JUDUL
PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
JUDUL PROGRAM
PEMANFAATAN LIMBAH PLASTIK MENJADI MINYAK BAKAR
MENGGUNAKAN KATALIS ZEOLIT ALAM BAYAH-BANTEN
BIDANG KEGIATAN:
PKM-AI
Diusulkan oleh:
Mutia Amyranti
Ahmad Nahudin
Cecep Saripudin
3335121824
3335120824
3335132597
(2012, KetuaKelompok)
(2012,Anggota kelompok)
(2013, AnggotaKelompok)
UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
CILEGON
2014
Pemanfaatan Limbah Plastik Menjadi Minyak Bakar Menggunakan Katalis
Zeolit Alam Bayah-Banten
Mutia Amyranti*, Ahmad Nahudin, Cecep Saripudin
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtyasa
Jl. Raya Jendral Sudirman Km.03 Cilegon, Banten
*E-mail : [email protected]
ABSTRAK
Limbah plastik merupakan masalah yang sudah dianggap serius bagi
pencemaran lingkungan, khususnya terhadap pencemaran tanah. Salah satu solusi
yang dapat diterapkan dalam penanganan limbah atau sampah plastik adalah
dengan mendaur ulang. Alasan ini menyebabkan perlu adanya pengolahan limbah
plastik menjadi sesuatu yang bermanfaat yaitu Bahan Bakar Minyak (BBM),
karena plastik merupakan senyawa organik yang komponen utamanya adalah
unsur karbon dan hidrogen atau senyawa dengan ikatan kovalen. Tujuan dari
penelitian adalah menghasilkan alat reaktor perengkahan sampah plastik menjadi
minyak bakar. Penelitian ini menggunakan bahan baku sampah plastik dan katalis
zeolit alam Bayah provinsi Banten. Sampel sampah yang digunakan dalam
penelitian adalah PET (Polypropylene Terephtalate), LDPE (Low Density
Polyethylen), HDPE (High Density Polyethylen), dan PP (Polypropylene).
Teknologi yang akan digunakan adalah Thermal Cracking dengan temperatur
200oC. Perengkahan dilakukan didalam reaktor sederhana yang. Bahan baku yang
digunakan sebanyak 300 gram limbah plastik dan katalis zeolit alam
Bayahprovinsi Banten sebanyak 100 gram. Parameter yang akan diujikan yaitu
densitas, viskositas dan uji bakar. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini yaitu
densitas minyak bakar yang diperoleh mendekati densitas dari kerosin yaitu 0,87
g/ml dan viskositas 0,76 mm2/s dengan bahan baku yang digunakan adalah
Polypropylene (PP).
Keyword: Plastik, LDPE, HDPE, PP, Thermal Cracking
ABSTRACT
Plastic waste is a problem that has been considered a serious
environmental pollution , especially against soil pollution . One of solution that
can be applied in the handling of waste or garbage is plastic recycling . This
reasons is leading to the need for processing plastic waste into something useful ,
called fuel oil, because plastic is an organic compound which the main component
are carbon and hydrogen with covalent bonds . The purpose of this research are to
improve student creativity in creating scientific work and scientific thinking ,
designing cracking plastic waste into oil tools , providing one smart solution
processing plastic waste explicitly , Counting and characterizing the amount of oil
that obtained based on the type of plastic and minimizing scarcity of petroleum .
This study uses plastic waste materials and natural zeolite catalysts . Litter
samples which used in this study is PET, LDPE, HDPE, and PP. The technology
will be used is Thermal Cracking with200oC temperature. Cracking is done in a
simple reactor that was made by the researcher . The raw materials are used as
much as 300 grams and natural zeolite catalysts BAYAH as much as 100 grams .
Parameters to be tested are density , viscosity and combustion test . The results
obtained from this research that the oil density approaching the density plastic
derived from kerosene is 0.87 g/ml and a viscosity of 0.76 mm2/s with the raw
materials used are Polypropylene (PP) .
Keyword: Plastic, LDPE, HDPE, PP, Thermal Cracking
1. PENDAHULUAN
Saat ini sampah anorganik seperti plastik menjadi salah satu permasalahan
serius, pemusnahan sampah plastik dengan cara pembakaran (incineration),
kurang efektif sebab dengan pembakaran munculnya polutan dari emisi gas
buang (CO2, CO, NOx, dan SOx) dan beberapa partikulat pencemar lainnya.
Dunia sedang memerlukan solusi untuk mengatasi masalah lingkungan ini, maka
daur ulang plastik dapat dilakukan dengan cara mengkonversi limbah sampah
plastik menjadi minyak bakar. Plastik mempunyai nilai kalor cukup tinggi
sehingga setara dengan bahan bakar fosil seperti bensin dan solar.
Sampah plastik menjadi masalah lingkungan berskala global. Rumusan
masalah dalam penelitian ini adalah kelangkaan minyak tanah menjadi salah satu
faktor penghambat kelangsungan hidup masyarakat dan pada saat ini justru
sampah plastik dapat dijadikan bahan bakar alternatif pengganti minyak tanah,
sehingga dapat memberikan solusi yang efisien untuk masyarakat.
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk menghasilkan minyak
bakardengan alat reaktor perengkahan limbah sampah plastik menjadi minyak
bakar dengan bantuan zeolit alam Bayah Provinsi Banten.
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini untuk waktu yang akan datang
adalah masyarakat dapat dengan mudah memenuhi kebutuhan minyak tanah
sebagai bahan bakar dalam kehidupan sehari-hari, memberikan manfaat kepada
masyarakat dengan alat perengkahan limbah sampah plastik menjadi minyak
bakar,mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat sampah plastik.
Ruang lingkup penelitian ini adalah dengan mengkonversi limbah sampah
plastik menjadi minyak bakar. Sampel sampah yang digunakan dalam penelitian
ini adalah PET, LDPE, HDPE, danPP. Reaktor pengolahan yang digunakan
merupakan alat yang dirancang oleh peneliti. Katalis yang digunakan adalah
zeolitalam Bayah Provinsi Banten. Parameter yang diujikan adalah densitas,
viskositas, dan titik nyalaminyak bakar.
Plastik adalah polimer rantai panjang dari atom yang mengikat satu sama
lain.Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang, atau "monomer".
(Azizah, 2009). Plastik merupakan material yang secara luas dikembangkan dan
digunakan sejak abad ke-20 yang berkembang secara luar biasa penggunaannya
dari hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 220 juta ton/tahun
pada tahun 2005.Pada tingkat bandar, lapak, dan sebagainya, masih saja kesulitan
dalam membedakan jenis plastik sebab secara fisik banyak sekali kemiripan fisik
walaupun sebenarnya berupa jenis plastik yang berbeda (Bachriansyah, S. 1997).
Untuk itu disini akan diidentifikasi jenis-jenis plastik berdasarkan temperatur
leleh, PET (70oC-80oC), HDPE (70 oC -80 oC), PVC (70 oC -100 oC), LDPE (70 oC
-80 oC), PP (60 oC -70 oC), dan PS (80 oC -95 oC)
Pemanfaatan Zeolit alam Bayah Provinsi Banten sebagai katalisator.
Kemampuan zeolit sebagai katalis berkaitan dengan tersedianya pusat-pusat aktif
dalam saluran antar zeolit. Pusat-pusat aktif tersebut terbentuk karena adanya
gugus fungsi asam tipe Bronsted maupun Lewis. Perbandingan kedua jenis asam
ini tergantung pada proses aktivasi zeolit dan kondisi reaksi.
Penggunaan katalisator zeolit alam Bayah dengan alasan selain harganya
murah, ramah lingkungan, menghasilkan konversi yang tinggi, dan memanfaatkan
potensi alam Bayah yang belum termanfaatkan dengan maskimal. Spesifikasi dan
rumus molekul zeolit Bayah terlihat pada Tabel 1 berikut:
Tabel 1. Spesifikasi Zeolit alam Bayah Provinsi Banten
Karakteristik Parameter
Jari - jari pori 16,2350 Å
Luas Permukaan 8,3528 m2
Kemampuan adsorpsi 13,250 ml/g
Unsur penyusun kimia Na, Al, Si, P, Ca
Bentuk standar ion Na+
Range ukuran partikel (0,012 - 0,123 ) mm
Gugus Fungsional (AlO2)x(SiO2)y
kadar Si/Al rendah (sama dengan
1)
Tipe UBS D4R, D6R
Konsentrasi sisi aktif tidak diketahui
Proses pengolahan Zeolit alam Bayah Provinsi Banten yang pertama
dilakukan aktivasi pemanasan, dilakukan zeolit dalam pengering putar
menggunakan bahan umpan yang mempunyai kadar air sekitar 40%, dengan
temperatur tetap 230°C dan waktu pemanasan selama tiga jam kemudian
penambahan pereaksi kimia, dilakukan di dalam bak pengaktifan dengan NaOH
dan H2SO4, dimaksudkan untuk memperoleh temperatur yang dibutuhkan dalam
aktivasi. Zeolit yang telah diaktivasi perlu dikeringkan terlebih dahulu,
pengeringan ini dapat dilakukan dengan cara menjemurnya di bawah sinar
matahari.
2. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian ini adalah:
- Merancang alat perengkahan sampah plastik menjadi minyak bakar,
- Memberikan salah satu solusi cerdas pengolahan limbahsampah
plastik,
- Menghitung dan mengkarakterisasi jumlah minyak bakar yang didapat
berdasarkan jenis plastik,
- Meminimalisasi kelangkaan minyak bumi serta mengurangi dampak
pencemaran lingkungan.
3. METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dengan judul “Pemanfaatan Limbah Plastik Menjadi Minyak
Bakar dengan Kataslis Zeolit Alam Bayah-Banten” ini dilaksanakan pada bulan
Mei 2013 – Maret 2014. Tempat pelaksanaan penelitian adalah Laboratorium
Kimia Dasar Fakultas Teknik UNTIRTA dan kediaman peneliti di Cinanggung
RT 04/02 Anyer, Serang-Banten. Penelitian ini mengacu kepada penelitian
sebelumnya, tetapi pada penelitian ini terdapat pengembangan-pengembangan dan
penyederhanaan proses yang didapatkan dari berbagai literatur.
3.2. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitiaan ini adalah reaktor perengkahan,
kondensor, alat Pemurnian, termokopel 400oC, pressure gauge, kompor gas dan
tabung gas LPG 3 kg, piknometer, viskometer Ostwald, bulb, stopwatch, gelas
ukur, dan timbanga
Gambar 1. Reaktor Sederhana Perekahan
Sedangkan bahan yang dipakai adalah sampah plastik (HDPE, LDPE, PP
dan PET), katalis zeolit alam Bayah-Banten,air, dan Larutan NaOH 0,5 N.
Gambar 2. Rangkaian Alat Perengkahan Sampah Plastik
3.2 Metode Penelitian
Adapun tahap-tahap yang dilakukan pada penelitian ini adalah diawali
dengan persiapan bahan baku limbah plastik (HDPE, LDPE, PP, dan PET),
dilanjutkan dengan persiapan katalis zeolit alam Bayah Provinsi Banten, dan
dilanjut dengan proses pembuatan minyak bakar dari limbah plastik.
3.3 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian ini terdiri dari 3 tahapan, yaitu persiapan bahan baku,
persiapan katalis dan pembuatan minyak bakar.
Pada persiapan bahan baku, yang dilakukan adalah menyiapkan bahan baku
plastik (LDPE, HDPE, PP dan PET) kemudian membersihkannya dan memotong
sampah plastik tersebut hingga berukuran 5 x 5 cm.
Pada persiapan katalis, yag dilakukan adalah menyiapkan katalis zeolit alam
Bayah. Zeolit alam Bayah tersebut dihancurkan agar ukurannya menjadi kecil
sehingga akan memberikan luas permukaan yang besar dan reaksi akan berjalan
lebih cepat. Zeolit akan diaktivasi secara kimia dengan merendammenggunakan
larutan NaOH 0,5 Nselama 30 menit, kemudian akan dilakukan aktivasi fisika
dengan menggunakan oven pada temperatur 200oC selama 45 menit.
Pada pembuatan sampah plastik menjadi minyak bakar, yang dilakukan
adalah memasukkan bahan baku (HDPE, LDPE, PP dan PET) yang sudah
beukuran 5 x 5 cm sebanyak 300 gram ke dalam reaktor perengkahan. Zeolit yang
telah diaktivasi dimasukkan ke dalam reaktor sebanyak 100 gram. Perengkahan
dilakukan pada temperatur 200oC selama 2,5-3 jam. Perengkahan dilakukan agar
rantai karbon pada plastik terputus sehingga diperoleh rantai ikatan tunggal dan
panjang (C5-C12). Plastik yang telah melalui proses perengkahan akan menguap
dan masuk kedalam kondensor. Kondensor bertujuan untuk mengubah fase uap
menjadi cair. kondensor yang digunakan adalah kondensor dengan arah aliran co-
current sehingga proses pendinginan berlangsung cepat. Hasil keluaran kondensor
berupa minyak bakar akan dimurnikan dengan tempat pemurnian, dan akan
terlihat pemisahan antara air dan minyak, minyak berada pada bgian atas dan air
pada bagian bawah.Minyak bakar yang diperoleh akan dianalisa densitas dan
viskositasnya.
3.2.1 Analisis data
Analisa Viskositas
Analisa Viskositas dilakukan dengan viskometer ostwald,
penghitungannya menggunakan rumus sebagai berikut:
µ = K x t
Dimana :
µ = Viskositas (cSt)
K = Konstanta tabung viskometer (cSt/s)
t = Waktu alir sampel (s)
Analisa Densitas
Perhitungan densitas dilakukan dengan menggunakan piknometer,
penghitungan densitasn dengan menggunakan rumus di bawah ini :
𝜌 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑃𝑖𝑘𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟𝑘𝑜𝑠𝑜𝑛𝑔+𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 −𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑃𝑖𝑘𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟𝑘𝑜𝑠𝑜𝑛𝑔
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑃𝑖𝑘𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟
Analisa Yield
Yield adalah perbandingan antara produk yang diperoleh terhadap umpan
yang digunakan.
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 =𝑀𝑜𝑙𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘
𝑀𝑜𝑙𝑈𝑚𝑝𝑎𝑛𝑥100%
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini dibagi menjadi 3 tahap, yaitu persiapan bahan baku,
persiapan katalis dan proses perengkahan sampah plastik menjadi minyak bakar.
Minyak bakar yang telah terbentuk, akan dilakukan analisa sifat fisik dan kimia,
yaitu analisa densitas viskositas dan uji bakar. Minyak bakar yang terbentuk akan
dibandingkan dengan standar kerosin.
4.1. Perolehan Minyak bakar
Produk yang diharapkan dari penelitian ini minyak bakar. Adapun,
perolehan minyak bakarpada sampel HDPE adalah sebanyak 6ml, sampel LDPE
sebanyak 3 ml, sampel PP sebanyak 23 ml, dan sampel PET sebanyak 14 ml.
Penelitian ini dilakukan padatemperatur 200oC dan waktu 220 menit.
Pemilihan temperatur perengkahan berdasarkan pada beberapa faktor, yaitu
ketebalan dinding reaktorbaja dengan ketebalan 2 mm dan diameter 22 cm, hal ini
mempengaruhi transfer panas. Perengkahan plastik memerlukan temperatur yang
sangat tinggi agar komponen penyusun plastik terurai dan menjadi komponen
ringan C5-C12. Komponen ringan C5-C12 merupakan komponen penyusun dari
kerosin. Temperatur perengkahan minyak bakar berkisar dari 300-500oC. Pada
penelitian, temperatur perengkahan hanya 200oC karena akan diamati pengaruh
penambahan katalis terhadap temperatur perengkahan. Temperatur perengkahan
yang rendah menyebabkan perpindahan panas tidak berjalan secara optimum
karna ketebalan dinding reaktor, sehingga hasil perolehan minyak bakar kecil.
Dari 300 gram sampah plastik, diperoleh sebanyak 3-20 ml minyak bakar. Faktor
lain yang menyebabkan perolehan minyak bakar yiatu adanya sedikit celah pada
reaktor yang mempengaruhi tekanan didalam reaktor, tekanan di dalam reaktor
akan sama dengan tekanan atmosfer, celah pada reaktor juga menyebabkan gas
yang harusnya tekondensasai menjadi hilang terbuang.
Berdasarkan penelitian sampah plastik yang tebal akan menyebabkan
waktu perengkahan menjadi lama sehingga minyak bakar yang diperoleh sedikit,
hal ini karena ikatan silang (cross-linked) pada sampah plastik yang tebal yaitu
HDPE dan PP.
Tabel 2. Analisa Densitas, Viskositas, Uji Bakar, Warna Minyak dari Kerosin dan
Minyak Bakar
Parameter Nilai
Kerosin HDPE LDPE PP PET
Densitas (g/ml) 0.7-0.83 0.95 0.68 0.87 0.98
Viskositas
(mm2/s) Cair 0.62 0.82 0.76 0.74
Uji Bakar Nyala Api
Baik
Nyala
Api Baik
Nyala Api
Baik
Nyala Api
Baik
Nyala Api
Baik
Warna Minyak Kekuningan Bening Bening
Kekuningan Kekuningan Bening
4.2. Analisa Densitas Minyak bakar
Densitas adalah perbandingan antara bobot dan volume suatu bahan pada
temperatur tertentu, densitas dipengaruhi oleh berat molekul suatu senyawa,
karena berat molekul yang besar akan menyebabkan densitas yang besar pula.
Menurut SNI-06-5-3506-1994, mutu kerosin yang baik adalah 0,83 g/ml.
Berdasarkan analisa densitas yang diperoleh, densitas minyak bakar yang
mendekati kerosin adalah 0,873 g/ml dengan bahan baku PP (polypropylene).
4.3. Analisa Viskositas Minyak bakar
Viskositas biasa pula disebut dengan kekentalan. Viskositas menunjukkan
mudah tidaknya suatu fluida dapat mengalir. Semakin tinggi viskositas bahan
bakar akan menyebabkan kerusakan pada alat diesel karena bahan bakar yang
kental akan menyumbat bagian dari alat diesel dan dapat menimbulkan kerak.
Pada minyak bakar ini, viskositas yang rendah akan semakin baik, Pada
Tabel 2 ditunjukkan bahwa viskositas minyak bakar terendah yaitu dengan
menggunakan bahan baku HDPE sebesar 0,616 mm2/s.
4.4. Uji Bakar Minyak Bakar
Uji bakar hasil nyala api pada minyak bakar dari perekahan limbah plastik
HDPE, LDPE, PP, dan PET adalahbaik dan tahan lama, sedangkan nyala
berwarna merah kekuningan (sama seperti kerosin).
5. KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. minyak bakar ini mempunyai karakteristik yang hampir sama dengan kerosin
2. Pada temperatur perengkahan 200oC jenis plastik PP memperoleh densitas
paling mendekati yaitu 0,873 g/ml.
3. Yield yang dihasilkan belum maksimal akibat ketebalan dinding reaktor dan
adanya celah kecil didalam reaktor.
4. Dengan bahan baku sebanyak 300 gram dan katalis 100 gram, mampu
menghasilkan minyak bakar sebanyak 3-20 ml minyak bakar.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih banyak kepada Tuhan Yang Maha Esa, orang tua, dosen
pembimbing, peneliti dan kepada semua pihak yang membantu.
DAFTAR PUSTAKA
Arifin M dan Harsodo, 1991.Zeolit alam, potensi, teknologi, kegunaan dan
prospeknya di Indonesia. Pusat penelitian dan pengembangan teknologi
mineral.
Azizah. 2009. Plastik. www.wikipedia.org
Bachriansyah, S. 1997. Identifikasi Plastik Makalah Pelatihan teknologi
Pengemasan Industri Makanan dan Minuman. Bogor: Departemen
Perindustrian dan Perdagangan.
Billmeyer. 1971.Textbook of Polymer Science.a
Chandra, Budiman, Dr.2007. Pengantar kesehatan lingkungan. Jakarta: penerbit
buku kedokteran.
Flanigen 1981 dalam Harben dan Kuzvart. 1996. Industrial minerals: a global
geology. London: Industrial minerals information.
Haag, W.O. 1994. Catalyst Design-progress and perspectives. Newyork: John
Wiley
Hadiwiyoto. 1983. Teknologi pengolahan hasil perikanan. UGM: Yogyakarta
Hay, R. L. 1966.Zeolites and zeolitic reactions in sedimentary rocks.
Joo and Guin. 1997. Hydrocracking of a plastics pyrolysis gas oil to naphtha.
Energy and fuel
Sariman dkk pptm. 1996. Pemanfaatan zeolit untuk bahan katalis dan pengolahan
limbah skala pilot. Bayah: Pusat penelitian dan pengembangan teknologi
mineral.
Tchobanoglous, et al. 1993. Integrated solid waste management. McGraw-Hill.
Newyork.
Biodata Anggota
A. Identitas Diri
1 Nama Lengkap (dengan Gelar) Mutia Amyranti
2 Jenis Kelamin P
3 Program Studi S1 Teknik Kimia
4 NIM 3335121824
5 Tempat dan Tanggal Lahir Tangerang, 25 Januari 1995
6 E-mail [email protected]
7 Nomor Telepon/HP 085714539618
B. Riwayat Pendidikan
SD SMP SMA
Nama Istitusi SD Negeri
Cicayur 1
SMP Negeri 1
Cisauk
SMA Negeri 28
Kab.Tangerang
Jurusan IPA
Tahun Masuk-
Lulus
2000-2006 2006-2009 2009-2012
C. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presntaation)
No Nama Pertemuan
Ilmiah/Seminar
Judul Artikel Ilmiah Waktu dan
Tempat
Biodata Anggota
A. Identitas Diri
1 Nama Lengkap (dengan Gelar) Ahmad Nahudin
2 Jenis Kelamin L
3 Program Studi S1 Teknik Kimia
4 NIM 3335120824
5 Tempat dan Tanggal Lahir Serang, 26 Desember 1994
6 E-mail [email protected]
7 Nomor Telepon/HP 087871237677
B. Riwayat Pendidikan
SD SMP SMA
Nama Istitusi SD Negeri
Salatuhur
MTS Negeri
Anyer
SMA Negeri 1
Anyer
Jurusan IPA
Tahun Masuk-
Lulus
2000-2006 2006-2009 2009-2012
C. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presntaation)
No Nama Pertemuan
Ilmiah/Seminar
Judul Artikel Ilmiah Waktu dan
Tempat
Biodata Anggota
A. Identitas Diri
1 NamaLengkap (denganGelar) CecepSaripudin
2 JenisKelamin L
3 Program Studi S1 Teknik Kimia
4 NIM 3335132597
5 TempatdanTanggalLahir Pandeglang, 31Januari 1995
6 E-mail [email protected]
7 NomorTelepon/HP 087771473341
B. RiwayatPendidikan
SD SMP SMA
Nama Istitusi SD Negeri
Panimbang Jaya 3
SMP Negeri 1
Panimbang
SMA Negeri 2 Kota
Serang
Jurusan IPA
Tahun Masuk-
Lulus
2001-2007 2007-2010 2010-2013
C. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presntaation)
No Nama Pertemuan
Ilmiah/Seminar
Judul Artikel Ilmiah Waktu dan
Tempat