/ utr rtr elL!,p lprd Deo)woP dr ''rc oduP|oudlJnpqniujlntrn'rdorc lI!)D
