Sulfur Oksida

A. Reaksi Pembentukan Sulfur Oksida

Polusi oleh sulfur oksida terutama disebabkan oleh dua komponen gas yang

tidak berwarna, yaitu sulfur dioksida (SO2) dan sulfur trioksida (SO3), dan

keduanya disebut sebagai SOx. Sulfur dioksida mempunyai karakteristik bau

yang tajam dan tidak terbakar di udara, sedangkan sulfur trioksida

merupakan komponen yang tidak reaktif.

Pembakaran bahan-bahan yang mengandung sulfur akan menghasilkan

kedua bentuk sulfur oksida, tetapi jumlah relative masing-masing tidak

dipengaruhi oleh jumlah oksigen yang tersedia. Meskipun udara tersedia

dalam jumlah yang cukup, SO2 selalu terbentuk dalam jumlah terbesar.

Jumlah SO3 yang terbentuk dipengaruhi oleh kondisi reaksi, terutama suhu

dan bervariasi dari 1 – 10% dari total SOx.

Mekanisme pembentukan SOx dapat dituliskan dalam dua tahap reaksi

sebagai berikut:

S + O2 ↔ SO2

2SO2 + O2 ↔ 2SO3

SO3 biasanya diproduksi dalam jumlah kecil selama pambakaran. Hal ini

disebabkan oleh dua factor yang menyangkut reaksi terakhir tersebut di atas.

Factor pertama adalah kecepatan reaksi yang terjadi, dan factor kedua adalah

konsentrasi SO3 dalam campuran ekuilibrium yang dihasilkan dari rekasi

tersebut. Reaksi pembentukan SO3 berlangsung sangat lambat pada suhu

relatif rendah (misalnya pada 200oC), tetapi kecepatan reaksi meningkat

dengan kenaikan suhu. Oleh karena itu produksi SO3 dirangsang pada suhu

tinggi karena faktor kecepatan. Tetapi campuran ekuilibrium (seimbang)

yang dihasilkan pada suhu rendah mengandung persentase SO3 lebih tinggi

daripada campuran yang dihasilkan pada suhu tinggi. Jadi faktor konsentrasi

ekuilibrium merangsang produksi SO3 pada suhu lebih rendah. Jelas bahwa

kedua faktor tersebut mempunyai kecenderungan untuk menghambat satu

sama lain selama pembakaran. Pada suhu tinggi reaksi mengakibatkan

ekuilibrium tercapai dengan cepat karena kecepatan reaksi tinggi, tetapi

hanya sedikit SO3 terdapat di dalam campuran. Pada suhu rendah, reaksi

berlangsung sangat lambat sehingga kondisi ekuilibrium (sesuai dengan

konsentrasi SO3 tinggi) tidak pernah tercapai. Jadi produksi SO3 terhambat

pada zona pembakaran suhu tinggi karena kondisi ekuilibrium. Jika produk

dijauhkan dari zona tersebut dan didinginkan, kondisi ekuilibrium dapat

tercapai, tetapi kecepatan reaksi akan menghambat pembenutkan SO3 dalam

jumlah tinggi.

Adanya SO3 di udara dalam bentuk gas hanya mungkin jika konsentrasi uap

air sangat rendah. Jika usap air terdapat dalam jumlah cukup seperti

biasanya, SO3 dan air akan segera bergabung membentuk droplet asam sulfat

(H2SO4) dengan reaksi sebagai berikut:

SO3 + H2O → H2SO4

Oleh karena itu komponen yang normal terdapat di dalam atmosfer bukan

SO3 melainkan H2SO4. Tetapi jumlah H2SO4 atmosfer ternyata lebih tinggi

daripada yang dihasilkan dari emisi SO3, hal ini menunjukkan bahwa

produksi H2SO4 juga berasal dari mekanisme-mekanisme lainnya.

Setelah berada di atmosfer, sebagian SO2 akan diubah menjadi SO3

(kemudian menjadi H2SO4). Jumlah SO2 yang teroksidasi menjadi SO3

dipengaruhi oleh beberapa factor termasuk jumlah air yang tersedia,

intensitas, waktu dan distribusi spectrum sinar matahari, dan jumlah bahan

katalitik, sorptif, dan alkalin yang tersedia.

B. Sumber dan Distribusi

Sepertiga dari jumlah sulfur yang terdapat di atmosfir merupakan hasil

kegiatan manusia dan kebanyakan dalam bentuk SO2. Dua pertiga hasil

kegiatan manusia dan kebanyakan dalam bentuk SO2. Dua pertiga bagian

lagi berasal dari sumber-sumber alam seperti vulkano dan terdapat dalam

bentuk H2S dan oksida.

Masalah yang ditimbulkan oleh polutan (bahan pencemar) yang dibuat oleh

manusia adalah dalam hal distribusinya yang tidak merata sehingga

terkonsentrasi pada daerah tertentu, bukan dari jumlah keseluruhannnya.

Sedangkan polusi (pencemaran) yang berasal dari sumber alam biasanya

lebih tersebar merata. Transportasi bukan merupakan sumber utama polutan

SOx, tetapi pembakaran bahan bakar pada sumbernya merupakan sumber

utama polutan SOx, misalnya pembakaran batu arang, minyak bakar, gas,

kayu dan sebagainya. Sumber SOx yang kedua adalah dari proses-proses

industri seperti industry pemurnian petroleum, industri asam sulfat, industri

peleburan baja dan sebagainya.

Pabrik peleburan baja merupakan industri terbesar yang menghasilkan Sox.

Hal ini disebabkan berbagai elemen yang penting secara alami terdapat

dalam bentuk logam sulfida misalnya tembaga ( CuFeS2 dan Cu2S ), Zink

(ZnS), Merkuri (HgS) dan Timbal (PbS). Kerbanyakan senyawa logam

sulfida dipekatkan dan dipanggang di udara untuk mengubah sulfida menjadi

oksida yang mudah tereduksi. Selain itu, sulfur merupakan kontaminan yang

tidak dikehandaki didalam logam dan biasanya lebih mudah untuk

menghilangkan sulfur dari logam kasar daripada menghilangkannya dari

produk metal akhirnya

Dalam produksi tembaga, pemanggangan CU2S mengakibatkan

terbentuknya metal sebagai berikut:

CU2S + O2 → 2Cu + SO2

Oleh karena itu SO2 secara rutin diproduksi sebagai produk sampingan

dalam industri metal dan sebagian akan terdapat di atmosfer.

Hanya sedikit SO3 yang terdapat di atmosfer karena kecenderungan untuk

berkombinasi dengan uap air membentuk H2SO4. Pengukuran konsentrasi

H2SO4 bersama-sama dengan SO2 merupakan hal yang penting karena H2SO4

mempunyai sifat iritasi lebih kuat.

C. Pengaruh Sulfur Oksida Terhadap Lingkungan

1. Pengaruh SOx Terhadap Tanaman

Kerusakan tanaman oleh SO2 dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu

konsentrasi SO2 dan waktu kontak. Kerusakan tiba-tiba (akut) terjadi jika

terjadi kontak dengan SO2 pada konsentrasi tinggi dalam waktu sebentar,

dengan gejala beberapa bagian daun menjadi kering dan mati, dan

biasanya warnanya memucat. Kontak dengan SO2 pada konsentrasi

rendah dalam waktu lama menyebabkan kerusakan kronis, yang ditandai

dengan menguningnya warna daun karena terhambatnya mekanisme

pembentukan khlorofil.

Kerusakan akut pada tanaman disebabkan kemampuan tanaman untuk

mengubah SO2 yang diabsorbsi menjadi H2SO4, kemudian menjadi sulfat.

Garam-garam tersebut terkumpul pada ujung atau tepi daun. Sulfat yang

terbentuk pada daun berkumpul dengan sulfat yang diabsorbsi melalui

akar, dan jika diakumulasi cukup tinggi, terjadi gejala khronis yang

disertai dengan gugurnya daun.

Tanaman bervariasi dari spesies ke spesies dalam sensitivitasnya

terhadap kerusakan SO2. Meskipun dalam satu spesies, terjadi perbedaan

sensitivitas yang disebabkan oleh kondisi lingkungan seperti suhu, air

tanah, konsentrasi nutrien, dan sebagainya. SO2 mungkin juga dapat

menyebabkan terhambatnya pertumbuhan dan yield (hasil perolehan)

tanaman tanpa menyebabkan kerusakan yang terlihat dengan mata. Uap

asam sulfat, yang merupakan bentuk lain polusi SOx, juga dapat merusak

tanaman. Bintik-bintik pada daun dapat terjadi jika droplet (tetesan) asam

kontak dengan daun yang telah basah karena embun.

2. Pengaruh SOx Terhadap Manusia

Polutan SOx mempunyai pengaruh terhadap manusia dan hewan pada

konsentrasi jauh lebih tinggi daripada yang diperlukan untuk merusak

tanaman. Kerusakan pada tanaman terjadi pada konsentrasi 0.5 ppm,

sedangkan konsentrasi yang berpengaruh terhadap manusia dapat dilihat

pada table di bawah ini:

Konsentrasi (ppm) Pengaruh

3 – 5

8 – 12

20

20

20

50 – 100

400 – 500

Jumlah terkecil yang dapat dideteksi dari baunya.

Jumlah terkecil yang segera mengakibatkan iritasi

tenggorokan.

Jumlah terkecil yang segera mengakibatkan iritasi

mata.

Jumlah terkecil yang segera mengakibatkan batuk.

Maksimum yang diperbolehkan untuk kontak

dalam waktu lama.

Maksimum yang diperbolehkan untuk kontak

dalam waktu singkat (30 menit)

Berbahaya meskipun kontak dalam waktu singkat.

* Kirk dan Othmer (1969)

Pengaruh utama polutan SOx terhadap manusia adalah iritasi system

pernafasan. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa iritasi tenggorokan

terjadi pada konsentrasi SO2 sebesar 5 ppm atau lebih, bahkan pada

beberapa individu yang sensitive iritasi terjadi pada konsentrasi 1 – 2

ppm. SO2 dianggap polutan yang berbahaya bagi kesehatan terutama

terhadap orang tua dan penderita yang mengalami penyakit khronis pada

sistem pernafasan dan kardiovaskular (jantung dan pembuluh darah).

Individu dengan gejala tersebut sangat sensitif jika melakukan kontak

dengan SO2, meskipun dengan konsentrasi yang relative rendah, misalnya

0.22 ppm atau lebih.

3. Pengaruh SO3 Terhadap Bahan Lain

Kerusakan akibat polutan SO2 terhadap bahan lain terutama disebabkan

oleh asam sulfat yang diproduksi jika SO3 bereaksi dengan uap air di

atmosfer. Salah satu pengaruh SO2 terhadap bahan lain adalah terhadap

cat, dimana waktu pengeringan dan pengerasan beberapa cat meningkat

jika mengalami kontak dengan SO2. Beberapa film cat menjadi lunak dan

rapuh jika dikeringkan dengan adanya SO2.

Kecepatan korusi kebanyakan metal, terutama besi, baja dan zink,

dirangsang pada kondisi lingkungan yang terpolusi SO2. Bahan-bahan

partikel, kelembapan tinggi dan suhu juga berperanan penting dalam

proses korosi tersebut. Beberapa hal yang perlu diketahui mengenai

korosi metal adalah sebagai berikut.

a. Kecepatan korosi meningkat pada daerah industry.

b. Kecepatan korosi meningkat pada musim gugur dan salju karena

polutan partikel dan sulfur okside lebih terkonsentrasi dalam

pembakaran bahan bakar untuk pemanasan.

Konsentrasi asam sulfat dalam jumlah tinggi sebagai polutan udara dapat

menyerang berbagai bahan bangunan, terutama bahan-bahan yang

mengandung karbonat seperti marmer, batu kabur, genteng dan batu.

Karbonat di dalam bahan-bahantersebut diubah menjadi sulfat yang larut

dalam air. Bahan-bahan tersebut menjadi berlubang-lubang dan merapuh

karena sulfat yang larut dapat terbawa dengan air hujan. Reaksi yang

terjadi adalah sebagai berikut.

CaCO3 (batu kapur) + H2SO4 → CaSO4 + CO2 + H2O

Beberapa serat tekstil, terutama yang terbuat dari serat tumbuh-

tumbuhan, kehilangan kekuatannya (menjadi lapuk) jika mengalami

kontak dengan asam. Serat hewan seperti wool lebih tahan terhadap

asam. Kulit mempunyai afinitas kuat terhadap SO2, sehingga

menyababkan kehilangan kekuatannya dan mudah sobek. Kertas juga

mengabsorbsi SO2, yang kemudian dioksidasi menjadi H2SO4,

menyebabkan kertas menjadi berubah warna dan menjadi rapuh.

D. Kontrol Terhadap Polusi Sulfur Oksida

Beberapa metode yang dapat dilakukan untuk mengurangi dan mengontrol

emisi SOx adalah sebagai berikut.

1. Penggunaan bahan bakar bersulfur rendah.

2. Substitusi energy lainnya untuk bahan bakar pembakaran.

3. Penghilangan dari bahan bakar sebelum pembakaran.

4. Penghilangan SOx dari gas buangan.

Penggunaan bahan bakar bersulfur rendah mungkin dilakukan, tetapi

harganya lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar bersulfur tinggi.

Sebagai contoh, penggunaan batu arang bersulfur rendah lebih mahal

daripada batu arang bersulfur tinggi karena panas yang dikandungnya lebih

rendah sehingga bahan yang digunakan harus lebih banyak jumlahnya,

akibatnya biaya transportasi juga lebih mahal.

Gas alam juga rendah dalam kandungan sulfur, tetapi persediaannya juga

terbatas dan mahal dalam transportasinya. Substitusi bahan bakar dengan

sumber energy lainnya merupakan salah satu pemecahan masalah polusi

SOx, tetapi terbatas karena sumbernya yang kurang dan teknologi yang

canggih, misalnya penggunaan tenaga hidroelektrik dan tenaga nuklear.

Penghilangan sulfur dari bahan bakar sebelum pembakaran membutuhkan

beberapa cara tergantung dari bahan bakarnya dan bentuk sulfur di

dalamnya. Sulfur terdapat dalam tiga bentuk, yaitu pirit, komponen organic

dan sulfat. Sulfat biasanya terdapat dalam jumlah kecil dan tidak

menimbulkan masalah. Sulfur organik terikat pada molekul yang merupakan

bagian dari batu arang, dan tidak dapat dihilangkan tanpa mengubah secara

kimia batu arang tersebut melalui berbagai proses seperti karbonisasi,

liquifikasi, atau gasifikasi.

Penghilangan SOx dari gas buangan merupakan salah satu cara mengatasi

polutan SOx. Salah satu caranya adalah dengan menyuntikan batu kapur ke

dalam zona pembakaran, sehingga bereaksi dengan SOx membentuk garam

sulfat sebagai berikut.

2CaCO3 + 2SO2 + O2 → 2CaSO4 + 2CO2

Efisiensi penghilangan SO2 sebanyak 90% dapat tercapai dengan melakukan

gas tersebut melalui larutan kapur. Masalah utama dalam sistem ini adalah

terbentuknya bahan buangan yang cukup tinggi dalam bentuk CaSO4 padat,

batu kapur yang tidak bereaksi dan abu, yang harus dibuang.

Lampiran:

Daftar Pustaka

Fardiaz, Srikandi. 1992. Polusi Air dan Udara. Yogyakarta: Penerbit

Kanisius.

Wardhana, Wisnu Arya. 2004. Dampak Pencemaran Lingkungan.

Yogyakarta: Penerbit Andi Yogyakarta.

Jurnalingkungan. 2010. Sulfur Oksida. Online

(http://jurnalingkungan.wordpress.com/sulfur/, diakses 25 September

2010)