PERENGKAHAN TERMAL CAMPURAN SAMPAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA DAN KAYU BULIAN

ARTIKEL ILMIAH

PERENGKAHAN TERMAL CAMPURAN SAMPAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA DAN KAYU BULIAN (Eusideroxylon zwageri T. & B) MENGHASILKAN BAHAN BAKAR MINYAK

Oleh Ayu Rizky Nanda (A1C112007)

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS JAMBI JULI 2017

PERENGKAHAN TERMAL CAMPURAN SAMPAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA DAN KAYU BULIAN (Eusideroxylon zwageri T. & B) MENGHASILKAN BAHAN BAKAR MINYAK Oleh Ayu Rizky Nanda1, Nazarudin2, Syamsurizal2 1

2

Alumni Prodi Pendidikan Kimia, Jurusan PMIPA, FKIP Universitas Jambi Staf Pengajar Prodi Pendidikan Kimia, Jurusan PMIPA, FKIP Universitas Jambi e-mail: [email protected]

ABSTRAK Daur ulang sampah yang mengandung hidrokarbon rantai panjang dan berberat molekul besar menjadi bahan bakar minyak (BBM) dapat dilakukan dengan proses perengkahan. Sampah plastik Polipropilena (PP) dan sampah serbuk kayu bulian (Eusedroxylon zwageri T.&B) merupakan sampah yang memenuhi kreteria tersebut, sehingga sampaH plastik PP dan serbuk kayu bulian berpotensi untuk dibuah menjadi bbm melalui proses perengkahan termal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah perengkahan termal campuran sampah plastik PP dan serbuk kayu bulian dapat menghasilkan bahan bakar minyak. Serta, mengetahui pengaruh rasio dan suhu terhadap konversi cairan hasil perengkahan (CHP) termal. Penelitian ini dilakukan menggunakan reaktor semibatch dengan laju alir nitrogen yang dijaga konstan yaitu 5 mL/menit. Rasio yang yang digunakan dalam penelitian ini yaitu 0,5:1, 1:1, dan 1,5:1, pada variasi suhu yaitu, 4000C, 4500C, dan 5000C. Cairan hasil perengkahan (CHP) yang didapat selanjutnya dianalisa secara gravimetri. Sampel CHP dari konversi CHP yang tertinggi kemudian dianalisa menggunakan GC-MS. Sebagai perbandingan, kondisi reaksi yang menghasilkan konversi CHP tertinggi ini dipakai untuk melakukan perengkahan katalitik menggunakan katalis H-USY, dan CHP yang dihasilkan dianalisis juga menggunakan analisa gravimetri dan GC-MS. Analisa gravimetri menunjukkan bahwa kondisi reaksi dengan rasio sampel perbandingan sampah plastik PP dan serbuk kayu bulian di rasio 0,5:1 dan pada suhu 500 oC menghasilkan CHP dengan konversi CHP yang paling tinggi yaitu 40,4%. Sedangkan pada perengkahan katalitik pada kondisi yang sama, didapatkan konversi CHP sebesar 48,61%. Analisa GC-MS menunjukkan bahwa perengkahan termal campuran sampah plastik PP dan serbuk kayu terdapat beberapa senyawa yang mudah terbakar senyawa2-Butanamine (CAS) Sec-butylamine, acetic acid, Hydroxy acetone,2-Propen-1-ol (CAS) Allyl alcohol, dan 1,6-Heptadien-4-ol yang berpotensi sebagai bbm. Selain itu, dari analisa GC-MS diketahui bahwa di dalam CHP juga mengandung senyawa seperti 2-Butane1,4-diol, (Z)- dan2-Furancarboxaldehyde (CAS) Furfural. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa perengkahan termal campuran sampah plastik PP dan serbuk kayu bulian berpotensi untuk menghasilkan bahan bakar minyak (BBM) dan juga bahan kimia. Sebagai pemanfaatan hasil penelitian, dihasilkan bahan ajar mata kuliah kinetika kimia dalam bentuk handout. Kata kunci : Perengkahan termal, Plastik Polipropilena, Kayu Bulian), dan BBM.

PENDAHULUAN Diperlukan upaya dalam mengatasi kerusakan lingkungan salah satunya melalui pengurangan sumber daya non regenerasi seperti minyak bumi. Saat ini, masyarakat modern lebih bergantung pada minyak bumi sebagai bahan bakar maupun bahan baku industri. Di dunia, sekitar 42% bahan bakar ini dikonsumsi untuk menghasilkan energi, 45% untuk transportasi, 4% untuk produksi plastik, 4% sebagai bahan baku industri petrokimia, dan 5% untuk aplikasi lainnya (Sarker dan Rashid, 2013). Oleh karena itu, upaya yang harus dilakukan adalah mencari cara alternatif untuk mengganti minyak bumi dengan energi yang terbarukan. Teknologi daur ulang untuk konversi dari sampah menjadi minyak telah menarik banyak perhatian di dunia. Salah satunya melalui proses perengkahan. Proses perengkahan dapat dilakukan pada sampah yang berbahan plastik maupun kayu dapat menghasilkan bahan cairan (bahan bakar maupun bahan kimia), gas, dan padat. Menurut Anggoro (2006) proses perengkahan ada dua macam, yaitu proses perengkahan termal dan katalitik. Proses perengkahan menggunakan tekanan tinggi dan suhu yang berkisar 350oC sampai dengan 900oC tanpa menggunakan katalis disebut dengan perengkahan termal. Sedangkan dengan menggunakan suhu dan tekanan yang lebih rendah dengan adanya katalis disebut dengan perengkahan katalitik. Pada proses perengkahan ketika terjadi suhu yang cukup tinggi, energi kinetik dari partikel cukup sehingga menyebabkan ikatan antara molekulmolekul terpecah menjadi fragmen

sehingga terjadinya tabrakan antar fragmen-fragmen radikal, dan hal ini memulai terjadinya reaksi berantai radikal bebas pada proses perengkahan. Clark (2015) menyatakan perengkahan (cracking) adalah istilah yang diberikan untuk memecah molekul hidrokarbon besar menjadi potongan-potongan yang lebih kecil dan lebih berguna. Ketika terjadi proses perengkahan hidrokarbon rantai panjang ini dikonversi menjadi produk hidrokarbon bernilai ekonomis dengan sifat menguntungkan untuk aplikasi lebih lanjut. Seperti yang dapat digunakan sebagai bahan bakar atau bahan baku dalam industri petrokimia. Sarker dan Rashid (2014) menyatakan dalam kasus proses perengkahan, produk utama adalah fraksi bahan bakar, hidrokarbon gas dan campuran hidrokarbon cair yang mendidih dalam kisaran suhu ~ 35360oC (bensin dan minyak gas ringan) serta residu karbon padat, mirip dengan kokas. Proses perengkahan dapat dilakukan pada bahan yang memiliki hidrokarbon rantai panjang beberapa contohnya seperti yang terdapat pada sampah plastik dan kayu. Penggunaan plastik meningkat dengan cepat dikarenakan digunakan dalam aplikasi setiap hari untuk berbagai aplikasi. Contohnya dapat kita temukan pada gelas kemasan air mineral plastik yang digunakan dari jenis polipropilena. Jumlah sampah plastik jenis polipropilena didunia sekitar 14%. Aguado dan Serrano (1999) menyatakan polipropilena adalah polimer yang mempunyai susunan berulang dari monomer propilena/propena dengan rumus struktur (CH2=CH-CH3)n. Propena berasal dari hasil samping pemurnian minyak bumi yang diperoleh melalui

proses cracking. Penggabungan propena membentuk polipropilena melalui proses polimerisasi adisi dengan menggunakan katalis. Makromolekul PP mengandung 10.000-20.000 unit monomer (Tripathi, 2002). Senyawa hidrokarbon rantai panjang lainnya dapat kita temukan pada Biomassa dapat berasal dari limbah serbuk gergaji kayu. Biomassa merupakan campuran hemiselulosa, selulosa, lignin, dan sejumlah kecil zat organik lainnya. Seperti yang terdapat pada Serbuk Kayu Bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B) dengan komponennya sbb: selulosa 58,1%, lignin 28,9%, hemiselulosa12,7%, dan zat ekstraktif 1,1% (Martawijaya, dkk., 1989). Proses perengkahan ini telah dilakukan oleh Kadir (2012) yang melakukan perengkahan termal dengan sampel berupa kantong kresek (PP) dengan suhu pelelahan 300oC dan massa baku 500 gram menghasilkan bahan bakar 484 mili liter. Ishak (2014) juga melakukan perengkahan termal dengan sampel berupa sampah gelas plastik polipropilena (PP) pada suhu 350oC selama 30 menit menggunakan reaktor batch dengan sampel sebanyak 20 gram menghasilkan cairan hasil perengkahan (CHP) sebanyak 12,08 gram. Kemudian didestilasi untuk mendapatkan bahan bakar minyak (BBM) berupa bensin, setelah itu dianalisis secara gravimetri. Maka diperoleh persentase bensin sebanyak 10,51% dalam perengkahan termal. Perengkahan termal yang dilakukan oleh Wibowo (2013) menggunakan sampel berupa serbuk kayu yang menghasilkan bio-oil. Serbuk gergaji

yang digunakan berasal dari kayu sengon (Paraserianthes falcataria L. Nielsen) yang dipanaskan dengan udara terbatas pada suhu 350oC-500oC, selama 30-60 menit. Bio-oil optimum yang dihasilkan adalah pada suhu 500oC selama 30 menit. Hasilnya sebanyak 43,75% berupa rendemen liquid, rendemen bio-oil sebanyak 7,95%, dengan kadar fenol 3,80, pH 2,84, bobot jenis 1,116 g/cm, nilai kalor 22,42 MJ/kg dan daya nyala sedang. Bio-oil tersebut didominasi oleh asam asetat dan fenol, selain itu terdapat beberapa komponen yang termasuk bahan bakar mudah terbakar yaitu 2-propanon (CAS) aseton, benzena, 1,2,4 trimethylbenzena, dan 2-Furanmetanol (furfuril alkohol). Penelitian yang dilakukan oleh Ojha dan Vinu (2015) tentang Fast copyrolysis of cellulose and polyproylene using Py-GC/MS and Py-FT-IR. Mereka melakukan penelitian untuk melihat efek dari rasio antara selulosa dan PP dengan perbandingan (100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100) dan suhu yang digunakan (500-800oC). Menghasilkan pembentukan alkohol rantai panjang dalam kisaran jumlah karbon C8-C20 yang diamati sebagai hasil interaksi selulosa dan PP. Hal ini dapat menentukan dalam pembentukan alkohol dan hidrokarbon. Hasil tertinggi didapatkan pada suhu 600oC campuran antara selulosa dan PP dengan rasio 25:75, dengan kandungan alkohol 36%. Dan pada suhu 500600oC menghasilkan hidrokarbon tertinggi dengan C6-C15 sekitar 34%. Suhu tinggi menyebabkan produksi monoaromatik dan poli aromatik hidrokarbon dan mengalami penurunan arang secara bersamaan.

Dari uraian diatas maka peneliti tertarik untuk mengangkat judul penelitian “Perengkahan termal campuran sampah plastik jenis polipropilena dan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B) menghasilkan bahan bakar minyak”. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium teknik kimia fakultas teknik universitas jambi ±2bulan. Sampel yang digunakan adalah sampah plastik PP berasal dari gelas kemasan air mineral dari berbagai merek. Selanjutnya dibersihkan dan dipoting dengan ukuran 1cm x 1cm. Serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T &. B) dikumpulkan dari Simpang Rimbo, Kelurahan Kenali Besar, Kota Jambi. Kedua sampel ini dicampurkan kemudian direngkah.

Table 1. desain penelitian perengkahan termal (Gasperz, 1995) Kondisi X1 X2 reaksi ke 1 -1 -1 2 -1 1 3 1 -1 4 1 1 5 0 0 6 0 0 7 0 0 Keterangan : X1 = Rasio PP: Serbuk kayu bulian (0.5:1, 1:1, 1.5:1) X2 = Suhu (400 oC, 450 oC, 500 oC)

Perengkahan termal campuran sampah plastik PP dan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T &. B) dapt dilihat pada Gambar 1 skema alat dan beserta bagiannya.

Proses perengkahan termal Reaktor yang digunakan semibatch, ketika suhu tercapai dialirkan gas nitrogen yang dijaga konstan yaitu 5 mL/menit. Rasio campuran sampah plastik dan serbuk kayu bulian digunakan dalam penelitian ini yaitu 0,5:1, 1:1, dan 1,5:1, pada variasi suhu yaitu, 4000C, 4500C, dan 5000C. Cairan hasil perengkahan (CHP) yang dihasilkan ditampung pada penampung CHP.Dapat dilihat pada tanel 1. Desain penelitian.

Gambar 1 Skema Alat Perengkahan Beserta Bagian-bagiannya Keterangan : a = thermocouple e = reaktor b = tabung N2 f = furnace c = thermocontrol g = wadah CHP d = flowmeter ` h = kondensor

Analisa gravimetri Pada proses perengkahan termal didapatkan berupa produk berupa cairan CHP, kokas (arang), dan gas yang tidak dapat terkondensasi. Kemudian dianalisa secara gravimetri. Perhitungan untuk mencari presentase-presentase tersebut adalah:

a.% CHP = (

𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐶𝐻𝑃 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑚𝑢𝑙𝑎−𝑚𝑢𝑙𝑎

b.% Kokas = ( c. % Gas = (

𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑖𝑠𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑚𝑢𝑙𝑎−𝑚𝑢𝑙𝑎

) 𝑥 100 %

) 𝑥 100 %

𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑚𝑢𝑙𝑎−𝑚𝑢𝑙𝑎

) 𝑥 100 %

dianalisis sebagai perbandingan terhadap perengkahan termal. Analisa GC-MS Pada hasil gravimetri yang didapatkan persentase CHP terbanyak Selanjutnya dianalisa menggunakan GC dan GC-MS di laboratorium Kimia Organik Fakultas MIPA UGM. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Proses perengkahan menghasilkan tiga jenis produk yaitu cairan hasil perengkahan (CHP), kokas, dan gas. Besarnya konversi tiap produk diperlihatkan pada tabel 2. Tabel 2 Konversi produk pada setiap reaksi perengkahan termal. No. Kondisi Konversi produk Reaksi perengkahan termal R T CHP Kokas Gas 1 -1 -1 39,0 9,7 51,3 2 -1 1 40,4 13,1 46,5 3 1 -1 22,7 8,6 68,6 4 1 1 37,9 6,4 55,4 5 0 0 29,7 7,8 62,5 6 0 0 24,3 7,2 68,5 7 0 0 34,5 11,3 54,2 Keterangan Tabel : R = Rasio (-1 = 0,5:1, 0 = 1:1, 1 = 1,5 :1) T = Suhu (-1 = 400 oC, 0 = 450 oC, 1 = 500 oC)

Pembahasan Produk yang dihasilkan pada perengkahan campuran sampah plastik jenis polipropilena dan serbuk kayu bulian adalah cairan hasil perengkahan (CHP), kokas (arang), dan gas. CHP yang dimaksud adalah produk perengkahan yang berbentuk cair

Pada hasil gravimetri CHP termal dengan konversi terbanyak akan dilakukan juga perengkahan katalitik menggunakan 1 gram H-USY sebagai setelah melalui proses kondensasi, kokas (arang) merupakan produk samping reaksi perengkahan yang terdiri dari hidrokarbon yang tertinggal didalam reaktor. Sedangkan gas merupakan produk yang tidak dapat dikondensasikan. Konversi Cairan Hasil Perengkahan (CHP) Cairan hasil perengkahan pada perengkahan termal ini memiliki bentuk fisik yang sama. CHP yang dihasilkan berwarna cokelat kehitaman sampai dengan warna kuning kecokelatan. CHP ini merupakan campuran senyawa hidrokarbon maupun senyawa organik lain. Sama seperti minyak mentah, perlu dilakukan pemisahan lebih lanjut untuk mendapatkan bahan bakar minyak (BBM). Pada gambar 2 dapat dilihat secara fisik cairan hasil perengkahan campuran sampah plastik polipropilena dan serbuk kayu bulian.

CHP Pada gambar 2 dapat dilihat bentuk fisik dari masing-masing cairan hasil perengkahan (CHP) dengan menghasilkan bau yang menyengat, terdiri dua lapisan atas yang berwarna hitam kental disebut sebagai campuran antara tar dan waxes (lilin) dan lapisan bawah berwarna cokelat dikatakan Gambar 2.

hidrokarbon cair atau senyawa organik lainnya. Seperti yang dilakukan Rutkowski (2009) melakukan penelitian menggunakan PP dan serbuk kayu pinus Hasil cairan yang didapatkan membentuk dua fase biooil. Yang pertama adalah emulsi minyak-air dari produk dekomposisi biomassa dan yang kedua adalah produk seperti lilin padat atau semi padat dari dekomposisi PP. Brebu, dkk (2010) menyatakan campuran antara biomassa dengan poliolifenik menyebabkan peningkatan hasil gas dan produk cair. Terdapatnya senyawa dalam cairan (Bio-oil) tar yang mengandung jumlah air yang tinggi. Persentase CHP

50.0 %

40.0

39 40.4

37.9 29.7

c 30.0 h 20.0 p

22.7

10.0

o 34.5 1. R= 0,5:1 dan T= 400 C 2. R= 0,5:1 dan T= 500C 3. R= 1,5:1 dan T= 400oC 24.3 4. R= 1,5:1 dan T= 500oC 5. R= 1:1 dan T= 450oC 6. R= 1:1 dan T= 450oC 7. R= 1:1 dan T= 450oC

0.0

1

2 3 4 5 6 Kondisi reaksi ke

7

Gambar 3 Persentase CHP

Berdasarkan gambar 3 dapat dilihat bahwa persentase CHP yang dihasilkan pada perengkahan terbanyak yaitu pada kondisi reaksi nomor 2 dengan rasio plastik PP dan serbuk kayu bulian 0,5 : 1 dan suhu 500 oC yang menghasilkan konversi cair yang paling besar 40,4 %. Sedangkan persentase perengkahan yang paling sedikit di dapatkan pada kondisi reaksi nomor 3 dengan rasio plastik PP dan serbuk kayu bulian 1,5:1 dan suhu 400oC yang menghasilkan konversi dengan persentase 17,17%. Konversi kokas (arang) Pada perengkahan termal ditemukan kokas berwarna hitam yang dapat disebut sebagai arang. Arang

adalah residu hitam berisi karbon tidak murni yang dihasilkan dengan menghilangkan kandungan air dan komponen volatil dari perengkahan termal sampah plastik PP dan serbuk kayu bulian. Brebu, dkk (2010) arang dapat digunakan sebagai bahan bakar padat atau sebagai bahan baku untuk memproduksi karbon aktif.

Gambar 4 Kokas (Arang)

Berdasarkan analisis gravimetri dapat dibandingkan persentase kokas (arang) yang dihasilkan perengkahan termal adalah sebagai berikut: Persentase Kokas (Arang) 13.1

% 15.0 K o 10.0 k a 5.0 s

9.7

8.6

10.0

11.3 7.8 7.2

1. R= 0,5:1 dan T= 400oC 2. R= 0,5:1 dan T= 500C 3. R= 1,5:1 dan T= 400oC 4. R= 1,5:1 dan T= 500oC 5. R= 1:1 dan T= 450oC 6. R= 1:1 dan T= 450oC 7. R= 1:1 dan T= 450oC

0.0

1

2

3

4

5

Kondisi reaksi ke

6

7

Gambar 5 Persentase Kokas (Arang)

Berdasarkan gambar 5 dapat dilihat bahwa persentase kokas terendah pada perengkahan termal dihasilkan pada kondisi reaksi perengkahan nomor 6 yaitu dengan rasio 1:1 dan suhu 450 oC sebesar 7,2%, sedangkan didapatkan kokas terbesar pada kondisi reaksi nomor 2 yaitu dengan rasio 0,5:1 dan suhu 500oC dengan persentase yang didapatkan 13,1%. Hakim (2017) pada hasil perengkahan serbuk kayu bulian kokas yang didapatkan terbanyak yaitu pada reaksi perengkahan nomor 1 pada suhu 400oC dengan berat sampel 5 gram sebanyak 36,0% pada suhu 400oC dengan berat sampel 5 gram dan kokas

sedikit pada reaksi nomor 6 pada suhu 450oC dengan berat sampel 10 gram yaitu sebanyak 15,8%. Sehingga dapat dilihat pada perengkahan campuran sampah plastik PP dan serbuk kayu bulian ini terjadinya pengurangan pembentukan kokas berupa arang. Menurut Ojha dan Vinu (2015) hal ini terjadi pengaruh perengkahan PP terhadap biomassa menyebabkan terhambatnya pembentukan arang. Brebu, dkk (2010) pada peneliannya juga terjadi penurunan produk arang pada co-pirolisis plastik PP yang dicampur dengan biomassa berupa kerucut pinus pada suhu 500oC. Konversi Gas Perengkahan termal pada sampel sampah plastik dan serbuk kayu bulian pada setiap reaksi menghasilkan gas. Namun gas yang dihasilkan tidak dapat ditampung karena gas yang dihasilkan cukup banyak. Sehingga untuk menghitung gas yang dihasilkan selama perengkahan dapat dilakukan dengan cara menghitung selisih berat antara produk perengkahan dengan berat sampel mula-mula. Persentase Gas

80.0 68.6 68.5 62.5 70.0 54.2 52.1 60.0 51.3 % 46.5 50.0 G 40.0 a 30.0 s 20.0 10.0 0.0

1

2

3

4

5

6

1. R= 0,5:1 dan T= 400oC 2. R= 0,5:1 dan T= 500C 3. R= 1,5:1 dan T= 400oC 4. R= 1,5:1 dan T= 500oC 5. R= 1:1 dan T= 450oC 6. R= 1:1 dan T= 450oC 7. R= 1:1 dan T= 450oC

7

Kondisi reaksi ke

Gambar 6 Persentase Gas

Pada gambar 4.5 persentase gas dapat dilihat bahwa perengkahan termal pada kondisi reaksi nomor 3 yaitu pada rasio 1,5 : 1 dan suhu 400 oC menghasilkan gas terbanyak dengan jumlah 68,6%. Persentase ini berbanding sedikit dengan kondisi reaksi nomor 6 yaitu pada rasio 1 : 1 dan suhu 450 oC dengan jumlah 68,5%.

Sedangkan persentase gas yang paling sedikit didapatkan pada kondisi reaksi nomor 2 yaitu pada rasio 0,5 : 1 pada suhu 500 oC. Hakim (2017) pada hasil perengkahan serbuk kayu bulian gas yang paling sedikit terdapat pada reaksi nomor 2 pada suhu 500oC dan berat sampel 5 gram sebanyak 10.0% dan konversi % gas paling banyak terdapat pada reaksi ke-7 nomor 2 pada suhu 450oC dan berat sampel 10 gram sebanyak 54,3%. Menurut hasil penelitian Brebu, dkk (2010) penambahan PP ke biomassa menyebabkan peningkatan hasil gas dan produk cair pirolisa. Perbandingan Efisiensi Perengkahan Untuk mengetahui kondisi perengkahan paling efisien maka kemudian dihitung dan dibuat grafik efisiensi perengkahan (EP) termal. Nazarudin (2000) menjelaskan bahwa efisiensi perengkahan dapat ditentukan dengan membandingkan konversi total CHP dan gas dengan konversi kokas atau konversi sisa reaksi, secara matematika dapat dijelaskan sebagai berikut : Efesiensi Perengkahan (EP) =

konversi (CHP+gas) konversi kokas

Efisiensi Perengkahan 12.9 11.8

14.0 12.0

10.6

% 10.0 9.3 8.0

9.0 6.6

7.9

E 6.0 P 4.0

1. R= 0,5:1 dan T= 400oC 2. R= 0,5:1 dan T= 500C 3. R= 1,5:1 dan T= 400oC 4. R= 1,5:1 dan T= 500oC 5. R= 1:1 dan T= 450oC 6. R= 1:1 dan T= 450oC 7. R= 1:1 dan T= 450oC

2.0 0.0

1 2 3 4 5 6 7 Kondisi reaksi ke-

Gambar 7 Efisiensi Perengkahan

Pada gambar 7 terlihat bahwa nilai efisiensi yang paling tinggi untuk proses perengkahan termal campuran sampah plastik dan serbuk kayu bulian

adalah pada kondisi rekasi nomor 6. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi reaksi nomor 6 merupakan kondisi reaksi yang paling efisien dari perengkahan termal campuran sampah plastik polirpopilena dan serbuk kayu bulian tertinggi sebesar dengan persentase 12,9%.

berupa cairan hasil (CHP), arang serta gas.

perengkahan

Hasil Analisis GC-MS Senyawa Produk Cair Perengkahan Termal

Berdasarkan analisis gravimetri dapat dibandingkan konversi hasil perengkahan yang dihasilkan perengkahan termal dan perengkahan katalitik yang ditampilkan pada grafik berikut:

Termal

CHP

13.1%

38.9%

40.4%

Katalitik

46.5%

Perbandingan Hasil Pe r e ng ka ha n

12.5%

Perbandingan Hasil Perengkahan Termal dan Katalitik Campuran Plastik Polipropilena dan Serbuk Kayu Bulian Perengkahan katlitik digunakan sebagai data pembanding pada perengkahan termal. Dengan membandingkan antara data perengkahan termal dan katalitik diharapkan dapat mengetahui efektivitas dan selektivitas pada penelitian. Rasio yang digunakan rasio sampel -1 : 1 atau 5 gram plastik polipropilena dan 10 gram serbuk kayu bulian dan suhu 500 oC katalis yang digunakan H-USY sebanyak 1 gram. Produk yang dihasilkan pada perengkahan sampah plastik polipropilena dan serbuk kayu bulian

Gambar 7 CHP Katalitik

48.6%

Hasil gravimetri menyatakan bahwa kondisi reaksi nomor 2 dengan rasio PP dan serbuk kayu bulian 0,5:1 pada suhu 500oC. Sehingga dilakukan analisa GC-MS untuk melihat komponen kimia dari CHP termal. Hasil GC-MS terdapat 7 komponen diantaranya senyawa yang termasuk bahan yang mudah terbaka seperti senyawa 2-butanamine (CAS) secbutylamine, acetic acid, hydroxy acetone, 2- propen-1-ol (CAS) allyl alcohol, dan 1,6-heptadien-4-ol. Terdapat juga bahan kimia lainnya seperti 2-butane-1,4-diol, (Z)- dan 2Furancarboxaldehyde (CAS) Furfural.

Arang (Kokas)

Gas

Gambar 8 Grafik Persentase Hasil Perbandingan Perengkahan Termal dan Katalitik pada suhu 500 oC dan rasio -1 : 1.

Dapat dilihat pada gambar 8 dari hasil perbandingan perengkahan katalitik dan termal. CHP katalitik yang didapatkan lebih banyak dari pada CHP termal. Selanjutnya pada arang (kokas) dan gas yang didapatkan dari perengkahan katalitik lebih sedikit dibandingkan dari perengkahan termal.

Analisis GC-MS CHP perengkahan katalitik mengambil salah satu dari kondisi reaksi pada perengkahan termal yang konversinya lebih tinggi yaitu pada rasio sampel 0,5:1 dan suhu 500. Komponen kimia dari CHP katalitik 2-Amino-2methylethanol, Acetone, Isobutanol, acetic acid, acetone alcohol, 3Hydroxytetrahydrofuran, dan Isopropenyl carbinol. Perbandingan Konversi Kumulatif Campuran Hasil Perengkahan Konversi kumulatif ini digunakan untuk mengetahui jalannya suatu reaksi perengkahan. Setelah suhu perengkahan tercapai cairan hasil perengkahan termal campuran sampah plastik jenis polipropilena dengan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B) yang tertampung di wadah CHP dilihat hasilnya mulai dari 5 menit pertama hingga akhirnya selesai selama 30 menit. Dari dapat lampiran 3 dapat dibuat grafik perbandingan kumulatif yang dapat dilihat pada gambar 9.

Konversi Kumulatif 60 50

Persentase CHP

Hasil Analisis GC-MS Senyawa Produk Cair Perengkahan Katalitik

40 30 20 10 0 0

5

10

15

20

25

Katalitik Rasio 0,5:1 dan Temparatur 500 C Termal Rasio 0,5:1 dan Temperatur 400 C Termal Rasio 0,5:1 dan Temperatur 500 C Termal Rasio 1,5:1 dan Temperatur 400 C Termal Rasio 1,5:1 dan Temperatur 500 C Termal Rasio 1:1 dan Temperatur 450 C Termal Rasio 1:1 dan Temperatur 450 C Termal Rasio 1:1 dan Temperatur 450 C

Gambar 9 konversi kumulatif

Pada gambar 9 dapat dilihat konversi katalitik dan termal dengan perbandingan rasio PP dan serbuk kayu bulian 0,5:1 dan suhu 500oC yang paling banyak dan paling cepat. Pada perengkahan katalitik proses perengkahan terjadi selama 15 menit dan konversi yang didapatkan 48,6%. Sama seperti pada perengkahan termal proses perengkahan terjadi selama 15 menit dan konversi yang didapatkan 40,4%. Hasil analisa permukaan respon terhadap data perengkahan termal campuran sampah plastik PP dan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B). Analisa terhadap koversi CHP Analisa permukaan respon dilakukan untuk melihat sejauh mana pengaruh variabel bebas (rasio dan suhu) terhadap variabel terikat (konversi CHP). Dalam hal ini, maka nilai konversi CHP dijadikan variabel terikat (Y), sedangkan rasio berat sampel dan suhu reaksi dijadikan variabel bebas (X). Analisa metode permukaan respon dilakukan dengan

30

menggunakan aplikasi komputer matlab. Dari hasil analisa yang telah dilakukan maka dapat diperoleh persamaan matematika : Y = 32,6429 - 4,7 X1+ 4,15 X2

1

Analisa varian terhadap koefisien 1 menunjukkan bahwa nilai koefisien determinasi (R2) adalah (0,5092), nilai R2 ini menunjukkan bahwa secara variabel Y (konversi) dengan variabel

X (kondisi reaksi) tidak mempunyai korelasi. Dengan analisa varian juga dapat mengetahui bahwa F hitung untuk simpangan dari model (1,9099) ternyata lebih kecil daripada F tabel baik untuk selang kepercayaan 5% (19) maupun selang kepercayaan 1%(99). Besarnya nilai F hitung daripada tabel pada simpangan model menunjukkan bahwa persamaan (4.3) tepat sebagai persamaan matematika orde satu. sampel dan suhu reaksi dijadikan variabel bebas (X). Analisa metode permukaan respon dilakukan dengan menggunakan aplikasi komputer matlab. Dari hasil analisa yang telah dilakukan maka dapat diperoleh persamaan matematika : Y = 9,6714 -1,05 X1 + 1,2 X2

Gambar 10 Grafik permukaan untuk produk CHP hasil perengkahan termal untuk variabel kondisi reaksi rasio sampel dan suhu

Berdasarkan hasil analisa gravimetri pada cairan hasil perengkahan yang diperoleh konversi cairan terbanyak diperoleh pada kondisi perengkahan -1,1 dan terendah diperoleh pada kondisi -1,-1. Pada gambar 10 menunjukkan belum ditemukannya titik optimum perengkahan karena grafik yang didapatkan mendaki. Namun dapat dilihat bahwa variabel suhu ternyata berpengaruh dibandingkan rasio sampel. Analisa Terhadap Konversi Kokas Analisa permukaan respon dilakukan untuk melihat sejauh mana pengaruh variabel bebas (rasio dan suhu) terhadap variabel terikat (konversi kokas). Dalam hal ini, maka nilai konversi kokas dijadikan variabel terikat (Y), sedangkan rasio berat

2

Analisa varian terhadap koefisien 2 menunjukkan bahwa koefisien determinasi (R2) adalah (0,4024), nilai R2 ini menunjukkan bahwa variabel Y (konversi) dengan variabel X (kondisi reaksi) tidak mempunyai korelasi. Dengan analisa varian juga dapat mengetahui bahwa F hitung untuk juga dapat mengetahui bahwa F hitung untuk simpangan dari model (0,54021) ternyata lebih kecil daripada F tabel baik untuk selang kepercayaan 5% (19) maupun kepercayaan 1% (99). Besarnya nilai F hitung daripada tabel pada simpangan model menunjukkan bahwa persamaan (4.3) tepat sebagai persamaan matematika orde satu.

Y = 57,6714 + 5,7250 X1 – 5,3250 X2

Gambar 11 Grafik permukaan untuk produk kokas hasil perengkahan termal variabel kondisi reaksi rasio sampel dan suhu

Berdasarkan hasil analisa gravimetri pada kokas hasil perengkahan termal yang diperoleh konversi kokas terbanyak diperoleh pada kondisi perengkahan perebandingan rasio 0,5:1 dan temperetur 500oC dan terendah diperoleh pada kondisi perengkahan rasio 1:1 dan temperatur 450oC. Pada gambar 11 menunjukkan belum ditemukannya titik optimum perengkahan karena grafik yang didapatkan mendaki. Namun dapat dilihat bahwa variabel suhu ternyata berpengaruh dibandingkan rasio sampel. Analisa

Terhadap

Konversi

Gas Analisa permukaan respon dilakukan untuk melihat sejauh mana pengaruh variabel bebas (rasio dan suhu) terhadap variabel terikat (konversi gas). Dalam hal ini, maka nilai konversi gas dijadikan variabel terikat (Y), sedangkan rasio berat sampel dan suhu reaksi dijadikan variabel bebas (X). Analisa metode permukaan respon dilakukan dengan menggunakan aplikasi komputer matlab. Dari hasil analisa yang telah dilakukan maka dapat diperoleh persamaan matematika :

3

Analisa varian terhadap koefisien 3 menunjukkan bahwa koefisien determinasi (R2) adalah (0,5219), nilai R2 ini menunjukkan bahwa variabel Y (konversi) dengan variabel X (kondisi reaksi) tidak mempunyai korelasi. Dengan analisa varian juga dapat mengetahui bahwa F hitung untuk juga dapat mengetahui bahwa F hitung untuk simpangan dari model (1,1718) ternyata lebih kecil daripada F tabel baik untuk selang kepercayaan 5% (19) maupun kepercayaan 1% (99). Besarnya nilai F hitung daripada tabel pada simpangan model menunjukkan bahwa persamaan tepat sebagai persamaan matematika orde satu.

Gambar 12 Grafik permukaan untuk produk gas hasil perengkahan termal variabel kondisi reaksi rasio sampel dan suhu

Berdasarkan hasil analisa gravimetri pada gas hasil perengkahan termal yang diperoleh konversi gas terbanyak diperoleh pada kondisi perengkahan 1,-1 dan terendah diperoleh pada kondisi -1, 1. Pada gambar 12 menunjukkan belum ditemukannya titik optimum perengkahan karena grafik yang didapatkan mendaki. Namun dapat dilihat bahwa variabel rasio ternyata berpengaruh dibandingkan suhu sampel.

KESIMPULAN

1. Perengkahan termal campuran sampah plastik polipropilena dan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B) menghasilkan bahan bakar minyak (BBM), Dari hasil analisa GC-MS. Hasil analisa GC-MS didapatkan senyawa seperti merupakan senyawa yang termasuk bahan yang mudah terbakar seperti senyawa 2-Butanamine (CAS) Secbutylamine, acetic acid, Hydroxy acetone, 2-Propen-1-ol (CAS) Allyl alcohol, dan 1,6-Heptadien-4-ol. Terdapat juga bahan kimia lainnya seperti 2-Butane-1,4-diol, (Z)- dan 2-Furancarboxaldehyde (CAS) Furfural. Sehingga dapat disimpulkan bahwa perengkahan termal campuran sampah plastik PP dan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B) berpotensi untuk menghasilkan BBM dan juga bahan kimia. 2. Dari analisa gravimetri untuk perbandingan rasio sampel optimal untuk perengkahan campuran sampah plastik polipropilena dan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B) terhadap cairan hasil perengkahan (CHP) yaitu pada kondisi reaksi ke 2, dengan rasio sampel perbandingan 0,5: 1 atau 5 gram plastik polipropilena dan 10 gram serbuk kayu bulian dengan suhu perengkahan 5000C dengan konversi CHP 40,4%. 3. Dari analisa gravimetri untuk perbandingan suhu sampel optimal untuk perengkahan campuran sampah plastik polipropilena dan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B) terhadap cairan hasil perengkahan (CHP) yaitu pada kondisi reaksi ke 2, dengan rasio sampel perbandingan 0,5: 1 atau 5 gram plastik polipropilena dan 10

gram serbuk kayu bulian dengan suhu perengkahan 5000C. 4. Pemanfaatan hasil penelitian, dapat dihasilkan bahan ajar pada mata kuliah kinetika kimia pada materi kinetika reaksi perengkahan termal campuran sampah plastik polipropilena dan serbuk kayu bulian (Eusideroxylon zwageri T. & B) dalam bentuk handout. DAFTAR PUSTAKA Aguado, A., dan Serrano, D., 1999. Feedstock Recycling of Plastic Wastes. UK : Cambridge CB4 0WF. Anggoro, D,D., 2006 . Produksi Hidrokarbon Cair Dari Plastik Menggunakan Katalis Zeolit HY dan ZSM-5. Jurnal Seminar Nasional Teknik Indonesia, 2006, Universitas Sriwijaya, Palembang. Brebu, Mihai., Ucar, Suat., Vasile, Cornelia., dan Yanik, Jale., 2010. Co-pyrolysis of pine cone with synthetic polymers. Fuel, 89: 1911-1918. Clark., 2015. Diakses pada tanggal 15 Februari 2017. Cracking Alkanes. http://www.chemguide.co.uk/org anicprops/alkanes/cracking.html. Gaspersz, V., 1995. Teknik Analisis Dalam Penelitian Percobaan. Bandung: Penerbit Tarsito. Hakim, A., 2017. Perengkahan Termal (Thermal Cracking) Serbuk Gergaji kayu Bulian(Eusideroxylon zwageri T. Et B) Untuk Menghasilkan Bahan Bakar Minyak Sebagai Bahan Ajar Pada Mata Kuliah Kinetika Kimia, Skripsi, Universitas Jambi, Jambi. Ishak, P.M., 2015. Perengkahan Katalitik Sampah Plastik Jenis Polipropilena (PP) Untuk

Menghasilkan Bensin Dengan Menggunakan katalis H-USY Dan Cr-USY Hasil Modifikasi, Skripsi, Universitas Jambi, Jambi. Kadir, 2012. Kajian Pemanfaatan Sampah Plastik Sebagai Sumber Bahan Bakar Cair, Dinamika Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, 3(02):223-228. Nazarudin., 2000. Optimasi Kondisi Reaksi Perengkahan Katalitik Fraksi Berat Minyak Bumi Dengan Katalis Cr-Zeolit Alam Dan Ni-Zeolit Alam, tesis, Yogyakarta : Program pascsarjana UGM. Ojha, D.K., dan Vinu, R,. 2015. Fast co-pyrolysis of cellulose and polypropylene using Py-GC/MS and Py-FT-IR†. RSC Adv,5: 66861-66870. Rutkowski, P., 2009. Influence of zinc chloride addition on the chemical structure of bio-oil obtained during co-pyrolysis of wood/synthetic polymer blends,

Waste Management, 29: 29832993. Sarker, M., dan Rashid, M.M., 2014. Polypropylene Waste Plastic Conversion into Fuel Oil by using Thermal Degradation with Fractional Process. __________________________., 2013. Alternative Liquid Hydrocarbon Fuel Production Comparative Study for Polypropylene Waste Plastic and Standard Plastic. Energy and Power, ISBN: 978-0-9886890-39: 1-49. Tripathi, D., 2002. Practical Guide to Polypropylene. Shubury, Shrewburym Shropshire, SY4 4NT, UK: Rapra Technology Limited. Wibowo, S., 2013. Karakteristik BioOil Serbuk Gergaji Sengon (Paraserianthes falcataria L. Nielsen) Menggunakan Pirolisis Lambat. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. 31 (4): 258-280.