Penggunaan Arang Cangkang Kelapa Sawit dan MgO untuk Bahan Baku Pembuatan Keramik Berpori yang Digunakan sebagai Filter Gas Buang Kenderaan Berbahan Bakar Bensin

PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI

YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN

TESIS

ERWINSYAH HASIBUAN

107026006/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2012

PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI

YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

OLEH

ERWINSYAH HASIBUAN

107026006/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2012

PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis :

Nama : ERWINSYAH HASIBUAN

Nomor Induk Mahasiswa : 107026006 Program Studi : Magister Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS Ketua Anggota

Ketua Program Studi Dekan

Dr. Nasruddin, MN. M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc NIP. 195507061981021002 NIP. 196310261991031001

Telah diuji pada

Tanggal : 30 Juli 2012

PANITIA PENGUJIAN TESIS

Ketua : Prof Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Anggota : 1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS

2. Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill 3. Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc 4. Dr. Nasruddin, MN. M.Eng.Sc

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI

YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN

TESIS

Dengan ini saya nyatakan bahwa mengakui semua karya Tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, Juli 2012

ERWINSYAH HASIBUAN NIP. 107026006

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Erwinsyah Hasibuan

NIM : 107026006

Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi pengembangan Ilmu Pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non – Exlusif Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul :

PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI

YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media. memformat, mengelola dalam bentuk data – base, merawat dan mempublikasi Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, Juli 2012

ERWINSYAH HASIBUAN NIM. 107026006

ABSTRAK

Telah dilakukan pembuatan keramik berpori dengan bahan dasar MgO dan abu cangkang kelapa sawit. Pencampuran abu cangkang kelapa sawit dengan bahan dasar keramik (MgO, clay) dilakukan beberapa variasi berdasarkan % massa bahan antara lain, Clay sebanya 30% setiap sampel, abu cangkang kelapa sawit berbanding dengan bahan dasar keramik MgO adalah 0 : 70, 5 : 65, 10 : 60, 15 : 55, 20 : 50 %. Masing-masing campuran ini diaduk dengan menambah air secukupnya dengan mixer. Setelah homogen dituang ke dalam cetakan dalam bentuk silinder dengan ukuran tinggi 22 cm, diameter luar 4,5 cm dan diameter dalam 2,5 cm, lalu dikeringkan selama 12 hari. Pembakaran dilakukan pada temperatur 1100 0C yang ditahan selama 2 jam, kemudian didinginkan selama 12 jam. Terhadap sampel-sampel uji dilakukan pengujian secara fisis maupun mekanik. Dari pengujian fisis diperoleh Porositas 38,42% - 58,37% Densitas 1,10% – 1,15%, permeabilitas 73,55 Pa - 357,94 Pa, susut massa 24,02% - 30,40%, serta susut volum 4,7% - 6,25%. Sedangkan pengujian mekanik diperoleh kekerasan 121,2 HV – 168,2 HV; kuat tekan 0,85-2,04 MPa; kuat impak 0,18 J/cm3 - 0,33 J/cm3. Pengujian juga dilakukan dengan analisis XRD untuk mengetahui komposisi senyawa kimia, dan diperoleh dari yang paling dominan yaitu : Magnesium Oxide, maka dilakukan pengujian emisi gas buang dengan peralatan “ Analyzer Gas” , ternyata penggunaan filter memberikan pengaruh yang sangat besar untuk mengurangi pencemaran udara. Pengurangan tersebut mencapai 1,55% - 4,64% CO ; 0,63% – 1,81% CO2; 18,21% – 21,97% HC; 70,20% - 72,73% O2.

Kata kunci : MgO, Abu cangkang kelapa sawit, keramik berpori, emisi gas buang, filter, absorbsi.

ABSTRACT

The fabrication of cordierite ceramic has been done by using the basic material of MgO and palm shell ash. The mixture of the raw material of ceramic (MgO, clay) is in mass percentage. The ingredients are arranged in the packages of the MgO and palm shell using the ratio of 0 : 70, 5 : 65, 10 : 60, 15 : 55, 20 : 50. Then 30% sample mass of clay is added to each sample. Each of the sample mixture is stirred in an adequate water by mixer. After the stirring is homogeneous, it is poured into the mold of 22 cm of height, 4.5 cm of outer diameter and 2.5 cm of inner diameter, then allowed to dry in 12 days. After the drying process, the samples is heated until 1100 °C and hold in 2 hours as well as cooled in 12 hours. Then the samples are tested both in physically and mechanically. From the physical testing is found that pores percentages of 38,42% - 58,37%, density of 1,10% – 1,15%, permeabilities of 73,55 Pa - 357,94 Pa, mass shrinkages of 24,02% - 30,40%, and burning shrinkages of 4,7% - 6,25%, while the mechanical testing results in the hardness of 121,2 HV – 168,2 HV, pressure strength of 0,85

MPa - 2,04 MPa and impact strength of 0,18-0,33 J/cm3. The testing of samples

is also done by XRD diffract-meter in order to obtain the dominant chemical composition of Magnesium Oxide and tested by gas analyser when used in vehicle exhausted gas system. The using of the filter give the great amount of influences in air polution. The absorption of filter usage give the decreasing of emission of

1,55% - 4,64% CO ; 0,63% – 1,81% CO2; 18,21% – 21,97% HC, and the

increasing of 70,20% - 72,73% O2.

Keywords: MgO, Palm shell ash, cordierite ceramic, exhausted gas emission, filter, absorption.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur dipersembahkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.

Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah diucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM & H, M.Sc (CTM) Sp.A(K). atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.

Dekan FMIPA, Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan yang diberikan menjadi mahasiswa program Magister Sains pada program pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Nasruddin, MN,M.Eng.Sc, Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh staf edukatif dan administratif pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya diberikan kepada Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc selaku Pembimbing Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan motivasi, bimbangan dan arahan, demikian juga kepada Dr Anwar Dharma Sembiring, MS, selaku Pembimbing Lapangan yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing hingga selesainya penelitian ini.

Kepada Ayahanda Kamaruddin Hasibuan, Ibunda tercinta Nurdiah M, abanganda Ardiansyah Hasibuan, SP; Budiansyah Hasibuan, S.Si, kakanda Irna Ifdiana Hasibuan, S.Ag, ST; Imna Ikhfa Hasibuan, SH, adinda Drg. Fahmi Diani Hasibuan; Ifda Sari Hasibuan, ST, Ipar Maymunah, SE; Yudi, Tris, M. Fadil Nst, ST, kekasihku Dini Wariastuti, S.Pd yang penuh sabar dan pengertian, motivasi dan dukungan serta do’a yang tulus.

Teman satu tim Sudarwis, Hairus Abdullah, Ayu Andriani, semua teman angkatan 2010 dan teman-teman staf pengajar di SMA Panca Budi Medan terima

kasih atas segala dukungan dan motivasi yang diberikan hingga selesai pendidikan ini, kebaikan ini tidak dapat dibalas hanya serahkan kepada Allah SWT.

Sekali lagi terima kasih atas do’a dan dorongan kalian semua. Semoga kebanggaan ini, juga menjadi kebanggaan kalian semua.

Semoga kita diberikan taufiq, hidayah, dan inayah-Nya dalam memanfaatkan segala ciptaan-Nya bagi kesejahteraan umat manusia.

Amin Ya Rabbal Alamin.

Medan, Juli 2012

Erwinsyah Hasibuan

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap Berikut Gelar : Erwinsyah Hasibuan, ST Tempat dan Tanggal Lahir : Sei Silau, 21 April 1979

Alamat Rumah : Jl. Karya Tani Gg. Berkah No 15 Medan

No HP : 081361678097

E-mail :

Instansi Tempat Bekerja : SMA Panca Budi Medan

Alamat Kantor : Jl. Gatot Subroto KM. 4,5 Medan

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri 010105 Tamat : 1991

SMP : MTsS Islamiyah Urung Pane Tamat : 1994

SMA : MAN 1 Medan Tamat : 1997

Strata-1 : Teknik Elektro USU Tamat : 2007

Strata-2 : Program Studi Ilmu Fisika Program

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

RIWAYAT HIDUP ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Ruang Lingkup Masalah ... 3

1.3 Pembatasan Masalah ... 3

1.4 Perumusan Masalah ... 4

1.5 Tujuan Penelitian ... 4

1.6 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Pencemaran Udara ... 5

2.2 Emisi Gas Buang ... 6

2.3 Pengertian dan Material Bahan Keramik Berpori ... 8

2.4 Magnesium Oksida (MgO) ... 9

2.5 Karbon Aktif ... 11

2.6 Tanah Liat (Clay) ... 12

2.7 Desain dan Struktur Katalis ... 13

2.7.1 Komponen-Komponen Katalis ... 14

2.7.1.1 Komponen Aktif ... 14

2.7.1.2.Penyangga (Suport) ... 14

2.7.1.3 Promotor ... 16

2.7.2 Desain Katalis ... 16

2.8 Katalis Konverter ... 17

2.9 Pembuatan Keramik ... 18

2.10 Sifat Fisis Material Keramik ... 18

2.10.1 Absorbsi ... 18

2.10.2 Porositas ... 19

2.10.3 Densitas ... 19

2.10.4 Permeabilitas ... 20

2.10.5 Kekerasan ... 21

2.10.6 Kuat Tekan ... 21

2.10.7 Kuat Impak ... 21

2.10.8 Susut massa ... 22

2.10.9 Susut Volum ... 22

2.11 Gas Analyzer ... 23

2.12 Difraksi Sinar –X ... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 25

3.1.1 Tempat Penelitian ... 25

3.1.2 Waktu Penelitian ... 25

3.2 Alat dan Bahan Penelitian ... 25

3.2.1 Alat ... 25

3.2.2 Bahan ... 26

3.3 Prosedur Penelitian ... 26

3.4 Variabel dan Parameter penelitian ... 28

3.4.1 Variabel Penelitian ... 28

3.4.2 Parameter Penelitian ... 28

3.5 Alat Pengumpul Data Penelitian ... 28

3.6 Pembuatan Sampel ... 28

3.7 Pengukuran Porositas dan Densitas ... 31

3.8 Pengukuran Permiabilitas ... 31

3.9 Pengujian kekerasan, Kuat tekan, Kuat Impak ... 31

3.10 Pengujian Absorbsi Gas Buang ... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33

4.1 Porositas, Densitas, dan Permiabilitas ... 33

4.2 Kekerasan ... 35

4.3 Kuat Tekan ... 37

4.4 Kuat Impak... 38

4.5 Susut Massa ... 39

4.6 Susut Volum (Susut bakar) ... 40

4.7 Uji Absorbsi Gas Buang Kendaraan ... . 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 46

5.1 Kesimpulan ... 46

5.2 Saran ... 47

DAFTAR TABEL

Tabel Judul Halaman

2.1 Karakteristik Fisis MgO ……….. 10

2.2 Klasifikasi komponen aktif berdasarkan sifat konduktifitas listriknya 15

3.1 Perbandingan Bahan ... 26

4.1 Hasil pengukuran porositas, densitas, dan permiabilitas... 33

4.2 Hasil Pengujian Kekerasan... 36

4.3 Hasil Pengujian Kuat Tekan ... 37

4.4 Hasil Pengujian Kuat Impak ... 38

4.5 Hasil Pengukuran Susut Massa ... 39

4.6 Hasil pengukuran Susut Bakar ... 40

4.7 Hasil pengujian absorbsi gas buang tanpa filter ... 41

DAFTAR GAMBAR

Gambar Judul Halaman

2.1 Serbuk Magnesium Oksida ... 9

2.1 Struktur Kristal MgO ... 10

2.3 Abu Cangkang Kelapa Sawit ... 12

2.4 Karakteristik Teknis dari Katalis ... 13

2.5 Hubungan antara komponen aktif, pendukung dan promotor dalam sistem katalis ... 14

2.6 Alat Uji Permeabilitas ... 20

2.7 Sketsa Hamburan Sinar -X ... 24

3.1 Skema Pembuatan Keramik Berpori ... 27

3.2 Sampel Silinder ... 30

4.1 Grafik Porositas ... 34

4.2 Grafik Densitas ... 34

4.3 Grafik Permiabilitas ... 35

4.4 Grafik Kekerasan ... 36

4.5 Grafik Kuat Tekan ... 37

4.6 Grafik Kuat Impak ... 38

4.7 Grafik Susut Massa ... 40

4.8 Grafik susut Volum ... 41

4.9 Grafik Absorbsi Gas buang CO... 42

4.10 Grafik absorbsi gas buang CO2 ... 43

4.11 Grafik Absorbsi gas buang HC ... 43

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Judul Halaman A Perhitungan menentukan porositas ... L-1

B Perhitungan menentukan densitas ... L-2

C Perhitungan menentukan Permeabilitas ... L-3

D Perhitungan menentukan kuat tekan ... L-4

E Perhitungan menentukan kuat impak ... L-5

F Perhitungan menentukan Susut Massa dan tabel hasil perhitungan ... L-6

G Perhitungan menentukan Susut Bakar dan tabel hasil perhitungan ... L-7

H Data Hasil Pengujian Absorbsi ... L-8

I Print Out hasil Uji Emisi ... L-10

J Hasil Uji XRD ... L-13

ABSTRAK

Telah dilakukan pembuatan keramik berpori dengan bahan dasar MgO dan abu cangkang kelapa sawit. Pencampuran abu cangkang kelapa sawit dengan bahan dasar keramik (MgO, clay) dilakukan beberapa variasi berdasarkan % massa bahan antara lain, Clay sebanya 30% setiap sampel, abu cangkang kelapa sawit berbanding dengan bahan dasar keramik MgO adalah 0 : 70, 5 : 65, 10 : 60, 15 : 55, 20 : 50 %. Masing-masing campuran ini diaduk dengan menambah air secukupnya dengan mixer. Setelah homogen dituang ke dalam cetakan dalam bentuk silinder dengan ukuran tinggi 22 cm, diameter luar 4,5 cm dan diameter dalam 2,5 cm, lalu dikeringkan selama 12 hari. Pembakaran dilakukan pada temperatur 1100 0C yang ditahan selama 2 jam, kemudian didinginkan selama 12 jam. Terhadap sampel-sampel uji dilakukan pengujian secara fisis maupun mekanik. Dari pengujian fisis diperoleh Porositas 38,42% - 58,37% Densitas 1,10% – 1,15%, permeabilitas 73,55 Pa - 357,94 Pa, susut massa 24,02% - 30,40%, serta susut volum 4,7% - 6,25%. Sedangkan pengujian mekanik diperoleh kekerasan 121,2 HV – 168,2 HV; kuat tekan 0,85-2,04 MPa; kuat impak 0,18 J/cm3 - 0,33 J/cm3. Pengujian juga dilakukan dengan analisis XRD untuk mengetahui komposisi senyawa kimia, dan diperoleh dari yang paling dominan yaitu : Magnesium Oxide, maka dilakukan pengujian emisi gas buang dengan peralatan “ Analyzer Gas” , ternyata penggunaan filter memberikan pengaruh yang sangat besar untuk mengurangi pencemaran udara. Pengurangan tersebut mencapai 1,55% - 4,64% CO ; 0,63% – 1,81% CO2; 18,21% – 21,97% HC; 70,20% - 72,73% O2.

Kata kunci : MgO, Abu cangkang kelapa sawit, keramik berpori, emisi gas buang, filter, absorbsi.

ABSTRACT

The fabrication of cordierite ceramic has been done by using the basic material of MgO and palm shell ash. The mixture of the raw material of ceramic (MgO, clay) is in mass percentage. The ingredients are arranged in the packages of the MgO and palm shell using the ratio of 0 : 70, 5 : 65, 10 : 60, 15 : 55, 20 : 50. Then 30% sample mass of clay is added to each sample. Each of the sample mixture is stirred in an adequate water by mixer. After the stirring is homogeneous, it is poured into the mold of 22 cm of height, 4.5 cm of outer diameter and 2.5 cm of inner diameter, then allowed to dry in 12 days. After the drying process, the samples is heated until 1100 °C and hold in 2 hours as well as cooled in 12 hours. Then the samples are tested both in physically and mechanically. From the physical testing is found that pores percentages of 38,42% - 58,37%, density of 1,10% – 1,15%, permeabilities of 73,55 Pa - 357,94 Pa, mass shrinkages of 24,02% - 30,40%, and burning shrinkages of 4,7% - 6,25%, while the mechanical testing results in the hardness of 121,2 HV – 168,2 HV, pressure strength of 0,85

MPa - 2,04 MPa and impact strength of 0,18-0,33 J/cm3. The testing of samples

is also done by XRD diffract-meter in order to obtain the dominant chemical composition of Magnesium Oxide and tested by gas analyser when used in vehicle exhausted gas system. The using of the filter give the great amount of influences in air polution. The absorption of filter usage give the decreasing of emission of

1,55% - 4,64% CO ; 0,63% – 1,81% CO2; 18,21% – 21,97% HC, and the

increasing of 70,20% - 72,73% O2.

Keywords: MgO, Palm shell ash, cordierite ceramic, exhausted gas emission, filter, absorption.

BAB I

PENDAHULUHAN 1.1 LATAR BELAKANG

Kemajuan teknologi dan ekonomi yang cepat mengakibatkan semakin tingginya kebutuhan akan transportasi. dalam hal lain lingkungan alam yang mendukung kehidupan manusia semakin terancam kualitasnya. Pengaruh negatif dari pencemaran udara semakin bertambah. Kualitas udara di kota-kota semakin memprihatinkan dengan bertambahnya jumlah kenderaan bermotor, akibatnya semakin terasa akan bahaya global warming.

Data BPS tahun 1999, di beberapa propinsi terutama di kota-kota besar seperti Medan, Surabaya dan Jakarta, emisi kendaraan bermotor merupakan kontribusi terbesar terhadap konsentrasi NO2 dan CO di udara yang jumlahnya lebih dari 50%. Penurunan kualias udara yang terus terjadi selama beberapa tahun terakhir menunjukkan bahwa betapa pentingnya digalakka usaha-usaha pengurangan emisi ini. Baik melalui penyuluhan kepada masyarakat ataupun dengan mengadakan penelitian bagi penerapan teknologi pengurangan emisi (Rachmariska, 2009).

Bahan pencemaran yang paling utama terdapat di dalam gas buang kendaraan bermotor adalah karbon monoksida (CO), berbagai senyawa hidrokarbon (HC), berbagai senyawa oksida nitrogen (NOx) dan senyawa sulfur (SOx), serta particular debu termasuk timbel (Pb). CO merupakan gas beracun yang apabila terhirup berlebihan dapat menyebabkan kematian mendadak. Demikian halnya dengan NOx dan HC, keduanya merusak paru-paru sedikit demi sedikit (Joskar 2007).

Dari segi lingkungan gas buang kendaraan bermotor juga cendrung membuat kondisi tanah dan air menjadi asam. Pengalaman di Negara maju membuktikan bahwa kondisi seperti ini dapat menyebabkan terlepasnya ikatan tanah atau sedimen dengan beberapa logam sehingga logam tersebut dapat mencemari lingkungan (Gabriel, J.F, 2001).

Mengingat luasnya sebab-sebab yang diakibatkan oleh pencemaran gas buang kendaraan bermotor tersebut maka terlintas keinginan untuk

menghilangkan pencemaran yang berasal dari gas buang kendaraan bermotor dengan cara membuat semacam filter yang dibuat dengan bahan keramik berpori yang ditempatkan pada knalpot kendaraan.

Dengan mengikuti Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi bahan kita merasa perlu untuk membuat keramik berpori dalam mengabsorbsi penurunan kadar emisi gas buang kendaraan bermotor. Dari masa lampau keramik berpori sudah dikenal hingga saat sekarang ini banyak digunakan untuk berbagai kebutuhan antara lain untuk keperluan rumah tangga, industri mekanik, elektronika, sebagai bahan filter, bahkan juga pada bidang teknologi ruang angkasa.

Saat ini sudah banyak dikembangkan berbagai macam teknologi yang ditujukan untuk mengurangi pencemaran lingkungan akibat aktivitas mesin-mesin kendaraan dan industri.

Keramik berpori sebagai filter partikulat gas buang kendaraan diesel juga telah dilakukan oleh Debora (2008) dengan memanfaatkan limbah sekam padi yang dihasilkan dari penggilingan padi, sekam yang diambil adalah lapisan beras yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan, Hasil yang diperoleh menyatakan bahwa dengan penambahan aditif semakin besar susut volum, densitas, kekerasan dan kuat tekan cenderung menurun sedang massa dan porositas cenderung bertambah. Pengujian menunjukkan susut bakar 1,62–2,14 %, Porositas 23,25 – 50,11% dan densitas 1,104 – 1,193 %. Untuk absorbsi gas radikal, setiap penambahan aditif 5 % maka gas CO, CO2 dan HC dapat diabsorbsi masing-masing sebesar 1%, 2 % dan 4 % sedang penambahan aditif 15% absorbsi untuk gas CO sebesar 5 %.

Joskar (2008) memanfaatkan bahan dasar limbah pulp yaitu grit,dreg, dan biosludge dengan aditif kaolin untuk pembuatan keramik berpori dengan hasil yang diperoleh 36,21% –97,14% CO, 25,64 %–95,97% CO2 dan 36,47 %–87,87% HC. Karakteristik yang diperoleh dari bahan keramik yang telah diuji yaitu porositas 27,96 % – 54,27 %, kuat tekan 0,98 MPa – 69,58 Mpa, kuat pukul 1,49x10-2 MPa – 4,05x10-2 MPa, kekerasan 87 MPa – 127 MPa.

Sorahatua (2009) dengan memanfaatkan limbah pada pulp membuat filter

bermotor dengan absorbsi gas sebesar 9,56 %–47,41% CO, 1,23 %–43,11% CO2 dan 6,15 %–48,87% HC. Disamping itu kadar O2 meningkat dari 81,29 % – 607,19%. Karakteristik yang diperoleh dari bahan keramik yang telah diuji yaitu porositas 23,25% – 50,11 %, kuat tekan 0,98MPa – 30,87 MPa, kuat pukul 1,49x10-2 MPa– 2,64x10-2 MPa, kekerasan 87MPa–126 MPa.

Sembiring (2010) dengan memanfaatkan limbah padat pulp membuat filter

gas buang dengan yang berhasil mengurangi polusi udara dari gas buang kendaraan bermotor dengan absorbsi gas sebesar 36,21%–97,14% CO, 25,64%– 95,97% CO2 dan 36,47%–87,87% HC. Dan pertambahan O2 dari 400,12% – 1264,03 %. Karakteristik fisis yang diperoleh dari bahan keramik yang telah diuji yaitu susut bakar 1,97%–4,07 %, porositas 27,96% – 54,27 % dan densitas 1,14 g/cm2–1,20 g/cm3 sedangkan pengujian mekanis diperoleh kuat tekan 2,98 MPa–69,58 MPa, kuat impak 1,49x10-2MPa– 4,05x10-2 MPa dan kekerasan 87 MPa –127 MPa.

Berdasarkan uraian di atas dan untuk mengefesiensikan penggunaan keramik, maka dalam penelitian ini akan dirancang suatu keramik berpori dari Magnesium Oksida (MgO) dengan campuran Clay dan abu cangkang kelapa sawit yang dipakai sebagai filter gas buang kendaraan bermotor berbahan bakar bensin.

1.2 RUANG LINGKUP MASALAH

Ruang lingkup masalah dalam penelitian ini adalah ingin mengetahui pembuatan keramik berpori dengan Magnesium Oksida (MgO) digunakan sebagai

filter gas buang kendaraan bermotor berbahan bakar bensin.

1.3 PEMBATASAN MASALAH

Untuk dapat memfokuskan dan memaksimalkan penelitian ini, maka permasalahan dalam penelitian harus dibatasi. Dengan demikian asumsi dan pembatasan dilakukan sebagai berikut:

1. Pembuatan alat berupa keramik berpori dengan mengunakan Magnesium Oksida (MgO), abu cangkang kelapa dan clay.

2. Penelitian hanya difokuskan pada persentasi pengurangan polusi gas buang hasil pembakaran kendaraan bermotor CO, HC, dan CO2 setelah dilewatkan melalui filter knalpot

3. Penelitian dilakukan pada mobil Toyota tahun pembuatan 1987 berbahan bakar bensin premium (C6H12).

1.4 PERUMUSAN MASALAH

Adapun yang menjadi perumusan masalah dalam penelitian ini adalah : a. Apakah peran keramik berpori bermanfaat untuk mereduksi/merubah

karakter gas CO, HC, CO2 yang berasal dari gas buang kendaraan bermotor dengan bahan bakar bensin.

b. Berapakah besar gas CO, HC, dan CO2 yang berasal dari gas buang kendaran bermotor dengan bahan bakar besin dapat berkurang jika dilewatkan dari keramik berpori?

1.5 TUJUAN PENELITIAN

Yang menjadi tujuan penelitian ini antara lain :

a. Mengurangi polusi udara akibat emisi gas buang kendaraan bermotor yang berbahaya bagi kesehatan manusia.

b. Mengurangi efek rumah kaca yang menimbulkan global warning.

c. Mencari alternatif bahan katalik konverter yang relatif lebih murah dibandingkan dengan bahan katalik konverter tradisional (yang sudah dipakai selama ini).

1.6 MANFAAT PENELITIAN

Hasil dari penelitian diharapkan dapat bermanfaat bagi peningkatan kesehatan lingkungan dan pelestarian alam bagi kehidupan yang akan datang.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 PENCEMARAN UDARA

Secara umum, terdapat dua sumber pencemaran udara, yaitu pencemaran akibat sumber alamiah (natural sources) seperti letusan gunung berapi, dan yang berasal dari kegiatan manusia (antropogenic sources), seperti yang berasal dari transportasi , emisi pabrik, dan lain-lain. Di dunia, dikenal 6 jenis zat pencemar udara utama yang berasal dari kegiatan manusia (anthropogenic sources) yaitu : karbon monoksida (CO), Oksida Sulfur (SOx), Oksida nitrogen (NOx), Partikulat, Hidrokarbon (HC), dan Oksida fotokimia, termasuk ozon (Muhammad Nuh:2011)

Pencemaran udara yang terjadi di kota-kota besar telah menyebabkan menurunnya kualitas udara sehingga mengganggu kenyamanan, bahkan telah menyebabkan terjadinya gangguan terhadap kesehatan. Menurunnya kualitas udara tersebut terutama disebabkan oleh penggunaan bahan bakar fosil untuk sarana transportasi dan industri yang umumnya terpusat di kota-kota besar. Proses pembakaran fosil tersebut sepenuhnya tidaklah sempurna, sehingga gas hasil buangannya mengandung gas-gas yang berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan. Selain itu, efek rumah kaca juga menjadi penyebab utama atas meningkatnya pencemaran udara, sehingga memicu terjadinya “global warming”, yaitu meningkatnya suhu permukaan bumi akibat adanya pencemaran di berbagai lingkungan, salah satunya pencemaran udara yang disebabkan oleh meningkatnya produksi polusi udara dari hasil pembakaran bahan bakar fosil.

Untuk mencegah terjadinya pencemaran udara tersebut ini, perlu dilakukan usaha untuk mengendalikan pencemaran, yaitu dengan mengurangi konsentrasi zat-zat berbahaya yang dilepaskan ke lingkungan. Cara yang dilakukan dapat berupa usaha untuk mengkonversikan gas-gas berbahaya tersebut menjadi gas yang ramah lingkungannya (Gabriel, J.F, 2001).

Hujan asam dapat menyebabkan tumbuh-tumbuhan rusak, bahkan mati adapun senyawa HC bersifat karsinogenik, yang jika masuk ke dalam tubuh mahluk hidup, dengan oksida dan nitrogen, HC akan bereaksi secara foto-oksidasi. Selanjutnya dengan adanya katalis converter yang berfungsi untuk

mengatasi pencemaran zat-zat yang berbahaya tersebut dengan proses konversi, yaitu mereduksi dan mengoksidasi gas CO dan HC menjadi CO2 dan H2O, mereduksi gas NOx menjadi N2, O2 dan NO2 dengan bantuan sebuah pengemban (media/support) dari bahan alam yang ada di Indonesia, seperti batuan alam zeolit yang memiliki ketahanan termal yang tinggi, sehingga tahan pada proses bersuhu tinggi. (Gabriel, J.F, 2001)

Uji emisi terhadap gas buang kendaraan bermotor dilakukan sesuai dengan peraturan Menteri No. 05/2006 tentang ambang batas Emisi Gas Buang kendaraan bermotor,. Peraturan Pemerintah tersebut juga mewajibkan kepada Pemda / Pemko untuk melakukan uji Emisi setiap enam bulan di daerahnya masing-masing. Dalam uji tersebut, besarnya polusi yang dihasilkan kendaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar premium, yaitu kendaraan tahun pembuatan dibawah 2007, gas buang yang dihasilkan berupa Hidro Carbon (HC) tidak melebihi 1200 dan karbondioksida (CO2) sekitar 4,5%. Sementara untuk kendaraan tahun pembuatan diatas 2007, ketentuannya lebih ketat, yaitu tingkat HC sebesar 200 dan CO2 1,5%. Untuk kendaraan yang menggunakan bahan bakar solar, opastias atau ketebalan asap yang dihasilkan mencapai 70%. Pada dasarnya menurut pengalaman uji emisi yang dilakukan bahwa tinggi polusi yang dihasilkan kendaraan bermotor tidak selalu dipengaruhi oleh tahun pembuatan, tetapi lebih kepada perawatan mesin kendaraan.

2.2 EMISI GAS BUANG

Gas Buang kendaraan bermotor menyebabkan ketidaknyaman pada orang yang berada di tepi jalan dan menyebabkan masalah pencemaran udara pula. Kendaraan bermotor akan mengeluarkan berbagai jenis gas maupun partikulat yang terdiri dari berbagai senyawa anorganik dan organic dengan berat molekul yang besar dan dapat langsung terhirup melalui hidung dan mempengaruhi masyarakat di jalan raya dan sekitarnya. Bahan pencemaran yang terutama terdapat dalam gas buang kendaraan bermotor yang keluar dari knalpot adalah CO, dan berbagai Oksida Nitrogen (NOx), bahan bakar tertentu seperti hidrokarbon dan timbal organik dilepaskan ke udara karena adanya penguapan dari sistem bahan bakar.

Sisa hasil pembakaran berupa air (H2O), gas CO atau disebut juga karbon monoksida yang beracun, CO2 yang merupakan gas rumah kaca, NOx senyawa nitrogen oksida, HC berupa senyawa hidrat sebagai akibat ketidaksempurna proses pembakaran. Gas ini dikeluarkan dari knalpot kendaraan. Knalpot itu sendiri adalah salah satu saluran gas buang yang fungsi mengalirkan gas buang dari ruang bakar mesin dan meredam suara yang keluar dari ruang bakar mesin.

Gas sisa pembakaran mesin ini beracun dan akan merusak lapisan ozon dan menjadi penyebab utama adanya pemanasan global. Beberapa gas yang ditimbulkan oleh sisa pembakaran mesin adalah:

1. Karbon monoksida (CO), Gas karbon monoksida ini mempunyai sifat beracun, sifat lain gas ini adalah tidak berwarna CO dapat menyebabkan pengurangan kadar oksigen dalam darah sehingga mengakibatkan pusing, gangguan berpikir, penurunan reflek, gangguan jantung, bahkan kematian 2. Karbon dioksida (CO2), Mempunyai daya rusak terhadap ozon (O3), Gas

inilah yang saat ini menjadi perhatian dunia karena mengakibatkan pemanasan global dan efek pemanasan global. Hal ini telah melahirkan banyak bencana di dunia. Salah satu praduga adalah pada tahun 2010 ada beberapa kejadian yang misterius tentang jatuhnya benda dilangit di Bone, Duren Sawit Jaktim, Bima NTB. Teorinya, setiap benda langit atau meteor yang tidak akan sampai ke bumi jika lapisan ozon masih sempurna, karena gesekan meteor dengan udara akan membuat meteor terbakar dahulu sebelum sampai ke bumi.

3. H2O atau air

4. Pb (Timbal), Dapat mengakibatkan penurunan tingkat kecerdasan dan perkembangan mental anak, mengakibatkan tekanan darah tinggi, fungsi reproduksi laki-laki, terganggunya fungsi ginjal.

5. NOx (Oksida Nitrogen), Dapat menimbulkan iritasi mata, batuk, gangguan jantung dan paru-paru, asma, dan infeksi saluran pernapasan.

6. HC (Hidrokarbon) Senyawa ini tercipta sebagai akibat dari tidak sempurnanya proses pembakaran, kekurangan oksigen, busi yang kotor, bensin yang tercampur dengan air, bocornya paking adalah penyebab pembakaran yang tidak sempurna. HC (Hidrokarbon) menyebabkan iritasi

mata, pusing, batuk, mengantuk, bercak kulit, perubahan kode genetik,memicu asma dan kanker paru-paru (Anneahira:2012)

Uji emisi gas buang dengan menggunakan alat gas analyzer, alat ini dapat menunjukkan kadar zat-zat polutan yitu CO, CO2, dan HC yang keluar dari knalpot kendaraan bermotor. Hasil pengukuran alat ini dapat langsung dikatehui melalui print out yang langsung keluar dari alat tersebut. Hasil pengukuran meliputi kadar CO (%), HC (ppm), CO2 (%), maupun O2 (%). Gas analyzer dihubungkan dengan mobil melalui pipa plastik yang dihubingkan ke baterai dan mesin mobil, kemudian mobil dihidupkan sementara gas analyzer di set ke posisi nol, kemudian sensor dimasukkan ke dalam knalpot kendaraan dan secara otomatis, alat bekerja serta hasil langsung tertera pada monitor alat. (Sembiring; 2000)

2.3 PENGERTIAN DAN MATERIAL KERAMIK BERPORI

Keramik berasal dari kata “Ceramos” yang berarti batuan yang berasal dari pengunungan, dan selanjutnya menjadi kata “ceramic” yang dalam bahasa Inggris berarti bahan anorganik dan metalik yang merupakan campuran metal dan non metal yang terikat secara ionik dan kovalen (Sembiring, 2010).

Keramik berporositas telah berhasil dibuat dan dimanfaatkan sebagai filter

dalam penuangan logam cair, sebagai katalisator yang biasa ditempatkan dalam sistem gas buang kenderaan bermotor (Van Vlack, 1985). Demikian halnya yang dilakukan oleh Lindqvist dan Liden pada pembuatan keramik berpori dari bahan alumina melalui cara slip casting dengan cara menambahkan tepung jagung (Lindqvist dan Liden, 2000).

Refractron Technologies Corp New York USA, adalah badan yang meneliti

dan memproduksi keramik berpori, dengan karakteristik standar porositas antara 40-50%, sedangkan HP Technical Ceramics memproduksi keramik berpori dengan standar porositas 35 - 50%.

Keramik berpori yang berfungsi sebagai filter lebih banyak dipergunakan sebagai penyaring air untuk menjernihkan dan menghilangkan aroma, tetapi dewasa ini aplikasinya sudah lebih luas dan variatif.

2.4 MAGNESIUM OKSIDA (MgO)

Magnesium adalah salah satu unsur yang paling luas penyebarannya dan merupakan 1,9 % dari kerak bumi. Biasanya magnesium terdapat dalam bentuk klorida, silikat, hidrat, oksida, sulfat atau karbonat. Semua unsur golongan II A jika dibakar dengan oksigen membentuk oksida (MO). Salah satu contohnya adalah MgO. MgO diperoleh dari pemanasan MgSO4 dan MgCO3.

895o

MgSO4 CMgO+SO3

540o

MgCO3 CMgO+CO2

Gambar 2.1: Serbuk Magnesium Oksida

Bila magnesium karbonat atau hidroksida dipanaskan terbentuklah magnesium oksid. Oksida ini dapat digunakan untuk bermacam tujuan misalnya vulkanasi karet, sebagai bahan untuk membuat berbagai senyawa magnesium lainnya, sebagai bahan refraktori dan sebagai abrasif. Magnesium oksida juga banyak dipakai dalam sistem pengendalian pencemaran untuk menyingkirkan sulfur dioksida dari gas cerobong asap. (Austin,1996)

Magnesium oksida (MgO) atau magnesia juga merupakan salah satu jenis bahan keramik yang mempunyai titik lebur yang tinggi yaitu sekitar 3073 K, digunakan pada temperatur refractory yang tinggi, electrical insulation,

pembungkus makanan, kosmetik dan hal-hal yang berkenaan dengan bidang farmasi. Magnesium oksida adalah suatu mineral padat putih yang dapat terbentuk secara alami dari magnesium dan oksida, dibentuk oleh suatu ikatan ionik antara satu atom magnesium dan satu atom oksida yang membentuk struktur kristal FCC (Af”idah, 2007), seperti pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Struktur kristal MgO (Web element, 2008) Tabel 2.1 Karakteristik Fisis MgO (Web element, 2008)

No Sifat-sifat Nilai

1. Struktur kristal FCC

2. Warna Putih

3. Bentuk Kristal padat

4. Densitas 3600 Kg.m-3

5. Titik didih 3600 oC

6. Titik leleh 2830 oC

Magnesia banyak digunakan sebagai material konstruksi yang tahan panas dan sebagai wadah atau tempat untuk melebur lapisan logam. MgO merupakan

salah satu bahan keramik yang banyak digunakan dalam bahan komposit, yaitu sebagai penguat (filter) yang dapat memperbaiki sifat mekanik dan fisis dari suatu material. MgO bersifat higroskopik secara alami, oleh sebab itu MgO harus diletakkan dalam suatu wadah yang dapat melindunginya dari embun, jika tidak maka akan terbentuk magnesium hidroksida (Mg(OH)2) yang mengandung air. Untuk mengembalikan magnesium hidroksida menjadi magnesium oksida maka harus dilakukan pemanasan untuk menghilangkan kandungan air didalamnya (Af”idah, 2007).

2.5 KARBON AKTIF

Karbon aktif adalah bahan yang mengandung karbon yang telah ditingkatkan daya absorbsinya. Aktivasi merupakan suatu proses yang menyebabkan perubahan fisik pada permukaan karbon melalui penghilangan hidrokarbon, gas-gas dan air dari permukaan tersebut sehingga permukaan karbon semakin luas dan berpori. Sehingga akan lebih mudah menyerap zat-zat lain (Sudirjo,2006).

Karbon aktif atau karbon berpori digunakan secara luas sebagai adsorben

dalam proses industri untuk menghilangkan sejumlah pengotor, terutama yang berhubungan dengan zat warna pengolahan limbah, pemurnian air, obat-obatan, yang biasanya digunakan dalam bentuk bubuk. Untuk adsorben gas biasanya digunakan dalam bentuk padatan (granular). Bahan baku utama dalam pembuatan karbon aktif adalah semua bahan anorganik yang memiliki kandungan karbon tinggi seperti tempurung kelapa, kayu, gambut, tulang, batubara, dan lain-lain.

2.5.1 Cangkang Kelapa Sawit

Cangkang kelapa sawit yang dijadikan arang dapat ditingkatkan nilai ekonomisnya dengan menjadikannya karbon aktif. Karbon aktif berfungsi sebagai

filter untuk menjernihkan air, pemurnian gas, industri minuman, farmasi,

katalisator, dan berbagai macam penggunaan lain. Cangkang kelapa sawit adalah salah satu bahan karbon aktif yang kualitasnya cukup baik dijadikan karbon aktif.

Gambar 2.3 Abu cangkang kelapa sawit

Arang adalah suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi (Sembiring, 1995)

Secara umum faktor yang menyebabkan adanya daya serap karbon aktif antara lain adalah:

1. Dengan adanya pori-pori mikro yang sangat banyak jumlahnya pada karbon aktif, akan menimbulkan gaya kapiler yang menyebabkan adanya daya serap.

2. Luas permukaan yang dimiliki karbon aktif dapat menimbulkan daya serap.

2.6 TANAH LIAT (CLAY)

Clay dikenal sebagai tanah liat (Argiles), merupakan sejenis mineral halus berbentuk kepingan, gentian atau hablur yang terbentuk dari batuan sedimen

(sedimensary rock) dengan ukuran butir < 1/256 mm. Pada umumnya ada 2 jenis

clay yaitu ball clay dan fire clay.

Ball clay digunakan pada keramik putih karena memiliki plastisitas dan tegangan patah tinggi serta tidak pernah digunakan sendiri. Fire clay terdiri dari tiga jenis yaitu flin fire clay yang memiliki struktur kuat, plastik fire clay

memiliki workability yang baik dan high alumina clay yang sering dipergunakan untuk refraktori dan bahan tahan api. (Nurhakim:2009)

2.7 DESAIN DAN STRUKTUR KATALIS

Karakteristik tekstur katalis dapat dijelaskan melalui parameter, seperti: laus permukaan, volum pori, densitas pellet, radius pori rata-rata tekstur dan distribusi ukuran pori.

Gambar 2.4 Karakteristik Teknis dari Katalis (Istadi:2011)

Aktivitas dan selektivitas katalis yang tinggi di desain dengan memilih komponen kimia yang benar menggunakan cara-cara pembuatan tertentu sehingga menghasilkan katalis dengan luas permukaan yang diinginkan serta memformulasikan pellet katalis agar situs aktif dapat mudah diakses pada umumnya.

Aliran Fluida: Ditribusi Aliran Penurunan tekanan Kekuatan Mekanik

Aktivitas Tinggi: Aktivitas Bahan Kimia

Permukaan aktif spesifik yang tinggi Pelet berpori

Ukuran Bentuk

Aktivitas

Kekuatan Porositas

Umur Panjang

Stabilitas

Tahan terhadap: Sinetring, racun Katalis, fouling

Pelet katalis

2.7.1 Komponen-Komponen Katalis

Pada umumnya katalis tersusun dari beberapa komponen antara lain:

2.7.1.1 Komponen Aktif

Komponen aktif merupakan komponen katalis yang bertanggung jawab terhadap reaksi kimia yang utama. Pemilihan komponen aktif, promoter dan penyangga (Support) dapat dilihat pada gambar 2.5 di bawah ini

Gambar 2.5 Hubungan antara komponen aktif, pendukung dan promotor dalam sistem katalis (Istadi:2011)

2.7.1.2 Penyangga (Support)

Penyangga (support) atau dinamakan juga sebgai pembawa (Carrier) mempunyai banyak fungsi. Fungsi yang paling penting adalah menjaga agar luas

Fungsi:

- Aktivitas kimia Jenis:

- Logam

- Oksida dan Sulfida - Semi konduktor - Oksida dan Sulfida

Fungsi:

- Luas permukaan yang tinggi - Porositas

- Sifat-sifat mekanis - Stabilitas

- Fungsi ganda aktivitas - Modifikasi komponen aktif Jenis:

- Logam

- Oksida dan sulfide - Semi konduktor

- Oksidan dan Sulfida isolator Komponen aktif Penyangga (Support) Promotor Fungsi: - Struktural

- Penghambat aktivitas - Promosi aktivitas

Fungsi pada komponen aktif: - Elektronik

- Morfologi racun

Jenis:

- Oksida dengan titik leleh tinggi - Tanah liat - Karbon Katalis

permukaan komponen aktif tetap besar. Sebagai contoh adalah katalis platinium (pt) sebagai logam aktif untuk proses untuk proses reformasi katalitik, dan pembersihan knalpot kendaraan secara katalitik. Kristal platinium harus mempunyai luas permukaan besar. Platinium mempunyai titik leleh pada suhu 1774 0C.

Katalis (Catalyst) didefenisihkan sebagai suatu zat kimia yang dapat menaikan laju reaksi dan terlibat dalam reaksi kimia walaupun zat itu sendiri tidak ikut beraksi secara permanen. Sehingga katalis dapat berfungsi mengarahkan reaksi ke arah reaksi yang diinginkan. Jika katalisnya ZnO maka produk reaksi adalah metanol. Katalis sangat berguna untuk memanipulasi selektifitas yang tidak berubah selama bereaksi.

Katalis adalah zat yang meningkatkan laju reaksi kimia tanpa ikut terpakai. Katalis dapat bereaksi membentuk zat antara, tetapi akan diperoleh kembali dalam tahap reaksi berikutnya. Katalis mempercepat reaksi dengan menyediakan serangkaian tahapan elementer dengan kinetika yang lebih baik dibandingkan jika tanpa katalis. Dalam banyak kasus, katalis meningkatkan laju dengan cara menurunkan energi aktivasi reaksinya.( Istadi, 2011)

Tabel 2.2 Klasifikasi komponen aktif berdasarkan sifat konduktifitas listriknya (Istadi, 2011) dan spesifikasnya sebagai berikut. Kelompok Kondiktivitas/Jenis

Reaksi

Aplikasi Reaksi Contoh Katalis

Logam Konduktor,

Redoks

Hidrogenasi, Hidrogenolisis Oksidasi

Fe, Ni, Pt Pd, Cu, Ag

Oksida dan Sulfida Semikonduktor Redoks Hidrogenasi Selektif Hidrogenolisis Oksidasi

Ni, ZnO, CuO Cr2 O3, MoS2

Oksida Insulator Polimerisasi

Isomerisasi

Perengkahan (Cracking)

Dehidrasi

Al2O3, SiO2 MgO,

SiO2, - Al2 O3 Zeolit

Peningkatan aktivitas katalis mempunyai beberapa keuntungan antara lain yaitu: 1. Laju reaksi yang tinggi untuk kondisi reaksi yang sama.

2. Laju reaksi yang ekuivalen tetapi hasil reaksi yang lebih banyak atau reaktor yang lebih kecil.

3. Laju reaksi yang ekivalen pada suhu dan tegangan yang lebih rendah, dimana keseimbangan meningkat, operasi menjadi lebih mudah, deaktifasi

menjadi lebih kurang atau selektivitas yang lebih baik.

2.7.1.3 Promotor

Promotor merupakan senyawa ketiga yang ditambahkan ke dalam sistem katalis, biasanya dalam jumlah kecil saja. Tujuan pemberian promotor ini adalah untuk menghasilkan aktivitas, selektivitas dan efek stabilitas yang diinginkan. Promotor dapat diandaikan sebagai bumbu dalam masakan.

Promotor didesain untuk membantu penyanggan atau komponen aktif. Salah satu peran penting dari promotor adalah dalam mengendalikan stabilitas katalis. Beberapa kasus lain, promotor ditambahkan ke dalam struktur katalis atau penyangga untuk menghambat mekanisme reaksi tertentu yang tidak diinginkan, seperti pembentukan karbon (coke). Coking ini berasal dari perengkahan di situs asam Bronsted yang diikuti polimerisasi dengan katalis asam untuk menghasilkan

(CHx)n. Cooking ini memenuhi pori dan memblokade lubang pori.

2.7.2 Desain Katalis

Desain katalis yang sukses memerlukan kombinasi pengalaman-pengalaman unik dengan pengetahuan yang berhubungan dengan pengalaman-pengalaman tersebut. Diskusi tentang pengembangan proses adalah dasar penting di dalam mendesain katalis, penekanannya adalah pada apa yang dibutuhkan oleh proses itu. Target reaksi adalah sangat penting. Faktor-faktor penting yang perlu diperhatikan adalah ukuran partikel, ukuran pori, kekuatan, selektivitas, aktivitas, stabilitas dan formulasi.

2.8 KATALIS KONVERTER

Sebuah catalytic converter adalah instrumen yang mengubah bahan kimia beracun dalam gas buang dari mesin pembakaran internal menjadi zat berbahaya lebih sedikit. Di dalam catalytic converter, sebuah katalis merangsang reaksi kimia yang beracun, produk samping dari pembakaran dikonversi menjadi zat yang kurang beracun dengan cara katalis reaksi kimia. Reaksi spesifik bervariasi sesuai dengan jenis katalis yang didispersikan. Sebagian besar kendaraan pada bensin dilengkapi dengan three way converter, dinamakan demikian karena itu mengkonversi tiga polutan utama dalam knalpot mobil yaitu reaksi mengkonversi karbon monoksida (CO) dan karbon tak terbakar (HC), serta oksidasi nitrogen (NOx) untuk menghasilkan karbondioksida (CO2), nitrogen (N2), dan air (O2).

Pada kendaraan bermotor berbahan bakar bensin, biasanya digunakan three

way cataliytic converter, sebuah katalik konverter mempunyai tiga tugas secara

sumultan yaitu:

1. Pengurangan oksida nitrogen untuk nitrogen dan oksigen : 2NOx→ NO2 + N2

2. Oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida : 2 CO + O2 → 2 CO2 3. Oksidasi hidrokarbon yang tidak terbakar (HC) menjadi karbon dioksida dan

air: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2→ x CO2 + (x + 1) H2O

Ketiga reaksi terjadi paling efisien bila catalytic conveter menerima gas buang dari mesin sedikit di atas titik stoikiometri. Titik ini adalah antara 14,6 dan 14,6 bagian udara untuk 1 bagian bahan bakar bensin. Rasio untuk bahan bakar gas cair (LPG), gas alam dan etanol bahan bakar adalah masing-masing sedikit berbeda, membutuhkan pengaturan sistem bahan bakar dimodifikasi saat menggunakan bahan bakar tersebut. Secara umum, mesin dilengkapi dengan

3-way catalytic converter dilengkapi dengan komputerisasi loop tertutup impan

balik bahan bakar injeksi sistem menggunakan satu atau lebih sensor oksigen, meskipun pada awal penyebaran tiga cara konverter, karburator dilengkapi untuk kontrol umpan balik campuran yang digunakan.

Dengan demikian reaksi yang terjadi dalam katalik konverter adalah proses reduksi dan oksidasi, dimana ada logam yang berfungsi sebagai okksidator dan

reduktor, selain itu terdapat juga bahan pendukung secara mekanis yang disebut sebagai substrat yaitu tempat dimana logam-logam katalis didispersikan serta terdapat juga bahan washcoat yang berfungsi untuk mendispersikan logam katalis ke seluruh permukaan substrat sehingga memungkinkan reaksi reduksi dan oksidasi terjadi di keseluruhan permukaan substrat.

2.9 PEMBUATAN KERAMIK

Proses pembentukan keramik dapat dilakukan dengan cara Slip Casting.

Metode ini dilakukan untuk memperkeras suspensi dengan air dari cairan lainnya, dituang kedalam plaster berpori, air akan diserap dari daerah kontak kedalam cetakan dan lapisan yang kuat akan terbentuk.

2.10 SIFAT FISIS MATERIAL

Sifat fisis material yang akan diuji pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

2.10.1 Absorbsi

Absorbsi adalah terserapnya atau terikatnya suatu subtansi (adsorben) pada permukaan yang dapat menyerap (adsorben). Adsorbsi dapat terjadi diantara zat padat dan zat cair, zat padat dengan gas, zat cair dengan zat cair, dan zat cair dengan gas. Adsorbsi terjadi karena molekul-molekul pada permukaan zat yang memiliki gaya tarik dalam keadaan tidak setimbang yang cendrung tertarik kearah dalam (gaya kohesi adsorben lebih besar dari gaya adhesinya).

Berdasarkan interaksi molekuler antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorbsi dibagi menjadi dua bagian yaitu : adsorsi fisika dan adsorbsi kimia.

1. Adsorbsi fisika terjadi bila gaya intermolekul lebih besar dari gaya tarik antar molekul atau gaya tarik menarik yang relative lemah antara adsorbat derngan permukaan adsorben, gaya ini disebut gaya Van der Waals. Adsorbsi berlangsung cepat, dapat membentuk lapisan jamak (multilayer) dan reaksi dapat balik (reversible) karena energi yang dibutuhkan sangat rendah.

2. Adsorbsi kimia terjadi karena adanya reaksi antar moleku-molekul adsorbet dengan adsorben dimana terbentuk ikatan kovalen dengan ion. Gaya ikat adsorben ini bervariasi tergantub pada zat yang bereaksi. Adsorben jenis ini bersifat irreversible dan hanya dapat membentuk lapisan tunggal (monolayer).

2.10.2 Porositas

Porositas adalah untuk mengetahui pori-pori (porositas ) yang terdapat dalam sampel. Porositas merupakan satuan yang menyatakan keporositasan suatu material yang dihitung mencari persen (%) berdasarkan bahan serap terhadap air dengan perbandingan volum air yang diserap terhadap volum total sampel. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut ;

(

)

x100%...(2.1)

V x

m m Porositas

t air

k b

ρ − =

Dimana : mb = massa basah (Kg)

mk = massa kering (Kg)

ρ = massa jenis (Kg/m3)

Vt = Volum total sampel (m3)

2.10.3 Densitas

Densitas pada material didefenisikan sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volum (V). Setiap zat memiliki densitas yang berbeda. Dan suatu zat yang sama berapapun massanya dan volumnya, akan memiliki densitas yang sama pula. Oleh karena itu dikatakan bahwa massa jenis atau densitas merupakan ciri khas suatu zat. Densitas dinyatakan dalam kg/m3 dan dilambangkan dengan ρ (rho)

Untuk menghitung besarnya densitas dipergunakan persamaan sebagai berikut :

) 2 . 2 ( ... ... ... ... ... ... ...

V m

=

ρ

dimana : m = massa (Kg) ρ = densitas ( kg / m3) V = Volum ( m3)

2.10.4 Permeabilitas

Permeabilitas merupakan kemampuan bahan untuk mengalirkan fluida. Permeabilitas diukur dengan menggunakan alat Leter Detroit.

Gambar 2.6 Alat Uji Permeabilitas

Alat ini terdiri dari dua skala yaitu Small Oriface (dalam satian mmH2O)

dan Large Oriface (dalam satuan pascal). Nilai yang didapat dalam skala mmH2O

diubah dengan mengkonversikannya dengan menggunakan persamaan berikut:

1 mmH2O = 9,8066 Pa ... ...( 2.3 )

Nilai-nilai dan kisaran Permeabilitas bergantung pada cara yang sangat kompleks terhadap sifat-sifat ruang pori atau tempat retakan. Pengaruh yang dominan antara lain :

- Porositas

- Ukuran pori dan distribusinya

- Bentuk pori, morfologi permukaan pori, permukaan internal khusus, - Susunan pori dan rongga pori (topologi jaringan pori)

Berdasarkan hal tersebut maka terlihat jelas kecenderungan :

- Permeabilitas meningkat dengan meningkatnya porositas - Permeabilitas meningkat dengan meningkatnya ukuran butir

- Permeabilitas menurun dengan kompaksi dan sementasi (Boyles:2000)

2.10.5 Kekerasan

Kekerasan didefenisikan sebagai ketahan bahan penetrasi pada permukaannya. Namun pada umumnya kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi plastic. Karena pada bahan yang ulet kekerasan memiliki hubungan yang sejajar dengan kekuatan. Untuk menguji kekerasan suatu material bisa digunakan berbagai cara, salah satu diantaranya adalah metode Vickers.

Pengujian kekerasan dilakukan dengan alat digital Equotip Hardness

Tester dimana hasilnya dapat dibaca secara langsung dan diperoleh dalam satuan

HV (Hardness of Vickers).

2.10.6 Kuat Tekan

Nilai kuat tekan sampel didapat melalui cara pengujian secara manual dengan memberikan beban tekan bertingkat dengan peningkatan beban tertentu atas benda uji. Untuk mendapatkan nilai tekan digunakan rumus :

... (2.4)

A F

P =

Dimana : P = Tekanan (N/m2)

F = Gaya Tekan (N)

A = Luas bidang Tekan ( m2 )

2.10.7 Kuat Impak

Kuat impak merupakan suatu kriteria penting untuk mengetahui kegetasan suatu bahan. Kuat impak juga dapat didefenisihkan suatu bahan yang dalam keadaan biasa bersifat lait, namun berubah menjadi getas akibat pembebanan tiba-tiba pada suatu kondisi tertentu dengan satuan Newton meter.

Harga impak menjadi besar dengan meningkatkan absorbsi kadar air dan menjadi kecil karena pengeringan. Impak dari benda uji dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan: ) 5 . 2 ( ... ... ... ... ... ... 0 A W K =

Dimana : K = Nilai Pukulan takik ( J/m2)

W = Kerja Pukulan ( J )

Ao = Luas ukuran penampang benda uji (m)

2.10.8 Susut Massa

Pengukuran susut massa dilakukan pada sampel uji yang berbentuk pelet dengan massa awal (sebelum dibakar ).

) 6 . 2 ( .... ... ... ... % 100 x m m m massa Susut O S O− =

Dimana : m0 = massa sebelum dibakar (kg) ms = massa sesudah dibakar (kg)

2.10.9 Susut Volum

Pengukuran susut volum dilakukan pada benda uji yang berbentuk pelet dengan volum awal (sebelum dibakar).

) 7 . 2 ( ... ... ... ... ... ... x V V V Volum Susut O S O − =

Dimana : Vo = Volum sebelum dibakar (m3) Vs = Volum sesudah dibakar (m3)

Untuk besar persentase perubahan emisi gas buang dari kendaraan bermotor yang lewat melalui filter dapat ditentukan dengan persamaan matematis sebagai berikut :

) 8 . 2 ...( ... ... ... ... % 100 0 x X X X

Absorbsi = O − S

Dimana : Xo = banyaknya gas CO,CO2 dan HC sebelum menggunakan filter Xs = banyaknya gas CO,CO2 dan HC sesudah menggunakan filter

2.12 DIFRAKSI SINAR-X

XRD (X–ray Diffraction) adalah Alat yang digunakan untuk menentukan

substansi atau kristal yang terkandung dalam sampel, biasanya selalu menimbulkan pola difraksi yang unik, kecuali amorf atau gas. Pola difraksi yang muncul menampilkan substansi apa saja yang terdapat pada sampel tersebut. Misalnya suatu sampel mengandung senyawa AxBy, maka analisa kuantitatif XRD adalah tetap akan mengungkap senyawa AxBy , berbeda dengan analisis kimia yang memberikan adanya dua unsur A dan B. Selanjutnya jika unsur tersebut mengandung AxBy dan A2xBy, maka analisa kwantitatif XRD adalah tetap akan mengungkap senyawa AxBy dan A2xBy sedangkan menurut analisis kimia hanya memberikan adanya dua unsur A dan B. Untuk mengerjakan analisa kualitatif dimulai dengan menganalisa dan menyusun pola difraksi metoda bubuk. Pola difraksi yang sudah dikoreksi merupakan kumpulan substansi yang dapat dikenal. Suatu cara dibutuhkan dalam penyusunan pola-pola difraksi sehingga penelusuran dapat dilakukan dengan cepat.

Nilai puncak pada grafik hasil XRD adalah merupakan pola difraksi yang dihasilkan dari suatu bahan, akan mematuhi Hukum Bragg. Dari nilai d ( jarak antar bidang) dapat ditentukan sifat khas bahan tersebut. Pada Gambar 2.7 ditunjukkan jalannya sinar pada bidang difraksi pada peristiwa difraksi sinar-X, hingga diperoleh persamaan :

nλ = 2d sin θ ... ( 2.9) Dimana:

n = orde difraksi

λ = panjang gelombang yang digunakan (m) d = jarak antara bidang dua atom (m)

θ = sudut antar bidang-bidang atom dengan arah bidang datang atau berkas difraksi

Gambar 2.7 Sketsa Hamburan sinar –X

Sinar Datang

Sinar Pantul

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN 3.1.1 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di :

1. Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan – Jl. Medan Tj. Morawa Km. 9,3 Medan

2. Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Kawasan Puspitek Serpong Tangerang 3. Bengkel sehat Jl. Sei batang hari

3.1.2 Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan mulai Februari 2012 sampai dengan Juni 2012

3.2 ALAT DAN BAHAN PENELITIAN 3.2.1 Alat yang digunakan

1. Untuk menimbang keramik berpori digunakan Neraca Ohauss

2. Untuk mengiling cangkang kelapa sawit digunakan Mesin Penggiling 3. Untuk mengukur besar butiran partikel atau kehalusan bahan

digunakan peralatan ayakan manual 100 mesh.

4. Membentuk sampel digunakan cetakan yang dibuat sendiri yang bentuknya silinder

5. Untuk merendam sampel digunakan wadah

6. Universal Tokyo Testing Machine

7. Equatif hardness tester

8. Gas Analyzer

9. Jangka sorong

10.Mixer

11.Gelas ukur

12.Tungku pemanasan

13.Iber test

3.2.1 Bahan

Untuk pembuatan keramik berpori ini digunakan bahan clay, cangkang kelapa sawit, dan Magnesium Oksida (MgO).

Perbandingan antara bahan dasar abu cangkang kelapa sawit dan

Magnesium Oksida (MgO). Pada Tabel 3.1

Tabel 3.1 Perbandingan Bahan

No Bahan Keramik Berpori

Clay Bahan Katalis MgO Abu Cangkang Kelapa Sawit 1 2 3 4 5 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % 70 % 65 % 60 % 55 % 50 % 0 % 5 % 10 % 15 % 20 %

3.3 PROSEDUR PENELITIAN a. Pengumpulan bahan

b. Penghancur bahan dengan ukuran butir 100 mesh c. Pembuatan cetakan

d. Pembuatan sampel e. Pemanasan

f. Uji Fisik (porositas, densitas, permeabilitas , susut massa, susut volume) g. Uji mekanik (Kuat tekan, Kuat impak dan kekerasan)

h. Uji absorbs gas buang ( Gas Analyzer )

i. XRD

Gambar 3.1 Skema Pembuatan Keramik Berpori

Abu cangkang Kelapa Sawit

(100 Mesh)

Uji Emisi Gas ( Gas Analyzer ) Pengujian

Pemanasan dengan suhu 1100 o

C Penimbangan : Untuk mengetahui massa sampel Pengukuran : Untuk mengetahui Volume sampel

Pengeringan selama 12 hari Dicampur

dengan variasi komposisi

Dicetak

Uji Mekanis Kekerasan, Kuat Tekan,

Kuat Impak

UJI XRD

ANALISA

Air MgO (serbuk) Clay

DATA

KESIMPULAN Uji Fisis

(Densitas, porositas, permiabilitas, susut massa, susut volume )

3.4 VARIABEL DAN PARAMETER PENELITIAN 3.4.1 Variabel Penelitian

Pada penelitian yang menjadi variabel tetap adalah persentase gas buang kendaraan yang disaring oleh bahan agregat keramik berpori, sedangkan variabel bebas adalah komposisi bahan clay dan agregat cangkang kelapa sawit pada komposisi yang berbeda.

3.4.2 Parameter Penelitian

Parameter adalah ukuran data yang akan diperoleh dari hasil penelitian . Adapun yang menjadi parameter dalam penelitian adalah :

1. Porositas 2. Densitas 3. Permiabilitas

4. Kekerasan (Vickers ) 5. Kuat Tekan

6. Kuat Impak 7. Susut Massa 8. Susut Volum

9. Perubahan emisi gas dengan gas analyzer.

10. XRD

3.5 ALAT PENGUMPUL DATA PENELITIAN

Alat pengumpul data adalah instrumen yang digunakan seperti Neraca

Ohauss, ayakan, jangka sorong dan lainnya yang berhubungan dengan gas buang

kendaraan dengan bahan bakar premium dengan mesin mobil starlet tahun 1987.

3.6 PEMBUATAN SAMPEL

Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan sampel pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Pengilingan Bahan

Seluruh bahan baku awalnya masih dalam bentuk gumpalan butiran-butiran. Kemudian dihancurkan dengan menggunakan mesin pengiling butiran sehingga menghasilkan serbuk halus dengan ukuran serbuk 100 mesh. Pengilingan ini dilakukan di Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan Jl. Medan – Tj. Morawa Km 9,3 Medan.

2. Pengayaan

Ayakan digunakan untuk menyaring bahan baku agar di peroleh besar butiran seragam. ayakan yang digunakan adalah 100 mesh dengan jenis Retsch Test Sieve A Stmell 250 micron. Hasil pengayaan menjadi bahan baku berupa serbuk halus yang dapat melewati ayakan tersebut.

3. Penimbangan

Bahan sampel yang telah dicampur kemudian ditimbang dengan menggunakan Neraca Ohauss sesuai komposisi yang dibutuhkan.

4. Pencampuran ( mixer )

Semua bahan–bahan keramik berpori tersebut dicampur dengan menambahkan media air lalu diaduk dengan menggunakan mixer sesuai dengan komposisi 1 sampai dengan 5. Pencampuran dilakukan dengan tujuan untuk memperoleh suatu bahan yang merata (homogen) agar bahan tidak berkelompok pada satu bagian bahan.

5. Pembentukan Sampel

Bahan yang telah dicampur dituang ke dalam cetakan berbentuk selinder. Cetakan ini terdiri dari dua selinder. Selinder pertama berdiameter lebih besar dengan diameter 4,7 cm dan selinder kedua berdiameter lebih kecil dengan diameter 2,5 cm dan tinggi masing-masing 22 cm.

Gambar 3.2 Sampel Silinder

Untuk pengukuran kuat impak, dibuat sampel berbentuk balok yang panjang 10,4 cm, lebar 3,45 cm dan tinggi 3,0 cm. Untuk pengukuran densitas, porositas, kekerasan dan kuat tekan dibuat sampel berbentuk koin.

6. Pengeringan Sampel

Pengeringan dilakukan diruangan dengan suhu kamar (270 C) dan terhindar dari sinar matahari karena penguapan rendah maka kelembabannyapun rendah sehingga dapat mengurangi kecepatan menguapnya air dari permukaan. Kecepatan pengeringan akan mengakibatkan sampel retak. Peneliti sebelumnya (Debora 2008) melakukan pengeringan selama 6 hari. Pengeringan pada penelitian ini dilakukan selama 12 hari. Setelah pengeringan sampel selama 12 hari, sampel tersebut ditimbang untuk mengetahui massa keringnya dengan

Neraca Ohauss, sambil diukur diameter dan tebal sampel dengan

menggunakan jangka sorong. 7. Pemanasan

Pemanasan sampel dengan menggunakan oven dari suhu kamar hingga 11000C kemudian ditahan selama 2 jam, kemudian oven dimatikan.

8. Pendingan

Pendingan dilakukan secara perlahan-lahan untuk menghindari keretakan akibat tegangan termal dengan membiarkan sampel tetap didalam oven

yang telah dalam kondisi mati selama 12 jam, kemudian sampel dikeluarkan untuk dilakukan pengukuran – pengukuran.

3.7 PENGUKURAN POROSITAS DAN DENSITAS

Pengukuran densitas dilakukan dengan menimbang massa kering dengan

Neraca Ohauss dan menghitung volum sampel dengan menukur diameter dan

tebal sampel dengan menggunakan Jangka sorong, lalu dihitung pengukuran porositas menggunakan persamaan (2.1) dan densitas dengan menggunakan persamaan (2.2).

3.8 PENGUKURAN PERMIABILITAS

Pengukuran permiabilitas dilakukan berdasarkan satuan internasional yang tertera pada persamaan 2.3 dan cara penentuan permeabilitas adalah :

1) Dengan permeameter, suatu alat pengukur yang mempergunakan gas. 2) Dengan penaksiran kehilangan sirkulasi dalam pemboran.

3) Dari kecepatan pemboran

4) Berdasarkan test produksi terhadap penurunan tekanan dasar lubang

(bottom-hole pressure-decline).( Koesoemadinata, 1980)

3.9 PENGUJIAN KEKERASAN, KUAT TEKAN, KUAT IMPAK

Pengujian kekerasan dilakukan di Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan, yaitu dengan menggunakan Equatif Hardness Tester. Hasil pengujian langsung tertera di monitor alat dalam satuan VH (Vickers Hardness).

3.10 PENGUJIAN EMISI GAS BUANG

Uji emisi gas buang kendaraan dilakukan di Bengkel Sehat Motor, dengan menggunakan Gas Analyzer, yang bekerja secara komputerisasi. Pengujian dilakukan dengan memasukkan sampel berbentuk silinder ke dalam sarang yang telah disiapkan dan di pasang pada knalpot yang berdekatan dengan mesin. Kemudian pengujian dilakukan dengan memasukkan sensor deteksi gas buang ke

ujung kanlpot, pengujian untuk tiap sampel dilakukan selama 10 menit, dengan putaran mesin 1500 rpm. Kemudian hasil uji emisi untuk tiap putaran mesin tercatat di layar komputer dan dicetak.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 POROSITAS, DENSITAS DAN PERMEABILITAS

Dari data hasil pengujian yang telah dilakukan maka porositas, densitas dan permeabilitas didapat data hasil pengujian seperti diperlihatkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Porositas, Densitas dan Permeabilitas

No

Abu cangkang kelapa sawit

mkering mbasah Vkering Densitas Porositas Permea bilitas (%) (10-3 kg) (10-3 kg) (10-6 m3) (103 kg/m3) (%) (Pa)

1 0 96 128 83,30 1,15 38,42 73,55 2 5 98 136 86,64 1,13 43,86 132,39 3 10 101 144 90,48 1,12 47,52 161,81 4 15 86 128 77,61 1,11 54,12 196,13 5 20 86 131,5 77,95 1,10 58,37 357,94

Dengan menggunakan persamaan 2.1 (lampiran A) besar porositas bertambah besar antara 38,42% - 58,37%, dengan menggunakan persamaan 2.2 (lampiran B) besar densitas bertambah kecil antara 1,10 x 103 – 1,15 x 103 (kg/m3) dan dengan menggunakan persaman 2.3 (lampiran C) besar permeabilitas sampel yang diukur bertambah besar antara 73,55 – 357,94 Pa.

Grafik hubungan antara nilai porositas dengan variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit seperti Gambar 4.1 di bawah ini.

Grafik Porositas Vs Abu Cangkang Kelapa Sawit

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00

0 5 10 15 20 25

Abu cangkang kelapa sawit (%)

P o ro si tas ( %

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara porositas terhadap variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit

Grafik hubungan antara densitas terhadap variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit ditunjukkan pada Gambar 4.2

Grafik Densitas Vs Abu Cangkang Kelapa Sawit

1,10 1,11 1,12 1,13 1,14 1,15 1,16

0 5 10 15 20 25

Abu cangkang kelapa sawit (%)

D en si tas ( 103 kg /m

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara densitas terhadap variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit

Grafik hubungan antara permebilitas terhadap variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit seperti Gambar 4.3 di bawah ini.

Grafik Permeabilitas Vs Abu cangkang kelapa sawit

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0 5 10 15 20 25

Abu cangkang kelapa sawit (%)

P

er

m

eab

il

it

as (

P

Gambar 4.3 Grafik hubungan permeabilitas terhadap variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit

Dari ketiga grafik porositas, densitas dan permeabilitas ditunjukkan bahwa ada korelasi yang jelas antara besarnya porositas, permebilitas terhadap densitas dengan penambahan variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit. Besarnya porositas dan permeabilitas berbanding lurus dengan pertambahan abu cangkang kelapa sawit, yaitu semakin besar pertambahan abu cangkang kelapa sawit maka semakin besar pula porositas dan permeabilitas. Sebaliknya terdapat hubungan densitas berbanding terbalik dengan pertambahan abu cangkang kelapa sawit maka semakin besar pertambahan abu cangkang kelapa sawit, semakin kecil densitasnya. Ketiga hal ini terjadi karena abu cangkang kelapa sawit akan habis terbakar dan membentuk pori-pori.

4.2 KEKERASAN

Dari hasil pengujian kekerasan yang telah dilakukan dengan menggunakan alat Digital Equotip Hardness Tester diperoleh data hasil pengujian pada Tabel 4.2 berikut ini

Tabel 4.2 Hasil PengujianKekerasan No

Abu cangkang kelapa sawit

cangkang kelapa sawit Vickers Hardness (HV) (%)

1 0 168,2

2 5 157

3 10 155,2

4 15 136,2

5 20 121,2

Pada Tabel 4.2 kekerasan sampel berkisar antara 121,2 HV – 168,2 HV. Dari Tabel 4.2 di atas maka dapat dibuat grafik hubungan antara nilai kekerasan terhadap variasi abu cangkang kelapa sawit seperti Gambar di bawah ini

Grafik Uji Kekerasan

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0 5 10 15 20 25 30 35

Abu Cangkang Kelapa Sawit (%)

V icker s H ar d n e

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara kekerasan Vickers (HV) terhadap komposisi abu cangkang kelapa sawit

Dari grafik di atas terlihat nilai kekerasan Vickers hardness cenderung menurun seiring dengan penambahan abu cangkang kelapa sawit. Hal ini terjadi karena bertambah besar persentasi abu cangkang kelapa sawit bertambah banyak pori yang terbentuk. Sehingga kekerasan sampel mengecil.

4.3 KUAT TEKAN

Setelah sampel keramik berpori mengalami pengeringan selama 12 hari dan dilakukan pembakaran dengan suhu 1100 0C ditahan selama 2 jam. Setelah itu baru dilakukan pengujian. Setelah melakukan pengujian terhadap kekuatan tekan maka diperoleh hasil pengujian seperti pada Tabel 4.3 berikut

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Kuat Tekan

No

Abu

cangkang Diameter Luas Beban Gaya Kuat Kuat

kelapa

sawit (10 -2

m) (10-4 m2) Max Tekan Tekan Tekan (kg) (N) (104 Kg/m2) MPa

1 0 4,92 19,00 395 3871 203,72 2,04 2 5 4,91 18,92 240 2352 124,28 1,24 3 10 5,00 19,64 240 2352 119,75 1,20 4 15 5,01 19,66 170 1666 84,72 0,85 5 20 4,91 18,91 165 1617 85,51 0,86

Pada Tabel 4.3 di atas nilai kuat tekan dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 (Lampiran E) didapat nilai antara 0,85 MPa – 2,04 MPa. Selanjutnya dapat dibuat grafik hubungan kuat tekan terhadap variasi abu cangkang kelapa sawit seperti pada Gambar di bawah ini.

Grafik Kuat Tekan (MPa)

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

0 5 10 15 20 25

Abu Cangkang Kelapa Sawit

K u at T ekan ( M P

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara Kuat Tekan terhadap komposisi abu cangkang kelapa sawit

Berdasarkan grafik di atas terlihat pertambahan variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit berbading terbalik dengan nilai kuat tekan yang mengecil. Ini disebabkan karena pertambahan komposisi abu cangkang kelapa sawit mengakibatkan pori bertambah banyak sehingga kekuatan keramik berpori mengecil.

4.4 KUAT IMPAK

Nilai dari kuat impak yang didapat dari hasil pengujian dan perhitungan ditunjukkan pada Tabel 4.4 di bawah ini.

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kuat Impak No

Abu cangkang kelapa sawit

(%)

Lebar (10-2 m)

Tinggi (10-2 m)

Luas (10-2 m)

Energi (J)

Kuat Impak (104 J/m2)

1 0 3,13 2,9 9,08 3 0,33

2 5 3,3 3,1 10,23 2,5 0,24

3 10 3,1 3 9,30 2,2 0,24

4 15 3,2 3,1 9,92 1,8 0,18

5 20 3,2 2,9 9,28 2 0,22

Dari Tabel 4.4 diatas dihitung nilai kuat impak dengan menggunakan persamaan 2.5 (Lampiran D) dihasilkan antara 0,18 x 104 J/m2 – 0,33 x 104 J/m2. Selanjutnya dapat dibuat grafik hubungan antara kuat impak terhadap variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit seperti pada Gambar 4.6 di bawah ini.

Grafik Kuat Impak (J/cm2)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

0 5 10 15 20 25

Abu Cangkang Kelapa Sawit (%)

K u at I m p ak ( J/ cm

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara Kuat Impak terhadap komposisi abu cangkang kelapa sawit

Berdasarkan grafik di atas terlihat pertambahan variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit cendrung menurun nilai kuat impak keramik berpori, semakin bertambah variasi komposisi abu cangkang kelapa sawit maka kuat impak keramik berpori mengalami penurunan. Hal ini karena abu cangkang kelapa sawit akan memuai ketika dipanaskan hingga suhu 1100OC sehingga akan membentuk banyak pori pada sampel.

4.5 SUSUT MASSA

Dari data hasil pengukuran terhadap massa sampel sebelum dan sesudah dibakar (lampiran F) diolah dengan menggunakan persamaan (2.6) maka diperoleh hasil seperti pada Tabel 4.5

Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Susut Massa No

Abu cangkang kelapa sawit

(%)

Massa Basah Mb (10-3 kg)

Massa Kering Mk (10-3 kg)

Susut Massa (%)

1 0 298,33 226,67 24,02

2 5 296,17 221,33 25,28

3 10 316,17 233,00 26,25

4 15 303,67 219,33 27,76

5 20 316,50 220,33 30,40

Susut massa berkisar antara 24,02 – 30,40 %. Grafik hubungan penambahan abu cangkang kelapa sawit terhadap susut massa ditunjukkan pada Gambar 4.1

Grafik Susut Massa Vs Abu Cangkang Kelapa Sawit 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

0 5 10 15 20 25

Abu cangkang kelpa sawit (%)

S

u

su

t m

assa (

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara Susut Massa terhadap komposisi abu cangkang kelapa sawit

Dari Gambar 4.7 terlihat bahwa semakin banyak abu cangkang kelapa sawit yang diberikan maka akan semakin besar persentase susut massa. Hal ini dimungkinkan karena abu cangkang kelapa sawit adalah bahan yang dapat terbakar dan dapat menjadi hilang bila dipanaskan pada suhu 1100oC.

4.6 SUSUT VOLUM (SUSUT BAKAR)

Data dari hasil pengukuran terhadap volum sampel sebelum dan sesudah dibakar (lampiran G) diolah dengan menggunakan persamaan (2.7) maka diperoleh hasil seperti pada Tabel 4.2.

Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Susut Bakar

No Abu cangkang kelapa sawit (%) Vdalam (10-6 m3)

Vluar (10-6 m3)

Vsilinder

(10-6 m3) Susut Bakar (%)

Sebelum Sesudah Sebelum Sesudah Sebelum Sesudah Dibakar Dibakar Dibakar Dibakar Dibakar Dibakar

1 0 _{98,79 98,57 318,28 307,82 219,49 209,25} 4,7 2 5 _{102,80 101,13 322,94 310,07 220,15 208,94} 5,11 3 10 _{111,86 111,94 339,37 326,55 227,51 214,62} 5,66 4 15 _{110,78 108,38 333,57 318,23 222,79 209,84} 5,81 5 20 _{111,76 109,24 339,94 323,17 228,18 213,92} 6,25

Besarnya susut bakar yang diperoleh berkisar 4,7 – 6,25 %. Grafik hubungan penambahan kaolin terhadap susut bakar ditunjukkan pada Gambar 4.8

Grafik Susut Volume Vs Abu Cangkang Kelapa Sawit

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

0 5 10 15 20 25

Abu Cangkang Kelapa Sawit (%)

S u s u t V o lu m e (

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara Susut Volum terhadap komposisi abu cangkang kelapa sawit

Gambar 4.8 ditunjukkan bahwa susut bakar relatif naik sampai penambahan abu cangkang kelapa sawit dari 0 – 20 %. Adanya kenaikan susut volum dengan penambahan abu cangkang kelapa sawit kemungkinan disebabkan telah terjadi perubahan susunan atom pada sampel setelah terjadi proses pembakaran.

4.7 UJI EMISI GAS BUANG

Pertama dilakukan uji emisi tanpa fiter sampel untuk mengetahui keadaan awal dari gas buang (Lampiran F)

Hasil pengukuran awal tanpa fiter diterakan pada Tabel 4.6 berikut ini.

Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Tanpa Fiter

Tanpa Fiter

CO CO2 HC O2

5,82 % 11,07 % 692 ppm 1,98 %

Kemudian selanjutnya dilakukan pengujian dengan menggunakan fiter

langsung masing-masing sekitar 10 menit (Lampiran F). Hasil pengujian ini tertera pada Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Hasil Pengukuran Emisi Gas Dengan Fiter

No

Abu cangkang kelapa sawit

(%)

Dengan Fiter Perubahan Emisi Gas

(%) CO % CO2 % HC ppm O2

% CO CO2 HC O2

1 0 5,67 11,22 543 0,59 2,58 -1,36 21,53 70,20 2 5 5,68 11,36 566 0,54 2,41 -2,62 18,21 72,73 3 10 5,71 11,3 561 0,54 1,89 -2,08 18,93 72,73

4 15 5,55 11 540 0,54 4,64 0,63 21,97 72,73

5 20 5,73 10,87 547 0,59 1,55 1,81 20,95 70,20

Pada Tabel 4.8 di atas diperoleh grafik hubungan antara persentasi perubahan emisi gas CO, CO2, HC, dan O2 pada Gambar 4.9 di bawah ini:

Grafik CO Vs Abu Cangkang Kelapa Sawit

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

0 5 10 15 20 25

Abu cangkang kelapa sawit (%)

A b s o rb s i C

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara CO terhadap komposisi abu cangkang kelapa sawit

Dari Gambar 4.9 di atas terlihat bahwa persentasi perubahan emisi gas CO cenderung menurun dengan variasi abu cangkang kelapa sawit mencapai 10 %, naik pada variasi 15 % dan turun kembali pada variasi 20 %. Hal ini terjadi karena porositas yang besar mempengaruhi proses perubahan emisi gas oleh filter.

Grafik CO2 Vs Abu cangkang kelapa Sawit -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 5 10 15 20 25

Abu canngkang kelapa sawit (%)

A b s o rb s i C O

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara CO2 terhadap

komposisi abu cangkang kelapa sawit

Dari Gambar di atas terlihat bahwa penambahan Abu cangkang kelapa sawit dari 0% - 10% tidak mengalami pengurangan emisi gas CO2. Selanjutnya pada penambahan abu cangkang kelapa sawit dari 15%-20% mengalami pengurangan emisi gas. Hal ini terjadi karena adanya pori pada sampel yang mengakibatkan adanya ruang untuk proses perubahan emisi gas CO2 pada pori tersebut.

Grafik HC Vs Abu Cangkang Kelapa Sawit

0 5 10 15 20 25

0 5 10 15 20 25

Abu cangkang kelapa sawit (%)

Ab

s

o

rb

s

i HC (

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara HC terhadap komposisi abu cangkang kelapa sawit

Dari Gambar di atas terjadi perubahan emisi gas HC dengan nilai yang hampir sama untuk semua sampel. Ini dikarenakan perbedaan pori pada sampel tidak terlalu mempengaruhi perubahan emisi gas HC.

Grafik O2 Vs Abu Cangkang Kelapa Sawit

70 70,5 71 71,5 72 72,5 73

0 5 10 15 20 25

Abu cangkang kelapa sawit (%)

A

b

so

rb

si

O

2 (

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara H2O terhadap

komposisi abu cangkang kelapa sawit

Dari Gambar 4.12 di atas terjadi perubahan emisi gas O2 dengan nilai yang membesar pada komposisi 0% sampai 5%. Sementara dari 5% sampai 15 % relatif tidak terjadi perbedaan. Sementara pada komposisi 20% nilai perubahan emisi gas sama dengan pada komposisi 0%. Penurunan nilai oksigen yang dihasilkan terjadi karena adanya reaksi redoks yang merubah oksigen menjadi gas lain.

4.8 HASIL UJI ANALISA XRD

Uji XRD dilakukan di PUSPITEK-LIPI, Serpong, Tangerang Selatan, bertujuan untuk melihat substansi/zat yang terbentuk di keramik berpori. Hasil uji sampel untuk analisa XRD ditunjukkan pada Gambar 4,13 berikut:

Gambar 4.13 Grafik XRD Keramik Berpori Komposisi 10% abu cangkang kelapa sawit

Dari grafik 4.13 di atas diperoleh tiga puncak yang tertinggi pada sudut 2θ = 42,9039o, 62,2797o, 78,5787o, yang menunjukkan bahwa substansi pada bahan keramik berpori didominasi oleh MgO. Puncak-puncak lain dalam proses search-match susah ditemukan kecocokan yang signifikan karena banyak puncak-puncak grafik yang sangat rapat menyebabkan ketidakjelasan puncak-puncak yang spesifik.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Keramik berpori dengan karbon abu cangkang kelapa sawit sebagai fiter

gas buang kendaraan berbahan bakar bensin dengan katalik konverter MgO, pada pemanasan sampai suhu 1100 0C dan dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Keramik berpori dengan bahan baku MgO, cangkang kelapa sawit, dan clay telah berhasil dibuat dan mempunyai prospek yang baik untuk menggantikan katalis konverter tradisional yang sudah dipakai selama ini 2. Hasil uji kermik berpori dapat mengurangi polusi udara dari gas buang

kendaraan bermotor sebesar 1,55% - 4,64 % CO, 0,63% - 1,81% CO2, 18,21% - 21,97% HC.

3. Keramik berpori dengan bahan baku MgO, cangkang kelapa sawit, dan clay memberikan penurunan polusi udara terbesar pada komposisi 15% abu cangkang kelapa sawit dan 55% MgO.

4. Bahan keramik berpori yang telah diuji, kemudian didapat data yaitu Porositas 38,42% - 58,37%, Densitas 1,10 x 103 Kg/m3 - 1,15 x 103Kg/m3, Permeabilitas 73,55 Pa – 357,94 Pa, kekerasan 121,2 HV – 168,2 HV, kuat tekan 0,85 MPa – 2,04 MPa , kuat impak 0,18 – 0,33 (KJ/m2), susut massa 24,95% - 29,13%, Susut volum 5,53% -6,01%.

5. Hasil grafik uji XRD menunjukkan adanya puncak-puncak yang sangat rapat, sehingga menyulitkan analisa search-match puncak-puncak lainnya.

5.2 Saran

1. Perlu dilakukan pengujian lanjutan dengan mengubah komposisi penambahan persentase abu cangkang kelapa sawit dengan memadu campuran bahan penyusun keramik berpori lainnya, misalnya abu tempurung kelapa dan lainnya.

2. Perlu dilakukan pengujian Gas Analyzer dengan suhu mesin melebihi 200oC.

3. Perlu kajian ulang untuk pemilihan bahan campuran yang lebih baik untuk campuran keramik berpori

4. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai desain dan nilai ekonomis untuk aplikasi.

DAFTAR PUSTAKA

Af’idah, N. 2007, Penggunaan Al2O3, MgO dan MgAl2O4 Nanokristalin dalam Meningkatkan Kinerja Material Komposit Bermatrik Aluminium, Tugas Akhir, Institut teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya

Anneahira. emisi gas buang kendaraan bermotor.htm

http//www.anneahira.Com/emisi gas buang kendaraan bermotor – diakses 15 Februari 2012

Austin, G. T., 1996. Industri Proses Kimia. Jilid I. Edisi Kelima. Jakarta: Penerbit Erlangga

Boyles, J.E. 2000. Sifat-sifat fisis dan Geoteknis Tanah. Penerbit Jakarta: Erlangga

Debora R.S. 2008. Pembuatan dan Karakteristik Bahan Keramik berpori dengan aditif sekam padi yang digunakan sebagai filter gas buang.Tesis Magister Fisika. USU Medan

Gabriel, J.F,2001, Fisika Lingkungan, Edisi I, hal 111 – 134, Hipokrates, Jakarta

Istadi, 2011. Teknologi Katalis Untuk konversi Energi Fundamental dan Aplikasi, Graha Ilmu, Yogyakarta.

Joskar, 2009.Pembuatan Keramik Berpori Dari Limbah Padat Pulp dengan Aditif Kaolin Sebagai Filter Gas Buang Tesis Magister Fisika FMIPA, USU Medan

Koesoemadinata, 1980, Geologi Minyak dan Gas Bumi, Jilid 1 Edisi Kedua, ITB Bandung

Lindqvist Karin and Eva Liden, (2000). Porous Ceramic. Swedish Ceramic Institut : Sweden

Muhammad Nuh. Blog Review Sains dan Teknologi.blogspot

Nurhakim. 2009. Bahan Galian Industri Keramik. Draf Modul BGI Teknik Kimia

Perdinan. 2005. Film Tipis dan Teknologi Nano.Modul Sekolah Pascasarjana Program Doktor Fisika Kimia, Universitas Sumatera Utara

Rachmariska, 2009, Makalah Polusi Udara, Rachmariska’s Blog, dakses pada tanggal 13 Februari 2012.

Lampiran K: Foto

Pengayaan abu cangkang kelapa sawit

Pencetakan

Sampel Balok dan Koin

Uji Kekerasan

Uji Porositas

Pemasangan Filter