Uji Berbagai Jenis Bahan Plastik Pada Alat Pengolahan Limbah Plastik Berbahan Bakar Tempurung Kelapa
UJI BERBAGAI JENIS BAHAN PLASTIK PADA ALAT PENGOLAHAN LIMBAH PLASTIK BERBAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA SKRIPSI OLEH: DIDY HIKMAH UTAMA 100308080/KETEKNIKAN PERTANIAN
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
Universitas Sumatera Utara
UJI BERBAGAI JENIS BAHAN PLASTIK PADA ALAT PENGOLAHAN LIMBAH PLASTIK BERBAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA
OLEH:
DIDY HIKMAH UTAMA 100308080/KETEKNIKAN PERTANIAN
Draft sebagai salah satu syarat untuk dapat melakukan penulisan skripsi di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
Disetujui Oleh : Komisi Pembimbing
(Ir.Saipul Bahri Daulay, M.Si ) Ketua
( Ainun Rohanah, STP, M.Si ) Anggota
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
Universitas Sumatera Utara
Abstrak
DIDY HIKMAH UTAMA : Uji Berbagai Jenis Bahan Plastik Pada Alat Pengolahan Limbah Plastik Berbahan Bakar Tempurung Kelapa, dibimbing oleh SAIPUL BAHRI DAULAY dan AINUN ROHANAH.
Menipisnya cadangan fosil dan meningkatnya populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya. Oleh karena itu, diperlukan pencarian alternatif sumber energi kalor yang ramah lingkungan yaitu dengan pemanfaatan limbah plastik menjadi bahan bakar. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan bahan bakar dari plastik Kresek (polietilen), botol kosmetik (HDPE) dan botol aqua (PET) dengan minyak tanah. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian, di Laboratorium Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan di Laboratorium Motor Bakar Fakultas Teknik pada bulan Agustus 2014 sampai selesai dengan menggunakan model rancangan acak lengkap non faktorial pada taraf plastik Kresek (polietilen), botol kosmetik (HDPE) dan botol aqua (PET). Parameter yang diamati adalah rendemen, nilai kalor, dan viskositas. Hasil penelitian menunjukkan bahan bakar yang mendekati minyak tanah adalah P2 (botol kosmetik) yang memiliki nilai kalor 10.578,6 Kcal/Kg dan viskositas 0,940 cP. Kata kunci : Limbah plastik, polietilen, HDPE, PET
Abstract
DIDY HIKMAH UTAMA : Testing of Various Types of Plastic Materials in Plastic Waste Processing Device using Coconut Shell Fuel, supervised by SAIPUL BAHRI DAULAY and AINUN ROHANAH.
The decrease of fossil resources and increase population are very contradictive to energy consume for human life and social economy activity. So, alternative energy is needed which environment friendly by the use of plastic waste as fuel. This research as aimed to compare fuel from plastic (Polyethylene), cosmetic bottle (HDPE) and aqua Bottle (PET) with kerosene. This research was done in Agriculture Engineering Laboratory, and in Physical Chemistry Laboratory of MIPA and Heat Engine Laboratory Faculty of Engineering in August 2014 until finish using completely randomized non factorial design with plastic (Polyethylene), cosmetic bottle (HDPE) and aqua Bottle (PET). The parameters analysed were yield, value of heat and viscosity. The results, showed that fuel nearly the same with kerosene was P2 (cosmetic bottle) with heat of 10.578,6 Kcal/Kg and viscosity of 0,940 cP. Keywords : Plastic waste, Polyethylene, HDPE, PET
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
Didy Hikmah Utama, dilahirkan di Sabang, pada tanggal 11 Februari 1992 dari ayah Jonnaidy dan ibu Normadiah. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara.
Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Dharmawangsa Medan dan pada tahun 2010 lulus seleksi masuk Universitas Sumatera Utara melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Penulis memilih Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian.
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif dalam Ikatan Mahasiswa Teknik Pertanian (IMATETA) Universitas Sumatera Utara. Penulis juga melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit PT. Gunung Melayu - Asian Agri Kecamatan Rahuning, Kabupaten Asahan, Sumatera Utara, pada bulan Juli sampai dengan Agustus 2013.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan draft yang berjudul “Uji Berbagai Jenis Bahan Plastik pada Alat Pengolahan Limbah Plastik Berbahan Bakar Tempurung Kelapa” yang merupakan salah satu syarat untuk dapat melakukan penulisan skripsi di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada kedua orang tua yang telah mendukung penulis baik secara moril maupun materil. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ir.Saipul Bahri Daulay, M.Si selaku ketua pembimbing dan Ainun Rohanah STP, M.Si selaku anggota pembimbing yang telah membimbing dan memberikan kritik serta saran yang membangun kepada penulis sehingga draft ini dapat diselesaikan dengan baik.
Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih. Semoga dengan adanya penelitian ini nantinya dapat memberikan manfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan.
Medan, Maret 2015
Penulis
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal KATA PENGANTAR ........................................................................................i DAFTAR TABEL...............................................................................................iii DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................iv DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................v PEDAHULUAN Latar Belakang ....................................................................................................1 Tujuan Penelitian ................................................................................................3 Kegunaan Penelitian ...........................................................................................3 TINJAUAN PUSTAKA .....................................................................................4 Limbah Plastik ....................................................................................................4 Polietilen .............................................................................................................6 HDPE (High Density Polyethylene)....................................................................7 PET (Polietilen Tereftalat)..................................................................................7 Minyak Tanah (Kerosin) .....................................................................................8 Limbah Tempurung Kelapa ................................................................................9 Alat Pengolahan Limbah Polimer .......................................................................9 Pirolisis................................................................................................................10 Destilasi...............................................................................................................11 Karakteristik Minyak Tanah ...............................................................................12 BAHAN DAN METODE Waktu dan tempat Penelitian ..............................................................................14 Bahan dan Alat Penelitian...................................................................................14 Metodologi Penelitian .........................................................................................14 Komponen Alat ...................................................................................................15 Persiapan Penelitian ............................................................................................16 Prosedur Penelitian .............................................................................................16 Parameter Penelitian ...........................................................................................17 HASIL DAN PEMBAHASAN Rendemen............................................................................................................19 Nilai Kalor...........................................................................................................21 Nilai Viskositas ...................................................................................................22 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan .........................................................................................................25 Saran....................................................................................................................25 DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................26 LAMPIRAN ........................................................................................................28
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Hal. 1. Karakteristik minyak tanah ...........................................................................12 2. Karakteristik minyak tanah ...........................................................................13 3. Pengamatan parameter ..................................................................................19
4. Uji DMRT pengujian jenis plastik terhadap rendemen.................................20
5. Uji DMRT pengujian bahan plastik terhadap nilai kalor .............................21
6. Uji DMRT pengujian jenis plastik terhadap Viskositas ...............................23
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Hal. 1. Pengaruh jenis plastik terhadap persentase rendemen ...................................20 2. Pengaruh jenis plastik terhadap nilai kalor ....................................................22 3. Pengaruh jenis plastik terhadap viskositas....................................................23
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Hal. 1. Flowchart penelitian ..................................................................................... 28
2. Data penelitian .............................................................................................. 29 3. Data pengamatan rendemen ..........................................................................30 4. Data pengamatan nilai kalor..........................................................................31
5. Data pengamatan Viskositas .........................................................................32
6. Uji lama pembakaran ....................................................................................33
6. Gambar teknik alat .......................................................................................34
7. Dokumentasi Hasil Penelitian ....................................................................... 35
Universitas Sumatera Utara
Abstrak
DIDY HIKMAH UTAMA : Uji Berbagai Jenis Bahan Plastik Pada Alat Pengolahan Limbah Plastik Berbahan Bakar Tempurung Kelapa, dibimbing oleh SAIPUL BAHRI DAULAY dan AINUN ROHANAH.
Menipisnya cadangan fosil dan meningkatnya populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya. Oleh karena itu, diperlukan pencarian alternatif sumber energi kalor yang ramah lingkungan yaitu dengan pemanfaatan limbah plastik menjadi bahan bakar. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan bahan bakar dari plastik Kresek (polietilen), botol kosmetik (HDPE) dan botol aqua (PET) dengan minyak tanah. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian, di Laboratorium Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan di Laboratorium Motor Bakar Fakultas Teknik pada bulan Agustus 2014 sampai selesai dengan menggunakan model rancangan acak lengkap non faktorial pada taraf plastik Kresek (polietilen), botol kosmetik (HDPE) dan botol aqua (PET). Parameter yang diamati adalah rendemen, nilai kalor, dan viskositas. Hasil penelitian menunjukkan bahan bakar yang mendekati minyak tanah adalah P2 (botol kosmetik) yang memiliki nilai kalor 10.578,6 Kcal/Kg dan viskositas 0,940 cP. Kata kunci : Limbah plastik, polietilen, HDPE, PET
Abstract
DIDY HIKMAH UTAMA : Testing of Various Types of Plastic Materials in Plastic Waste Processing Device using Coconut Shell Fuel, supervised by SAIPUL BAHRI DAULAY and AINUN ROHANAH.
The decrease of fossil resources and increase population are very contradictive to energy consume for human life and social economy activity. So, alternative energy is needed which environment friendly by the use of plastic waste as fuel. This research as aimed to compare fuel from plastic (Polyethylene), cosmetic bottle (HDPE) and aqua Bottle (PET) with kerosene. This research was done in Agriculture Engineering Laboratory, and in Physical Chemistry Laboratory of MIPA and Heat Engine Laboratory Faculty of Engineering in August 2014 until finish using completely randomized non factorial design with plastic (Polyethylene), cosmetic bottle (HDPE) and aqua Bottle (PET). The parameters analysed were yield, value of heat and viscosity. The results, showed that fuel nearly the same with kerosene was P2 (cosmetic bottle) with heat of 10.578,6 Kcal/Kg and viscosity of 0,940 cP. Keywords : Plastic waste, Polyethylene, HDPE, PET
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
Latar Belakang Dalam kehidupan sehari hari, tentunya kita tidak dapat melepaskan diri
dari penggunaan plastik. Plastik bisa dibilang merupakan bahan yang paling banyak digunakan untuk membuat berbagai barang perlengkapan rumah tangga mulai dari piring, tas belanja, toples hingga ember. Plastik juga bahan yang paling umum digunakan untuk mengemas berbagai produk yang beredar di pasaran mulai dari makanan hingga kosmetik. Namun dibalik berbagai kegunaannya, plastik ternyata dapat memberi dampak buruk bagi lingkungan karena sifatnya yang sulit untuk diurai sehingga akan menjadi sampah dan polutan bagi alam kita dalam jangka waktu yang lama. Terlebih plastik juga ternyata memiliki dampak buruk bagi kesehatan jika tidak digunakan secara tepat sehingga kita perlu untuk lebih jeli dalam mengenali jenis dan karakteristik plastik yang banyak terdapat di sekeliling kita.
Plastik memiliki sifat unggul seperti ringan tetapi kuat, transparan, tahan air serta harganya relatif murah dan terjangkau oleh semua kalangan masyarakat. Plastik yang digunakan saat ini merupakan polimer sintetik, terbuat dari minyak bumi (non-renewable) yang tidak dapat terdegradasi mikroorganisme di lingkungan. Kondisi demikian ini menyebabkan kemasan plastik sintetik tersebut tidak dapat dipertahankan penggunaannya secara meluas karena akan menambah persoalan lingkungan dan kesehatan di waktu mendatang.
1
Universitas Sumatera Utara
2
Plastik merupakan suatu bahan polimer yang tidah mudah terdekomposisi oleh mikroorganisme pengurai, sehingga penumpukan plastik bekas akan menimbulkan masalah bagi lingkungan hidup. Penumpukan plastik bekas terus bertambah disebabkan oleh sifat-sifat yang dimiliki plastik, antara lain tidak dapat membusuk, tidak terurai secara alami, tidak dapat menyerap air, dan tidak dapat berkarat, sehingga pada akhirnya menjadi masalah bagi lingkungan hidup. Upaya untuk menekan penumpukan plastik bekas seminimal mungkin dapat dilakukan dengan pemanfaatan kembali limbah plastik tersebut atau dengan daur ulang untuk dijadikan suatu produk mempunyai arti bagi masyarakat.
Persoalan sampah plastik tidak hanya dialami Indonesia, tetapi juga seluruh negara-negara di dunia termasuk Jepang. Plastik sebagaimana kita ketahui sangat sulit terurai di dalam tanah, butuh waktu ratusan tahun, sehingga menjadi permasalahan serius bagi lingkungan hidup karena akan sangat mencemari lingkungan. Oleh karena itu, pengolahan sampah plastik menjadi produk yang bermanfaat menjadi sangat penting untuk mengurangi timbunan sampah plastik. Ada beberapa metode pengolahan sampah plastik diantaranya peleburan sampah plastik menjadi bijih plastik kembali untuk selanjutnya digunakan sebagai bahan baku produk plastik. Metode lain yang saat ini sedang populer adalah dengan mengkonversinya menjadi bahan bakar minyak (BBM) setara bensin dan solar. Hal ini sangat mungkin dilakukan karena sebagaimana kita ketahui bahwa plastik dibuat dari minyak bumi sehingga proses ini hanya mengembalikan ke bentuk asalnya.
Menipisnya cadangan bahan bakar fosil dan meningkatnya populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup
Universitas Sumatera Utara
3
manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya. Sejak lima tahun terakhir, Indonesia mengalami penurunan produksi minyak nasional akibat menurunnya cadangan minyak pada sumur-sumur produksi secara alamiah. Pertambahan jumlah penduduk meningkat seiring dengan kebutuhan akan sarana transportasi dan aktivitas industri. Hal ini berakibat pada peningkatan kebutuhan dan konsumsi bahan bakar minyak (BBM) yang merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu, diperlukan pencarian alternatif sumber energi kalor yang ramah lingkungan
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hasil dari alat pengolahan
limbah plastik dengan bahan baku limbah plastik kresek (Polietilen), botol kosmetik (HDPE), botol Aqua (PET) untuk dibandingkan dengan minyak tanah sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak tanah.
Kegunaan Penelitian 1. Bagi penulis yaitu sebagai bahan untuk menyusun skripsi yang merupakan syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. 2. Bagi mahasiswa, sebagai informasi pendukung untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai alat pengolahan limbah plastik. 3. Bagi masyarakat, untuk membantu dan memotivasi dalam proses pengolahan limbah
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
Limbah Plastik
Plastik adalah bahan sintetis yang berasal dari minyak mineral, gas alam, atau dibuat dari bahan asal batu bara, batu kapur, udara, air dan juga dari binatang dan tumbuh-tumbuhan. Sifat–sifat plastik pada umumnya adalah sebagai berikut :
1. Tahan korosi oleh atmosfer ataupun beberapa zat kimia. 2. Berat jenisnya cukup rendah, sebagian mengapung dalam air, tetapi
umumnya lebih berat. 3. Beberapa cukup ulet dan kuat, tetapi kekuatannya di bawah logam.
Akan tetapi karena berat jenis plastik lebih rendah, didapatkan perbandingan yang menarik antara kekuatan dan berat. 4. Kebanyakan bahan termoplastik mulsi melunak pada suhu yang sangat rendah, sedikit mempunyai wujud yang menarik dan dapat diberi warna, ada juga yang trasparan (tanpa warna) (Amanto dan Daryanto, 2006) Plastik termasuk kelompok polimer, yaitu merupakan proses penggabungan (proses polomerisasi) dari monomernya, sedangkan monomer adalah senyawa kimia organik yang mempunyai kemampuan untuk berpolimerisasi dan ini tergantung dari jenis monomer yang akan bergabung (Wargadinata, 2002)
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
4
Universitas Sumatera Utara
5
(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. Sebagai gambaran, untuk membuat 1 kg plastik memerlukan 1,75 kg minyak bumi , untuk memenuhi kebutuhan bahan bakunya maupun kebutuhan energi prosesnya (Surono, 2013)
Limbah plastik merupakan masalah yang sudah dianggap serius bagi pencemaran lingkungan, khususnya terhadap pencemaran tanah. Salah satu solusi yang dapat diterapkan dalam penanganan limbah atau sampah plastik ini adalah dengan mendaur ulang. Bahan plastik merupakan bahan organik yang tidak bisa terurai oleh bakteri. Dan alangkah baiknya jika limbah plastik tersebut dapat digunakan lagi dengan cara mendaur ulang dan dijadikan produk baru. Upaya pengelolaan daur ulang sampah plastik telah banyak dilakukan oleh pemerintah, seperti dengan menyediakan tempat sampah yang sudah dipecah menjadi beberapa kategori sampah (sampah basah dan sampah kering) (Vesilind et al, 2003).
Limbah plastik yang ada pada saat ini pada umumnya hanya dibuang (disposal), landfill, dibakar atau didaur ulang (recycle). Limbah plastik jika diolah dengan cara yang tepat, karena plastik dapat menghasilkan hidrokarbon yang merupakan bahan dasar energi dan bahan kimia. Polyethylene sebagai bahan dasar pembuatan kantong plastik merupakan polimer termoplastik sehingga dapat terdegradasi dengan perlakuan termal. Metode perlakuan termal yang biasa digunakan salah satunya adalah pirolisis (Naimah, dkk, 2012).
Universitas Sumatera Utara
6
Pengolahan sampah plastik menjadi bahan bakar cair dapat memberikan suatu solusi permasalahan limbah plastik yang selama ini menjadi masalah yang serius terhadap lingkungan. Untuk itu dalam penelitian ini dikembangkan alat pengolah limbah plastik sederhana berbasis teknologi pirolisis skala laboratorium. Selanjutnya dilakukan pengujian alat pada bahan baku limbah plastik yang mudah dijumpai dan dilanjutkan dengan analisis hasil proses tersebut (Naimah, 2012)
Limbah plastik yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan dapat diolah menjadi energi. Proses perombakan limbah plastik menjadi energi dikenal dengan istilah cracking atau perengkahan yang terjadi pada plastik merupakan pemutusan ikatan rantai karbon penyusun plastik. Plastik tersusun atas molekul hidrokarbon yang berasal dari fraksi minyak bumi. Plastik mempunyai struktur paling sederhana adalah polyethylene (PE).umumnya susunanmolekul dari PE terdiri dari sekitar 1000 atom karbon didalam tulang punggungnya (Ermawati, 2011)
Polietilen Polyethylene merupakan hasil reaksi polimerisasi dari monomer ethylene.
Jika polimerisasi ethylene diproses pada tekanan tinggi akan menghasilkan Low Density Polyethylene (LDPE). Sebaliknya, pada tekanan yang relatif rendah akan menghasilkan Hight Density Polyethylene (HDPE) (Streptiadi, dkk, 2002)
Polietilena dibagi menjadi produk massa jenis rendah (< 0,94 g/cm3), dan produk massa jenis tinggi (> 0,94 g/cm3). Perbedaan dalam massa jenis ini timbul dari strukturnya yakni : polietilena massa jenis tinggi secara esensial merupakan
Universitas Sumatera Utara
7
polimer linear dan polietilena massa jenis (Siburian dan Simbolon, 2008).
rendah bercabang
Polietilen mempunyai ketahanan terhadap larutan kimiawi, selain itu ulet dan fleksibel dengan adanya pengaruh suhu. Mempunyai suhu pelunakan yang rendah dan dapat dicetak dalam bermacam-macam bentuk. Penggunaan pokok untuk isolasi listrik, alat-alat dapur, boneka, dan sebagai lembaran untuk pembungkus (Amanto dan Daryanto, 2006).
HDPE (High Density Polyethylene) Plastik HDPE merupakan salah satu dari tipe plastik polyethylene, HDPE
memiliki struktur yang sederhana dan pada dasarnya memiliki struktur rantai polimer yang lumayan panjang. Rantai polimer ini lebih mudah menyesuaikan diri dengan ikatan rantai lainnya, karena itu HDPE memiliki tingkat kristalinitas tertinggi dalam polyethylene. HDPE juga memiliki berat molekul yang cukup tinggi untuk memperoleh tingkat kristalinitas antara 70-95% (Andrady, 2003).
HDPE memiliki kerapatan molekul yang lebih rapat dibandingkan dengan low density polyethylene (LDPE). HDPE juga memiliki kekakuan, ketahanan panas, dan permeabilitas dibandingkan dengan LDPE. HDPE diklasifikasikan sebagai homopolymers yang kaku, dan kopolimer yang lebih tahan terhadap kekuatan retak atau koyak. HDPE memiliki temperatur kerja mulai dari 212oF sampai 220oF di bawah kondisi beban rendah (PPC, 2009)
PET (Polietilen Tereftalat) Polietilen tereftalat (PET) merupakan poliester linier yang bersifat
termoplastik yang disintesis melalui proses esterifikasi asam tereftalat (TPA) dan
Universitas Sumatera Utara
8
etilen glikol (EG) atau melalui proses transesterifikasi dimetil tereftalat (DMT) dan etilen glikol. PET banyak diaplikasikan penggunaannya sebagai bahan tekstil, botol minuman ringan dan film fotografi. Oleh karena fungsi yang bervariasi tersebut, PET mengalami peningkatan produksi yang luar biasa. Pada tahun 2000 sampai 2010, kebutuhan dunia akan PET meningkat dari 27.6 juta ton hingga 56,0 juta ton (Mega dan Atmaja, 2011)
PET merupakan polyester linear yang mempumyai titik leleh 265oC, polimer ini dibuat melalui reaksi polikondensasi yang depreparasi dari asam tereftalat dan etilena glikol, biasanya dibuat dalam bentuk padatan atau dalam larutan dengan memakai etelina glikol berlebih untuk menaikkan laju esterifikasi. Proses ini mul-mula menghasilkan polyester terminasi hidroksil yang berat molekulnya rendah, yang kemudian ditransesterifikasi dengan lepasnya glikol berlebih untuk memperoleh polimer berat molekul tinggi (Stevens, 1989)
Minyak Tanah (Kerosin) Kerosin ialah fraksi minyak bumi yang mempunyai daerah didih sekitar
150o-300oC. Penggunaan utama kerosin ialah sebagai bahan bakar lampu penerangan. Di samping itu kerosin juga digunakan sebagai bahan bakar kompor rumah tangga. Karena kerosin digunakan sebagai bahan bakar lampu penerangan, maka salah satu sifat yang terpenting bagi kerosin ialah bahwa kerosin harus dapat memberikan intensitas terang nyala yang tinggi dan sedikit mungkin memberikan asap yang dapat menggangu lingkungan (Hardjono, 2001)
Universitas Sumatera Utara
9
Limbah Tempurung Kelapa Tempurung kelapa terletakdibagian dalam kelapa setelah sabut. Pada
bagian pangkal tempurung terdapat 3 buah lubang tumbuh (ovule) yang menunjukkan bahwa bakal buah asahnya berlubang 3 dan yang tumbuh biasanya satu buah.
Tempurung kelapa merupakan lapisan yang keras dengan ketebalan antara 3 mm sampai 5 mm. Sifat kerasnya disebabkan oleh banyaknya kandungan silikat (SiO2) yang terdapat pada tempurung tersebut. Dari berat total buah kelapa, antara 15% sampai 19% merupakan berat tempurungnya. Selain itu tempurung juga banyak mengandung lignin. Sedang kandungan methoxyl dalam tempurung juga hampir sama dengan yang terdapat dalam kayu. Pada umumnya, nilai kalor yang terkandung dalam tempurung kelapa adalah berkisar antara 18200 kJ/kg hingga 49338,05 kJ/kg (Palungkun, 1999).
Tempurung kelapa dapat diolah menjadi arang yang merupakan bahan baku pembuatan arang briket dengan proses karbonisasi. Arang tempurung adalah arang yang dibuat dengan cara karbonisasi dari tempurung atau batok kelapa. Pada proses pembakaran tempurung kelapa yang terdiri dari karbohidrat yang sangat kompleks, akan menyebabkan suatu rentetan reaksi yaitu peruraian secara termal serta menimbulkan panas sebagai hasil peruraian dari bermacammacam struktur molekul (Tirono dan Ali, 2011).
Alat Pengolahan Limbah Polimer
Peralatan yang digunakan yang digunakan adalah satu set instalasi pengolahan plastik yang dirakit manual dan satu unit pengukur temperatur (infrared termocouple). Dalam mengolah limbah plastik menjadi BBM tidak
Universitas Sumatera Utara
10
diperlukan perlakuan presortir dan tidak pula diperlukan kondisi yang harus bersih dari kotoran seperti: pasir, abu, kaca, logam, tekstil, air dan minyak bekas. Setiap satuan berat plastik, dapat menghasilkan: 70% minyak dan 16% gas. Sampah plastik yang telah dikelompokkan berdasarkan tipenya dibersihkan lalu dipotongpotong kemudian massanya ditimbang. Selanjutnya dimasukan dalam tabung atau instalasi pengolahan yang telah dirakit. Adapun jenis sampah plastik yang digunakan adalah jenis plastik PET (Polyethylene Terephtalate), HDPE (High Density Polyethylene), dan PP (Polypropylene) (Kadir, 2012). Pirolisis
Pirolisis adalah proses dekomposisi suatu bahan pada suhu tinggi tanpa adanya udara atau dengan udara terbatas. Proses dekomposisi pada pirolisis ini juga sering disebut dengan devolatilisasi. Produk utama dari pirolisis yang dapat dihasilkan adalah arang (char), minyak, dan gas. Arang yang terbentuk dapat digunakan untuk bahan bakar ataupun digunakan sebagai karbon aktif. Sedangkan minyak yang dihasilkan dapat digunakan sebagai zat aditif atau campuran dalam bahan bakar (Santoso, 2010). Faktor-faktor atau kondisi yang mempengaruhi proses pirolisis adalah : 1. Waktu
Waktu berpengaruh pada produk yang akan dihasilkan karena, semakin lama waktu proses pirolisis berlangsung. produk yang dihasilkannya (residu padat, tar, dan gas) makin naik.
Universitas Sumatera Utara
11
2. Suhu Suhu sangat mempengaruhi produk yang dihasilkan karena sesuai dengan
persamaan Arhenius, suhu makin tinggi nilai konstanta dekomposisi termal makin besar akibatnya laju pirolisis bertambah dan konversi naik. 3. Ukuran Partikel
Ukuran partikel berpengaruh terhadap hasil, semakin besar ukuran partikel, luas permukaan per satuam berat semakin kecil, sehingga proses akan menjadi lambat. 4. Berat Partikel
Semakin banyak bahan yang dimasukkan,menyebabkan hasil bahan bakar cair (tar) dan arang meningkat (Ramadan dan Ali, 2008).
Destilasi Prinsip umum dari destilasi adalah pemisahan senyawa yang memiliki
perbedaan tekanan uap pada suhu tertentu. Istilah destilasi merujuk pada pemisahan fisik dari sebuah campuran menjadi dua atau lebih fraksi yang memiliki titik didih yang berbeda.
Jika cairan yang terdiri dari dua bahan volatil dipanaskan, uap yang dihasilkan akan mengandung konsentrasi yang tinggi dari bahan yang memiliki titik didih lebih rendah daripada cairan asal. Sebaliknya, jika uap panas didinginkan, bahan yang memiliki titik didih lebih tinggi memiliki tendensi untuk
Universitas Sumatera Utara
12
berkondensasi dalam jumlah yang besar daripada bahan dengan titik didih yang lebih rendah (Caroline, 2011).
Destilasi sederhana atau destilasi biasa adalah teknik pemisahan kimia untuk memisahkan dua atau lebih komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang jauh. Suatu campuran dapat dipisahkan dengan destilasi biasa ini untuk memperoleh senyawa murni. Senyawa yang terdapat dalam campuran akan menguap saat mencapai titik didih masing-masing.
Destilasi bertingkat memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik,
sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan titik didih
yang berdekatan. Untuk memisahkan dua jenis cairan yang sama mudah menguap
dapat dilakukan dengan destilasi bertingkat. Destilasi bertingkat adalah suatu
proses destilasi berulang. Proses berulang ini terjadi pada kolom fraksional.
Kolom fraksional terdiri atas beberapa plat dimana pada setiap plat terjadi
pengembunan. Uap yang naik pada plat yang lebih tinggi lebih banyak
mengandung cairan yang lebih atsiri (mudah menguap) sedangkan cairan yang
yang kurang atsiri lebih banyak kondensat (Walangare, dkk., 2013).
Karakteristik Minyak Tanah
Tabel 1. Karakteristik minyak tanah No Keterangan 1 Density 2 Nilai Kalori (Kcal/kg) 3 Nilai Kalori (Kcal/liter) 4 Effisiensi Aparat (kompor) 5 Nilai efektif kalori/liter (3 x 4) 6 Kesetaraan manfaat 3395,18 Kcal (Liter) 7 Kesetaraan manfaat 3395,18 Kcal (kg) 8 Kesetaraan manfaat 3395,18 Kcal (kg)
Minyak Tanah 0.81 10,478.95 8,487.95 0.40 3,395.18 1.00 1.00 1.76
(Departemen energi dan sumber daya mineral, 2007)
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2. Karakteristik minyak tanah
No Karakteristik Minyak Tanah
1 Densitas (kg/m3)
900
2 Kapilaritas (mm)
15
3 Tegangan permukaan (N/m) 0,036
4 Viskositas (cP)
1,476
5 Nilai kalor kotor (kJ/kg)
45800
6 Titik asap (mm)
15,95
7 Titik kabut (oC)
-21,5
8 Titik tuang (oC)
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
Universitas Sumatera Utara
UJI BERBAGAI JENIS BAHAN PLASTIK PADA ALAT PENGOLAHAN LIMBAH PLASTIK BERBAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA
OLEH:
DIDY HIKMAH UTAMA 100308080/KETEKNIKAN PERTANIAN
Draft sebagai salah satu syarat untuk dapat melakukan penulisan skripsi di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
Disetujui Oleh : Komisi Pembimbing
(Ir.Saipul Bahri Daulay, M.Si ) Ketua
( Ainun Rohanah, STP, M.Si ) Anggota
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
Universitas Sumatera Utara
Abstrak
DIDY HIKMAH UTAMA : Uji Berbagai Jenis Bahan Plastik Pada Alat Pengolahan Limbah Plastik Berbahan Bakar Tempurung Kelapa, dibimbing oleh SAIPUL BAHRI DAULAY dan AINUN ROHANAH.
Menipisnya cadangan fosil dan meningkatnya populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya. Oleh karena itu, diperlukan pencarian alternatif sumber energi kalor yang ramah lingkungan yaitu dengan pemanfaatan limbah plastik menjadi bahan bakar. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan bahan bakar dari plastik Kresek (polietilen), botol kosmetik (HDPE) dan botol aqua (PET) dengan minyak tanah. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian, di Laboratorium Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan di Laboratorium Motor Bakar Fakultas Teknik pada bulan Agustus 2014 sampai selesai dengan menggunakan model rancangan acak lengkap non faktorial pada taraf plastik Kresek (polietilen), botol kosmetik (HDPE) dan botol aqua (PET). Parameter yang diamati adalah rendemen, nilai kalor, dan viskositas. Hasil penelitian menunjukkan bahan bakar yang mendekati minyak tanah adalah P2 (botol kosmetik) yang memiliki nilai kalor 10.578,6 Kcal/Kg dan viskositas 0,940 cP. Kata kunci : Limbah plastik, polietilen, HDPE, PET
Abstract
DIDY HIKMAH UTAMA : Testing of Various Types of Plastic Materials in Plastic Waste Processing Device using Coconut Shell Fuel, supervised by SAIPUL BAHRI DAULAY and AINUN ROHANAH.
The decrease of fossil resources and increase population are very contradictive to energy consume for human life and social economy activity. So, alternative energy is needed which environment friendly by the use of plastic waste as fuel. This research as aimed to compare fuel from plastic (Polyethylene), cosmetic bottle (HDPE) and aqua Bottle (PET) with kerosene. This research was done in Agriculture Engineering Laboratory, and in Physical Chemistry Laboratory of MIPA and Heat Engine Laboratory Faculty of Engineering in August 2014 until finish using completely randomized non factorial design with plastic (Polyethylene), cosmetic bottle (HDPE) and aqua Bottle (PET). The parameters analysed were yield, value of heat and viscosity. The results, showed that fuel nearly the same with kerosene was P2 (cosmetic bottle) with heat of 10.578,6 Kcal/Kg and viscosity of 0,940 cP. Keywords : Plastic waste, Polyethylene, HDPE, PET
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
Didy Hikmah Utama, dilahirkan di Sabang, pada tanggal 11 Februari 1992 dari ayah Jonnaidy dan ibu Normadiah. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara.
Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Dharmawangsa Medan dan pada tahun 2010 lulus seleksi masuk Universitas Sumatera Utara melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Penulis memilih Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian.
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif dalam Ikatan Mahasiswa Teknik Pertanian (IMATETA) Universitas Sumatera Utara. Penulis juga melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit PT. Gunung Melayu - Asian Agri Kecamatan Rahuning, Kabupaten Asahan, Sumatera Utara, pada bulan Juli sampai dengan Agustus 2013.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan draft yang berjudul “Uji Berbagai Jenis Bahan Plastik pada Alat Pengolahan Limbah Plastik Berbahan Bakar Tempurung Kelapa” yang merupakan salah satu syarat untuk dapat melakukan penulisan skripsi di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada kedua orang tua yang telah mendukung penulis baik secara moril maupun materil. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ir.Saipul Bahri Daulay, M.Si selaku ketua pembimbing dan Ainun Rohanah STP, M.Si selaku anggota pembimbing yang telah membimbing dan memberikan kritik serta saran yang membangun kepada penulis sehingga draft ini dapat diselesaikan dengan baik.
Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih. Semoga dengan adanya penelitian ini nantinya dapat memberikan manfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan.
Medan, Maret 2015
Penulis
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal KATA PENGANTAR ........................................................................................i DAFTAR TABEL...............................................................................................iii DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................iv DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................v PEDAHULUAN Latar Belakang ....................................................................................................1 Tujuan Penelitian ................................................................................................3 Kegunaan Penelitian ...........................................................................................3 TINJAUAN PUSTAKA .....................................................................................4 Limbah Plastik ....................................................................................................4 Polietilen .............................................................................................................6 HDPE (High Density Polyethylene)....................................................................7 PET (Polietilen Tereftalat)..................................................................................7 Minyak Tanah (Kerosin) .....................................................................................8 Limbah Tempurung Kelapa ................................................................................9 Alat Pengolahan Limbah Polimer .......................................................................9 Pirolisis................................................................................................................10 Destilasi...............................................................................................................11 Karakteristik Minyak Tanah ...............................................................................12 BAHAN DAN METODE Waktu dan tempat Penelitian ..............................................................................14 Bahan dan Alat Penelitian...................................................................................14 Metodologi Penelitian .........................................................................................14 Komponen Alat ...................................................................................................15 Persiapan Penelitian ............................................................................................16 Prosedur Penelitian .............................................................................................16 Parameter Penelitian ...........................................................................................17 HASIL DAN PEMBAHASAN Rendemen............................................................................................................19 Nilai Kalor...........................................................................................................21 Nilai Viskositas ...................................................................................................22 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan .........................................................................................................25 Saran....................................................................................................................25 DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................26 LAMPIRAN ........................................................................................................28
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Hal. 1. Karakteristik minyak tanah ...........................................................................12 2. Karakteristik minyak tanah ...........................................................................13 3. Pengamatan parameter ..................................................................................19
4. Uji DMRT pengujian jenis plastik terhadap rendemen.................................20
5. Uji DMRT pengujian bahan plastik terhadap nilai kalor .............................21
6. Uji DMRT pengujian jenis plastik terhadap Viskositas ...............................23
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Hal. 1. Pengaruh jenis plastik terhadap persentase rendemen ...................................20 2. Pengaruh jenis plastik terhadap nilai kalor ....................................................22 3. Pengaruh jenis plastik terhadap viskositas....................................................23
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Hal. 1. Flowchart penelitian ..................................................................................... 28
2. Data penelitian .............................................................................................. 29 3. Data pengamatan rendemen ..........................................................................30 4. Data pengamatan nilai kalor..........................................................................31
5. Data pengamatan Viskositas .........................................................................32
6. Uji lama pembakaran ....................................................................................33
6. Gambar teknik alat .......................................................................................34
7. Dokumentasi Hasil Penelitian ....................................................................... 35
Universitas Sumatera Utara
Abstrak
DIDY HIKMAH UTAMA : Uji Berbagai Jenis Bahan Plastik Pada Alat Pengolahan Limbah Plastik Berbahan Bakar Tempurung Kelapa, dibimbing oleh SAIPUL BAHRI DAULAY dan AINUN ROHANAH.
Menipisnya cadangan fosil dan meningkatnya populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya. Oleh karena itu, diperlukan pencarian alternatif sumber energi kalor yang ramah lingkungan yaitu dengan pemanfaatan limbah plastik menjadi bahan bakar. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan bahan bakar dari plastik Kresek (polietilen), botol kosmetik (HDPE) dan botol aqua (PET) dengan minyak tanah. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian, di Laboratorium Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan di Laboratorium Motor Bakar Fakultas Teknik pada bulan Agustus 2014 sampai selesai dengan menggunakan model rancangan acak lengkap non faktorial pada taraf plastik Kresek (polietilen), botol kosmetik (HDPE) dan botol aqua (PET). Parameter yang diamati adalah rendemen, nilai kalor, dan viskositas. Hasil penelitian menunjukkan bahan bakar yang mendekati minyak tanah adalah P2 (botol kosmetik) yang memiliki nilai kalor 10.578,6 Kcal/Kg dan viskositas 0,940 cP. Kata kunci : Limbah plastik, polietilen, HDPE, PET
Abstract
DIDY HIKMAH UTAMA : Testing of Various Types of Plastic Materials in Plastic Waste Processing Device using Coconut Shell Fuel, supervised by SAIPUL BAHRI DAULAY and AINUN ROHANAH.
The decrease of fossil resources and increase population are very contradictive to energy consume for human life and social economy activity. So, alternative energy is needed which environment friendly by the use of plastic waste as fuel. This research as aimed to compare fuel from plastic (Polyethylene), cosmetic bottle (HDPE) and aqua Bottle (PET) with kerosene. This research was done in Agriculture Engineering Laboratory, and in Physical Chemistry Laboratory of MIPA and Heat Engine Laboratory Faculty of Engineering in August 2014 until finish using completely randomized non factorial design with plastic (Polyethylene), cosmetic bottle (HDPE) and aqua Bottle (PET). The parameters analysed were yield, value of heat and viscosity. The results, showed that fuel nearly the same with kerosene was P2 (cosmetic bottle) with heat of 10.578,6 Kcal/Kg and viscosity of 0,940 cP. Keywords : Plastic waste, Polyethylene, HDPE, PET
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
Latar Belakang Dalam kehidupan sehari hari, tentunya kita tidak dapat melepaskan diri
dari penggunaan plastik. Plastik bisa dibilang merupakan bahan yang paling banyak digunakan untuk membuat berbagai barang perlengkapan rumah tangga mulai dari piring, tas belanja, toples hingga ember. Plastik juga bahan yang paling umum digunakan untuk mengemas berbagai produk yang beredar di pasaran mulai dari makanan hingga kosmetik. Namun dibalik berbagai kegunaannya, plastik ternyata dapat memberi dampak buruk bagi lingkungan karena sifatnya yang sulit untuk diurai sehingga akan menjadi sampah dan polutan bagi alam kita dalam jangka waktu yang lama. Terlebih plastik juga ternyata memiliki dampak buruk bagi kesehatan jika tidak digunakan secara tepat sehingga kita perlu untuk lebih jeli dalam mengenali jenis dan karakteristik plastik yang banyak terdapat di sekeliling kita.
Plastik memiliki sifat unggul seperti ringan tetapi kuat, transparan, tahan air serta harganya relatif murah dan terjangkau oleh semua kalangan masyarakat. Plastik yang digunakan saat ini merupakan polimer sintetik, terbuat dari minyak bumi (non-renewable) yang tidak dapat terdegradasi mikroorganisme di lingkungan. Kondisi demikian ini menyebabkan kemasan plastik sintetik tersebut tidak dapat dipertahankan penggunaannya secara meluas karena akan menambah persoalan lingkungan dan kesehatan di waktu mendatang.
1
Universitas Sumatera Utara
2
Plastik merupakan suatu bahan polimer yang tidah mudah terdekomposisi oleh mikroorganisme pengurai, sehingga penumpukan plastik bekas akan menimbulkan masalah bagi lingkungan hidup. Penumpukan plastik bekas terus bertambah disebabkan oleh sifat-sifat yang dimiliki plastik, antara lain tidak dapat membusuk, tidak terurai secara alami, tidak dapat menyerap air, dan tidak dapat berkarat, sehingga pada akhirnya menjadi masalah bagi lingkungan hidup. Upaya untuk menekan penumpukan plastik bekas seminimal mungkin dapat dilakukan dengan pemanfaatan kembali limbah plastik tersebut atau dengan daur ulang untuk dijadikan suatu produk mempunyai arti bagi masyarakat.
Persoalan sampah plastik tidak hanya dialami Indonesia, tetapi juga seluruh negara-negara di dunia termasuk Jepang. Plastik sebagaimana kita ketahui sangat sulit terurai di dalam tanah, butuh waktu ratusan tahun, sehingga menjadi permasalahan serius bagi lingkungan hidup karena akan sangat mencemari lingkungan. Oleh karena itu, pengolahan sampah plastik menjadi produk yang bermanfaat menjadi sangat penting untuk mengurangi timbunan sampah plastik. Ada beberapa metode pengolahan sampah plastik diantaranya peleburan sampah plastik menjadi bijih plastik kembali untuk selanjutnya digunakan sebagai bahan baku produk plastik. Metode lain yang saat ini sedang populer adalah dengan mengkonversinya menjadi bahan bakar minyak (BBM) setara bensin dan solar. Hal ini sangat mungkin dilakukan karena sebagaimana kita ketahui bahwa plastik dibuat dari minyak bumi sehingga proses ini hanya mengembalikan ke bentuk asalnya.
Menipisnya cadangan bahan bakar fosil dan meningkatnya populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup
Universitas Sumatera Utara
3
manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya. Sejak lima tahun terakhir, Indonesia mengalami penurunan produksi minyak nasional akibat menurunnya cadangan minyak pada sumur-sumur produksi secara alamiah. Pertambahan jumlah penduduk meningkat seiring dengan kebutuhan akan sarana transportasi dan aktivitas industri. Hal ini berakibat pada peningkatan kebutuhan dan konsumsi bahan bakar minyak (BBM) yang merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu, diperlukan pencarian alternatif sumber energi kalor yang ramah lingkungan
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hasil dari alat pengolahan
limbah plastik dengan bahan baku limbah plastik kresek (Polietilen), botol kosmetik (HDPE), botol Aqua (PET) untuk dibandingkan dengan minyak tanah sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak tanah.
Kegunaan Penelitian 1. Bagi penulis yaitu sebagai bahan untuk menyusun skripsi yang merupakan syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. 2. Bagi mahasiswa, sebagai informasi pendukung untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai alat pengolahan limbah plastik. 3. Bagi masyarakat, untuk membantu dan memotivasi dalam proses pengolahan limbah
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
Limbah Plastik
Plastik adalah bahan sintetis yang berasal dari minyak mineral, gas alam, atau dibuat dari bahan asal batu bara, batu kapur, udara, air dan juga dari binatang dan tumbuh-tumbuhan. Sifat–sifat plastik pada umumnya adalah sebagai berikut :
1. Tahan korosi oleh atmosfer ataupun beberapa zat kimia. 2. Berat jenisnya cukup rendah, sebagian mengapung dalam air, tetapi
umumnya lebih berat. 3. Beberapa cukup ulet dan kuat, tetapi kekuatannya di bawah logam.
Akan tetapi karena berat jenis plastik lebih rendah, didapatkan perbandingan yang menarik antara kekuatan dan berat. 4. Kebanyakan bahan termoplastik mulsi melunak pada suhu yang sangat rendah, sedikit mempunyai wujud yang menarik dan dapat diberi warna, ada juga yang trasparan (tanpa warna) (Amanto dan Daryanto, 2006) Plastik termasuk kelompok polimer, yaitu merupakan proses penggabungan (proses polomerisasi) dari monomernya, sedangkan monomer adalah senyawa kimia organik yang mempunyai kemampuan untuk berpolimerisasi dan ini tergantung dari jenis monomer yang akan bergabung (Wargadinata, 2002)
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
4
Universitas Sumatera Utara
5
(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. Sebagai gambaran, untuk membuat 1 kg plastik memerlukan 1,75 kg minyak bumi , untuk memenuhi kebutuhan bahan bakunya maupun kebutuhan energi prosesnya (Surono, 2013)
Limbah plastik merupakan masalah yang sudah dianggap serius bagi pencemaran lingkungan, khususnya terhadap pencemaran tanah. Salah satu solusi yang dapat diterapkan dalam penanganan limbah atau sampah plastik ini adalah dengan mendaur ulang. Bahan plastik merupakan bahan organik yang tidak bisa terurai oleh bakteri. Dan alangkah baiknya jika limbah plastik tersebut dapat digunakan lagi dengan cara mendaur ulang dan dijadikan produk baru. Upaya pengelolaan daur ulang sampah plastik telah banyak dilakukan oleh pemerintah, seperti dengan menyediakan tempat sampah yang sudah dipecah menjadi beberapa kategori sampah (sampah basah dan sampah kering) (Vesilind et al, 2003).
Limbah plastik yang ada pada saat ini pada umumnya hanya dibuang (disposal), landfill, dibakar atau didaur ulang (recycle). Limbah plastik jika diolah dengan cara yang tepat, karena plastik dapat menghasilkan hidrokarbon yang merupakan bahan dasar energi dan bahan kimia. Polyethylene sebagai bahan dasar pembuatan kantong plastik merupakan polimer termoplastik sehingga dapat terdegradasi dengan perlakuan termal. Metode perlakuan termal yang biasa digunakan salah satunya adalah pirolisis (Naimah, dkk, 2012).
Universitas Sumatera Utara
6
Pengolahan sampah plastik menjadi bahan bakar cair dapat memberikan suatu solusi permasalahan limbah plastik yang selama ini menjadi masalah yang serius terhadap lingkungan. Untuk itu dalam penelitian ini dikembangkan alat pengolah limbah plastik sederhana berbasis teknologi pirolisis skala laboratorium. Selanjutnya dilakukan pengujian alat pada bahan baku limbah plastik yang mudah dijumpai dan dilanjutkan dengan analisis hasil proses tersebut (Naimah, 2012)
Limbah plastik yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan dapat diolah menjadi energi. Proses perombakan limbah plastik menjadi energi dikenal dengan istilah cracking atau perengkahan yang terjadi pada plastik merupakan pemutusan ikatan rantai karbon penyusun plastik. Plastik tersusun atas molekul hidrokarbon yang berasal dari fraksi minyak bumi. Plastik mempunyai struktur paling sederhana adalah polyethylene (PE).umumnya susunanmolekul dari PE terdiri dari sekitar 1000 atom karbon didalam tulang punggungnya (Ermawati, 2011)
Polietilen Polyethylene merupakan hasil reaksi polimerisasi dari monomer ethylene.
Jika polimerisasi ethylene diproses pada tekanan tinggi akan menghasilkan Low Density Polyethylene (LDPE). Sebaliknya, pada tekanan yang relatif rendah akan menghasilkan Hight Density Polyethylene (HDPE) (Streptiadi, dkk, 2002)
Polietilena dibagi menjadi produk massa jenis rendah (< 0,94 g/cm3), dan produk massa jenis tinggi (> 0,94 g/cm3). Perbedaan dalam massa jenis ini timbul dari strukturnya yakni : polietilena massa jenis tinggi secara esensial merupakan
Universitas Sumatera Utara
7
polimer linear dan polietilena massa jenis (Siburian dan Simbolon, 2008).
rendah bercabang
Polietilen mempunyai ketahanan terhadap larutan kimiawi, selain itu ulet dan fleksibel dengan adanya pengaruh suhu. Mempunyai suhu pelunakan yang rendah dan dapat dicetak dalam bermacam-macam bentuk. Penggunaan pokok untuk isolasi listrik, alat-alat dapur, boneka, dan sebagai lembaran untuk pembungkus (Amanto dan Daryanto, 2006).
HDPE (High Density Polyethylene) Plastik HDPE merupakan salah satu dari tipe plastik polyethylene, HDPE
memiliki struktur yang sederhana dan pada dasarnya memiliki struktur rantai polimer yang lumayan panjang. Rantai polimer ini lebih mudah menyesuaikan diri dengan ikatan rantai lainnya, karena itu HDPE memiliki tingkat kristalinitas tertinggi dalam polyethylene. HDPE juga memiliki berat molekul yang cukup tinggi untuk memperoleh tingkat kristalinitas antara 70-95% (Andrady, 2003).
HDPE memiliki kerapatan molekul yang lebih rapat dibandingkan dengan low density polyethylene (LDPE). HDPE juga memiliki kekakuan, ketahanan panas, dan permeabilitas dibandingkan dengan LDPE. HDPE diklasifikasikan sebagai homopolymers yang kaku, dan kopolimer yang lebih tahan terhadap kekuatan retak atau koyak. HDPE memiliki temperatur kerja mulai dari 212oF sampai 220oF di bawah kondisi beban rendah (PPC, 2009)
PET (Polietilen Tereftalat) Polietilen tereftalat (PET) merupakan poliester linier yang bersifat
termoplastik yang disintesis melalui proses esterifikasi asam tereftalat (TPA) dan
Universitas Sumatera Utara
8
etilen glikol (EG) atau melalui proses transesterifikasi dimetil tereftalat (DMT) dan etilen glikol. PET banyak diaplikasikan penggunaannya sebagai bahan tekstil, botol minuman ringan dan film fotografi. Oleh karena fungsi yang bervariasi tersebut, PET mengalami peningkatan produksi yang luar biasa. Pada tahun 2000 sampai 2010, kebutuhan dunia akan PET meningkat dari 27.6 juta ton hingga 56,0 juta ton (Mega dan Atmaja, 2011)
PET merupakan polyester linear yang mempumyai titik leleh 265oC, polimer ini dibuat melalui reaksi polikondensasi yang depreparasi dari asam tereftalat dan etilena glikol, biasanya dibuat dalam bentuk padatan atau dalam larutan dengan memakai etelina glikol berlebih untuk menaikkan laju esterifikasi. Proses ini mul-mula menghasilkan polyester terminasi hidroksil yang berat molekulnya rendah, yang kemudian ditransesterifikasi dengan lepasnya glikol berlebih untuk memperoleh polimer berat molekul tinggi (Stevens, 1989)
Minyak Tanah (Kerosin) Kerosin ialah fraksi minyak bumi yang mempunyai daerah didih sekitar
150o-300oC. Penggunaan utama kerosin ialah sebagai bahan bakar lampu penerangan. Di samping itu kerosin juga digunakan sebagai bahan bakar kompor rumah tangga. Karena kerosin digunakan sebagai bahan bakar lampu penerangan, maka salah satu sifat yang terpenting bagi kerosin ialah bahwa kerosin harus dapat memberikan intensitas terang nyala yang tinggi dan sedikit mungkin memberikan asap yang dapat menggangu lingkungan (Hardjono, 2001)
Universitas Sumatera Utara
9
Limbah Tempurung Kelapa Tempurung kelapa terletakdibagian dalam kelapa setelah sabut. Pada
bagian pangkal tempurung terdapat 3 buah lubang tumbuh (ovule) yang menunjukkan bahwa bakal buah asahnya berlubang 3 dan yang tumbuh biasanya satu buah.
Tempurung kelapa merupakan lapisan yang keras dengan ketebalan antara 3 mm sampai 5 mm. Sifat kerasnya disebabkan oleh banyaknya kandungan silikat (SiO2) yang terdapat pada tempurung tersebut. Dari berat total buah kelapa, antara 15% sampai 19% merupakan berat tempurungnya. Selain itu tempurung juga banyak mengandung lignin. Sedang kandungan methoxyl dalam tempurung juga hampir sama dengan yang terdapat dalam kayu. Pada umumnya, nilai kalor yang terkandung dalam tempurung kelapa adalah berkisar antara 18200 kJ/kg hingga 49338,05 kJ/kg (Palungkun, 1999).
Tempurung kelapa dapat diolah menjadi arang yang merupakan bahan baku pembuatan arang briket dengan proses karbonisasi. Arang tempurung adalah arang yang dibuat dengan cara karbonisasi dari tempurung atau batok kelapa. Pada proses pembakaran tempurung kelapa yang terdiri dari karbohidrat yang sangat kompleks, akan menyebabkan suatu rentetan reaksi yaitu peruraian secara termal serta menimbulkan panas sebagai hasil peruraian dari bermacammacam struktur molekul (Tirono dan Ali, 2011).
Alat Pengolahan Limbah Polimer
Peralatan yang digunakan yang digunakan adalah satu set instalasi pengolahan plastik yang dirakit manual dan satu unit pengukur temperatur (infrared termocouple). Dalam mengolah limbah plastik menjadi BBM tidak
Universitas Sumatera Utara
10
diperlukan perlakuan presortir dan tidak pula diperlukan kondisi yang harus bersih dari kotoran seperti: pasir, abu, kaca, logam, tekstil, air dan minyak bekas. Setiap satuan berat plastik, dapat menghasilkan: 70% minyak dan 16% gas. Sampah plastik yang telah dikelompokkan berdasarkan tipenya dibersihkan lalu dipotongpotong kemudian massanya ditimbang. Selanjutnya dimasukan dalam tabung atau instalasi pengolahan yang telah dirakit. Adapun jenis sampah plastik yang digunakan adalah jenis plastik PET (Polyethylene Terephtalate), HDPE (High Density Polyethylene), dan PP (Polypropylene) (Kadir, 2012). Pirolisis
Pirolisis adalah proses dekomposisi suatu bahan pada suhu tinggi tanpa adanya udara atau dengan udara terbatas. Proses dekomposisi pada pirolisis ini juga sering disebut dengan devolatilisasi. Produk utama dari pirolisis yang dapat dihasilkan adalah arang (char), minyak, dan gas. Arang yang terbentuk dapat digunakan untuk bahan bakar ataupun digunakan sebagai karbon aktif. Sedangkan minyak yang dihasilkan dapat digunakan sebagai zat aditif atau campuran dalam bahan bakar (Santoso, 2010). Faktor-faktor atau kondisi yang mempengaruhi proses pirolisis adalah : 1. Waktu
Waktu berpengaruh pada produk yang akan dihasilkan karena, semakin lama waktu proses pirolisis berlangsung. produk yang dihasilkannya (residu padat, tar, dan gas) makin naik.
Universitas Sumatera Utara
11
2. Suhu Suhu sangat mempengaruhi produk yang dihasilkan karena sesuai dengan
persamaan Arhenius, suhu makin tinggi nilai konstanta dekomposisi termal makin besar akibatnya laju pirolisis bertambah dan konversi naik. 3. Ukuran Partikel
Ukuran partikel berpengaruh terhadap hasil, semakin besar ukuran partikel, luas permukaan per satuam berat semakin kecil, sehingga proses akan menjadi lambat. 4. Berat Partikel
Semakin banyak bahan yang dimasukkan,menyebabkan hasil bahan bakar cair (tar) dan arang meningkat (Ramadan dan Ali, 2008).
Destilasi Prinsip umum dari destilasi adalah pemisahan senyawa yang memiliki
perbedaan tekanan uap pada suhu tertentu. Istilah destilasi merujuk pada pemisahan fisik dari sebuah campuran menjadi dua atau lebih fraksi yang memiliki titik didih yang berbeda.
Jika cairan yang terdiri dari dua bahan volatil dipanaskan, uap yang dihasilkan akan mengandung konsentrasi yang tinggi dari bahan yang memiliki titik didih lebih rendah daripada cairan asal. Sebaliknya, jika uap panas didinginkan, bahan yang memiliki titik didih lebih tinggi memiliki tendensi untuk
Universitas Sumatera Utara
12
berkondensasi dalam jumlah yang besar daripada bahan dengan titik didih yang lebih rendah (Caroline, 2011).
Destilasi sederhana atau destilasi biasa adalah teknik pemisahan kimia untuk memisahkan dua atau lebih komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang jauh. Suatu campuran dapat dipisahkan dengan destilasi biasa ini untuk memperoleh senyawa murni. Senyawa yang terdapat dalam campuran akan menguap saat mencapai titik didih masing-masing.
Destilasi bertingkat memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik,
sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan titik didih
yang berdekatan. Untuk memisahkan dua jenis cairan yang sama mudah menguap
dapat dilakukan dengan destilasi bertingkat. Destilasi bertingkat adalah suatu
proses destilasi berulang. Proses berulang ini terjadi pada kolom fraksional.
Kolom fraksional terdiri atas beberapa plat dimana pada setiap plat terjadi
pengembunan. Uap yang naik pada plat yang lebih tinggi lebih banyak
mengandung cairan yang lebih atsiri (mudah menguap) sedangkan cairan yang
yang kurang atsiri lebih banyak kondensat (Walangare, dkk., 2013).
Karakteristik Minyak Tanah
Tabel 1. Karakteristik minyak tanah No Keterangan 1 Density 2 Nilai Kalori (Kcal/kg) 3 Nilai Kalori (Kcal/liter) 4 Effisiensi Aparat (kompor) 5 Nilai efektif kalori/liter (3 x 4) 6 Kesetaraan manfaat 3395,18 Kcal (Liter) 7 Kesetaraan manfaat 3395,18 Kcal (kg) 8 Kesetaraan manfaat 3395,18 Kcal (kg)
Minyak Tanah 0.81 10,478.95 8,487.95 0.40 3,395.18 1.00 1.00 1.76
(Departemen energi dan sumber daya mineral, 2007)
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2. Karakteristik minyak tanah
No Karakteristik Minyak Tanah
1 Densitas (kg/m3)
900
2 Kapilaritas (mm)
15
3 Tegangan permukaan (N/m) 0,036
4 Viskositas (cP)
1,476
5 Nilai kalor kotor (kJ/kg)
45800
6 Titik asap (mm)
15,95
7 Titik kabut (oC)
-21,5
8 Titik tuang (oC)