Pengaruh Suhu Pirolisis dan Jumlah Katalis Karbon Aktif terhadap Yield dan Kualitas Bahan Bakar Cair dari Limbah Plastik Jenis Polipropilena

PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH
KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD
DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR
DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA

SKRIPSI

Oleh

RIO NAZIF
110405099

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JANUARI 2016

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH
KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD

DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR
DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA

SKRIPSI

Oleh

RIO NAZIF
110405099

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JANUARI 2016

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON
AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR
CAIR DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini
adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan
sebelumnya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya
ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima
sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan,

Januari 2016

Rio Nazif
NIM. 110405091

i
Universitas Sumatera Utara

PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :

PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON
AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR
DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA

dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah
diajukan pada sidang ujian skripsi pada Januari 2016 dan dinyatakan memenuhi
syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.

Mengetahui,

Medan, Januari 2016

Dosen Pembimbing

Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc
NIP. 19730408 199802 2 002
Dosen Penguji I

Dosen Penguji II

Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi, MS
NIP. 19611225 198903 2 003

Dr. Ir. Taslim, Msi
NIP. 19650101 199003 1 002

ii
Universitas Sumatera Utara

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi

dengan judul “Pengaruh Suhu Pirolisis dan Jumlah Katalis Karbon Aktif terhadap
Yield dan Kualitas Bahan Bakar Cair dari Limbah Plastik Jenis Polipropilena”,

berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu
syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri
tentang pemanfaatan plastik bekas kemasan gelas yang dapat diolah lebih lanjut
sehingga didapat bahan bakar cair yang memiliki potensi untuk dijadikan sebagai
salah satu bahan bakar alternatif untuk memenuhi akan kebutuhan energi.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak
mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih
dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1.

Dr, Halimatuddahliana, ST. MSc selaku Dosen Pembimbing atas
kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan
skripsi ini.

2.

Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3.

Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4.

Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi, MS selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan
saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

5.

Dr. Ir. Taslim, MSi selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan kritik dan
saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

6.

Erlangga Wicaksana, selaku partner penelitian penulis.

iii
Universitas Sumatera Utara

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena
itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan,

Januari 2016

Penulis

Rio Nazif

iv

Universitas Sumatera Utara

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini
kepada keluarga besar penulis atas
dukungan dan kasih sayang mereka,
terutama kepada orang tua,
Alm Yulizar dan Sulastri, Spd
serta abang dan adikku
Rizqan Jamal, S.Farm,
Dan Laksmi Lestia.

v
Universitas Sumatera Utara

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama

: Rio Nazif

NIM

: 110405099

Tempat/Tgl. Lahir : Bukittinggi, 10 Juli 1993
Nama orang tua

: Alm Yulizar
Sulastri, Spd

Alamat orang tua :
Bonjo, Panampuang, Kec Ampek Angkek, Kab Agam ,
SUMBAR
Asal Sekolah




SD Negeri 25 Bonjo, tahun 1999-2005
SMP Negeri 1 Canduang, tahun 2005-2008
SMA Negeri 1 Ampek Angkek, tahun 2008-2011

Pengalaman Organisasi/Kerja :
1. Asisten Laboratorium Ilmu Teknik Kimia II tahun 2014-2015 modul :
Reaktor Fasa Cair, Biodeisel, Esterifikasi, Pulping dan Resin Urea
Formaldehid.
2. Ketua Bidang Hubungan Instansi dan Alumni Himpunan Mahasiswa
Teknik Kimia Periode 2014-2015.
3. Ketua Bidang Hubungan Instansi dan Alumni Covalen Study Group
Teknik Kimia Periode 2013-2014.
4. Anggota Bidang Riset dan Teknologi Pemerintahan Mahasiswa Teknik
Periode 2012 – 2013.
5. Anggota Ikatan Mahasiswa imam bonjol (IMIB)
6. Kerja Praktek di INALUM Kuala Tanjung Tahun 2015.

vi
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan
pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan
teknologi. Kebutuhan plastik nasional saat ini cukup besar dan meningkat sejalan
dengan pertumbuhan penduduk. Konsumsi plastik per kapita di Indonesia, sekitar 10
kg / kapita / tahun. Salah satu cara untuk memanfaatkan limbah plastik tersebut adalah
dengan memanfaatkannya menjadi bahan bakar cair dengan proses pirolisis. Hal ini
dapat dilakukan karena plastik merupakan bahan yang tersusun atas monomermonomer yang membentuk polimer. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengamati pengaruh variabel proses (suhu proses dan jumlah katalis karbon aktif)
terhadap yield dan kualitas bahan bakar cair yang dihasilkan dari plastik bekas kemasan
gelas (PBKG) jenis polipropilena meliputi densitas/ specific gravity/ API gravity,
viskositas kinematis, heating value, karakteristik Fourier Transform Infra - Red (FTIR),
dan karakteristik Gas Chromatography - Mass Spektrofotometer (GC-MS). Proses
pirolisis dilakukan menggunakan reaktor semi batch stainless steel unstirred. Sampel
yang digunakan sebanyak 500 gram plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis
polipropilena (PP). Kemudian ditambahkan katalis, dengan rasio Karbon aktif :
Polipropilena (b : b) yaitu 1 : 10 ; 1,5 : 10 ; 2 : 10 ; 2,5 : 10 ; dan 3 : 10. Variabel suhu
yang digunakan adalah 200, 250, 300 dan 350 °C dan dipertahankan selama 2 jam.
Langkah terakhir adalah kondensasi, kemudian produk liquid dianalisis densitas,
viskositas, specific gravity, API gravity, analisisis FTIR dan analisis chromatography–
mass spectrometry (GC-MS). Dari analisis GC-MS, produk liquid hasil pirolisis
banyak mengandung hidrokarbon fraksi diesel yaitu C8 sampai C21. Suhu pirolisis
dimana menghasilkan senyawa hidrokarbon mendekati mutu diesel yang terbaik
adalah pada 300 °C dengan rasio Karbon Aktif : PP yaitu 10: 2, serta analisis terhadap
produk bahan bakar cair yang dihasilkan, menyatakan bahan bakar cair mendekati
mutu diesel, dimana memenuhi standar dari diesel komersial.
Kata Kunci : pirolisis, karbon aktif, polipropilena, bahan bakar cair

.

vii
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
The use of energy in Indonesia generally increase by the population growth, the
economic growth and technology. Now a days the national plastic needs is already
big and it continues to grow by the population growth. The per capita plastic
consumption in Indonesia is about 10 kg/capita/year. One of the way to reuse the
plastic waste is making it to the liquid fuel by pyrolisis process. It is possible to do
because the plastic is consist of monomers which will form the polymer. The purpose
of this study is to observe the effect of process variable (process temperature and
active carbon catalyst) for yield and the quality of liquid fuel from glass shaped
plastic waste, this type of polipropilene is consist of density, specific gravity/ API
gravity, kinematic viscosity, heating value, Fourier Transform Infra-Red (FTIR)
characteristic, Gas Chromatography - Mass Spektrofotometer (GC-MS)
characteristic, the pyrolisis process is using semi batch stainless steel unstirred
reactor. The sample is used 500 gram of glass shaped plastic waste propilene type
(PP). Then catalyst is added by ratio actve carbon : propilene (b:b) those are 1 :10;
1,5 : 10 ; 2 : 10 ; 2,5 : 10 ; dan 3 : 10. The temperature variables are 200, 250, 300
dan 350 °C and it’s maintained in 2 hours. The last step is condensation, then the
liquid product is analysed the density, viscosity, specific gravity, API gravity, FTIR
analysis and chromatography–mass spectrometry (GC-MS) analysis. From GC-MS
analysis, the liquid product of pyrolisis most contains diesel fraction hydrocarbon
that is C8 till C21. The pyrolisis temperature which produce the hydrocarbon near the
best quality diesel is at 300 °C with ratio active carbon : PP is 10:2, and the analysis
to the liquid fuel product claims that the liquid fuel is near to the best quality diesel,
which fullfills the standard from commercial diesel.
Key word : pirolysis, active carbon, polipropilena, liquid fuel

.

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

PENGESAHAN

ii

PRAKATA

iii

DEDIKASI

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

vi

ABSTRAK

vii

ABSTRACT

viii

DAFTAR ISI

ix

DAFTAR GAMBAR

xii

DAFTAR TABEL

xiv

DAFTAR SINGKATAN

xv

DAFTAR SIMBOL

xvi

BAB I

PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Perumusan Masalah

3

1.3 Tujuan Penelitian

4

1.4 Manfaat Penelitian

4

1.5 Ruang Lingkup Penelitian

4

TINJAUAN PUSTAKA

6

2.1 Plastik

6

BAB II

2.1.1 Daur Ulang Plastik

6

2.1.2 Polipropilena

10

2.2 Karbon Aktif

12

2.3 Proses Pirolisis

13

2.3.1 Thermal Cracking

14

2.3.2 Hidro Cracking

15

2.3.3 Catalytic Cracking

16

2.3.3.1 Mekanisme Catalytic Cracking
2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pirolisis

18
20

ix
Universitas Sumatera Utara

BAB III

2.4.1 Temperatur

20

2.4.2 Jumlah Katalis

21

2.4.3 Waktu

21

2.4.4 Komposisi Plastik

22

2.5 Standarisasi Diesel

23

METODOLOGI PENELITIAN

24

3.1 Lokasi Penelitian

24

3.2 Bahan Dan Peralatan

24

3.2.1 Bahan

24

3.3.2 Peralatan

24

3.3 Prosedur Penelitian

25

3.3.1 Penyediaan Bahan Baku Utama

25

3.3.2 Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG

25

3.3.3 Penentuan Yield Proses Pirolisis

28

3.3.4 Pengujian Kualitas Bahan Bakar Pirolisis

28

3.3.4.1 Uji Densitas/ Specific Gravity/ API Gravity

28

3.3.4.2 Uji Viskositas Kinematik

29

3.3.4.3 Karakterisasi Fourier Transform Infra-Red (FTIR) 30
3.3.4.4 Karakterisasi Gas Chromatography Mass

BAB IV

Spectroscopy (GCMS)

30

3.3.4.5 Analisis Heating Value

30

HASIL DAN PEMBAHASAN

31

4.1 Analisis Bahan Baku Plastik Bekas Kemasan Gelas
PBKG Jenis Polipropolena (PP)

31

4.2 Pengaruh Suhu dan Jumlah Katalis terhadap Perolehan Yield

32

4.3 Analisis Produk Bahan Bakar Cair

35

4.3.1 Analisis Densitas / Specific Gravity / API Gravity

35

4.3.2 Analisis Viskositas Kinematik

38

4.3.3 Analisis Gas Chromatography Mass Spectroscopy (GCMS) 39

BAB V

4.3.4 Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair

42

4.3.5 Analisis Heating Value

44

KESIMPULAN DAN SARAN

45

x
Universitas Sumatera Utara

BAB IV

DAFTAR PUSTAKA

46

LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU

49

LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN

51

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN

56

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN

58

LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKAR CAIR YANG
DIHASILKAN

62

xi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1

Rumus Struktur Polipropilena

10

Gambar 2.2

Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) jenis PP

11

Gambar 2.3

Struktur Permukaan Karbon Aktif

12

Gambar 2.4

Mekanisme Catalytic Cracking Hidrokarbon

19

Gambar 2.5

Yield Cairan, Padatan, dan Gas dari Cracking dengan
Katalis FCC

22

Gambar 3.1

Flowchart Penyediaan Bahan Baku Pirolisis

25

Gambar 3.2

Rangkaian Peralatan Pirolisis PBKG

26

Gambar 3.3

Flowchart Prosedur dalam Proses Pirolisis Polipropilena

dari PBKG
Gambar 4.1

27

Karakterisasi FTIR Plastik Bekas Kemasan Gelas Jenis
Polipropilena dan Polipropilena Murni

31

Gambar 4.2

Struktur Polipropilena

32

Gambar 4.3

Pengaruh Suhu dan Jumlah Katalis Karbon Aktif terhadap
Perolehan Yield

Gambar 4.4

33

Pengaruh Penggunaan Katalis terhadap Distribusi Fraksi
Bahan Bakar (Diesel Range : C8 – C21 ; High Molecular
Weight : >C22)

Gambar 4.5

41

Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar
Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 350 °C Tanpa Katalis

Gambar 4.6

42

Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar
Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 300 °C dengan Rasio
PP:Karbon Aktif ; 10:2

43

Gambar L1.1 Hasil Analisis PBKG Jenis Polipropilena Menggunakan FTIR

49

Gambar L4.1 Bahan Baku BPKG jenis Polipropilena

58

Gambar L4.2 Proses Pirolisis

58

Gambar L4.3 Hasil Pirolisis

59

Gambar L4.4 Penyaringan Katalis

59

Gambar L4.5 (a) Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan

xii
Universitas Sumatera Utara

Bahan Bakar Cair dalam Botol

60

Gambar L4.6 Analisis Densitas

61

Gambar L4.7 Analisis Densitas

61

Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Bahan Bakar Cair
Hasil Pirolisis Tanpa Katalis pada Suhu 350 ºC

62

Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Bahan Bakar Cair
Hasil Pirolisis dengan Katalis PP:Karbon Aktif; 10:2
pada Suhu 350 ºC

63

Gambar L5.3 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan
Bakar Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 350 °C
Tanpa Katalis

63

Gambar L5.4 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan
Bakar Cair yang Dihasilkan dengan Rasio
PP:Karbon Aktif ; 10:2

64

Gambar L5.5 Hasil Analisis Heating Value Produk Bahan Bakar
Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 300 °C dengan
Rasio PP:Karbon Aktif ; 10:2

64

xiii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Konsumsi Plastik Per kapita Beberapa Negara Terpilih di Dunia

7

Tabel 2.2 Pemilihan Plastik

8

Tabel 2.3 Jenis-jenis Limbah Plastik dan Daur Ulang

8

Tabel 2.4 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik

10

Tabel 2.5 Perbandingan Sifat PP

11

Tabel 2.6 Produk Cair yang Sesuai dengan Fraksi Refinery

20

Tabel 2.7 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial

23

Tabel 4.1 Hasil Analisis Densitas Bahan Bakar cair

35

Tabel 4.2

Hasil Analisis Specific Gravity dan API Gravity
Bahan Bakar Cair

37

Tabel 4.3 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Bahan Bakar Cair

38

Tabel 4.4 Komposisi GC-MS Bahan Bakar Cair Hasil Pirolisis

40

Tabel 4.5 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan

42

dari Suhu Pirolisis 350 °C Tanpa Katalis
Tabel 4.6 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan

43

dari Suhu Pirolisis 300 °C dengan Rasio PP:Karbon Aktif ; 10:2
Tabel L1.1 Komposisi Gugus Fungsi Senyawa Polipropilena (PP)

49

Tabel L2.1 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP

51

Tabel L2.2 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP dengan Katalis
Karbon Aktif

51

Tabel L2.3 Yield Bahan Bakar Cair

52

Tabel L2.4 Hasil Analisis Densitas Bahan Bakar Cair

53

Tabel L2.5 Hasil Spesific Gravity Dan Api Gravity Bahan Bakar Cair

54

Tabel L2.6 Hasil Analisis Viskositas Bahan Bakar Cair

55

xiv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN
API

American Petroleum Institute

ASTM

American Standard Testing Method

BBM

Bahan Bakar Minyak

FTIR

Fourier Transform Infra-Red

GC-MS

Gas Chromatography- Mass Spektrofotometer

PBKG

Plastik Bekas Kemasan Gelas

PE

Polietilena

PP

Polipropilena

PS

Polistirena

PVC

Polivinil klorida

xv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SIMBOL

Simbol

Keterangan

Dimensi

ρ

Densitas

gr/ml

t

Waktu

s

sg

Specific gravity

v

Viskositas kinematis

cSt

xvi
Universitas Sumatera Utara