proses pembuatan bahan bakar cair dengan memanfaatkan limbah ban

7/18/2019 Proses Pembuatan Bahan Bakar Cair Dengan Memanfaatkan Limbah Ban ...

1/9

PROSES PEMBUATAN BAHAN BAKAR CAIR DENGAN

MEMANFAATKAN LIMBAH BAN BEKAS MENGGUNAKAN

KATALIS ZEOLIT Y DAN ZSM-5

Reska Damayan!" #an Ren$ Ma%"n"Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro

Jln. Prof. Soedarto, SH., Tembalang, Semarang, 5!"#, Telp$Fa%& '!()*(+5

A&s%ak

Produksi ban di Indonesia terus meningkat dari tahun ke tahun. Seiring dengan itu, maka limbah

ban-ban bekas yang tidak terpakai di lingkungan semakin meningkat. Masalah ini semakin besardikarenakan ban bekas tidak dapat terurai dengan mudah apabila hanya dibiarkan begitu saja. Oleh

karena itu, diperlukan usaha untuk mengubah limbah ban bekas menjadi sesuatu yang lebih berguna,

salah satunya menjadi bahan bakar cair yaitu dengan cara pirolisis katalitik. Karet ban bekas (jenis

polystyrene leb ih sulit dipirolisis dibandingkan dengan termopla st la in, karena struktur ikatan dan

pola crackingnya. Sehingga diperlukan katalis seperti !" dan #SM-$ agar pirolisis lebih e%ekti%.

Katalis tersebut mampu meningkatkan proses pirolisis dengan cara menuru nkan suhu dan &aktu

dekomposisi, sehingga diperoleh hasil berupa bahan bakar cair yang maksimal. Pirolisis ban bekas

dengan katalis dilakukan dengan memanaskannya menggunakan elektrik %urnace pada suhu diatas

'$)*, dengan meletakkan ban bekas diantara !" dan #SM-$. +imana !" ditempatkan di bagian

ba&ah dan #SM-$ di bagian atas reaktor. as yang dihasilkan dari pemanasan didinginkan untuk

mempero leh bahan bakar cair. *airan terbanyak yang diperoleh dari pirolisis katalitik yaitu . ml,berasal dari ban bekas sebanyak $ gr dan katalis !" maupun #SM-$ sebanyak .$ gr pada suhu

/0*, dan hasil range dari di%ractogram * untuk premium optimum pada suhu $$0* dengan berat

katalis gr. Selanjutnya dapat disimpulkan bah&a bahan karet ban bekas jenis polystirene dapat

diolah menjadi bahan bakar cair.

Kata kunci : ban b ekas1 katalis !"1 katalis #SM-$1 Pirolisis katalitk1 Polystirene1

Pen#a!'('an

-ndustri ban merupakan sala satu sektor industri /ang mantap posisin/a di -ndonesia. Produksin/asemakin meningkat dari taun ke taun. Se0alan dengan itu, keberadaan ban1ban bekas /ang suda tidak

terpakaitentu men0adi masala sendiri untuk ditangani. 2an 3 ban bekas ini akan men4emari lingkungan sekitarn/adikarenakan ban bekas tidak dapat terurai dengan muda apabila an/a dibiarkan begitu sa0a. le karena itu,perlu dilakukan suatu usaa untuk dapat menguba limba ban bekas men0adi sesuatu /ang lebi bemanfaat.2an berbaan dasar karet, merupakan sala satu 0enis polimer sintetis 'Pol/stirene). Pol/stirene tidak dapatdengan muda dire4/4le seingga pengolaan limba pol/stirene arus dilakukan se4ara benar agar tidakmerugikan lingkungan. Proses perengkaan pol/stirene merupakan sala satu 4ara untuk meminimalisirlimbapol/stirene tersebut. Pol/stirene adala molekul /ang memiliki berat molekul ringan, terbentuk dari monomerstirena /ang berbau arum. Kelebian pol/stirene adala ringan, keras, taan panas, agak kaku, tidak muda

pata dan tidak bera4un. Sifat fisis pol/stirene disa0ikan pada tabel 6.Tabel 6. Sifat Fisis Pol/stirene

Densitas 65 kg$m7

Densit/ of 8PS !51! kg$m7Spe4ifi4 9ravit/ 6.5

8le4tri4al 4ondu4tivit/ 's) 6 S$m16+

Termal 4ondu4tivit/ 'k) . :$'m;K)

Pat

8longation at break "3(?@ot4 test !35 kJ$mA9lass temperature #5 BC


2/9

>elting point 6E !( BCi4at 2 # BC !E

Heat transfer 4oeffi4ient ' 3) .6* :$'m K)!

Ginear e%pansion 4oeffi4ient 'a) 6 $K 1 5Spe4ifi4 eat ' c) 6." kJ$'kg;K)

:ater absorption 'ST>) ."3.6

De4omposition I /ears, still de4a/ing

Pol/stirene adala polimer idrokarbon parafin /ang terbentuk dengan 4ara reaksipol/merisasi, dimanareaksi pembentukan pol/stirene adala&

Proses p roduksi idrokarbon 4air dari Pol/stirene dapat diker0akan dengan prosesperengkaan '4ra4king).Proses perengkaan ini berlangsung pada suu tinggi, seingga diperlu kan k atalis 'k atalisH< dan S>15) untukmenurunkan temperatur dan men/ingkat aktu proses.

Struktur Leolit < terdiri dari muatan negatif, kerangka tiga dimensi tetraedral Si dan l /ang( (

bergabung membentuk oktaedra terpan4ung ' sodalite ). Jika + bua sodalite terubungkan ole prismaeksagonal akan membentuk tumpukan tetraedral. Jenis tumpukan ini membentuk lubang

besar 'supercages)

dan berdiameter M 6"N. Gubang1luban g (supercages ) dapat terbentuk dari ( kristal tetraedral /ang tersebar,

/ang masing1masing mempun/ai 6! 4in4in oksigen dan berdiameter *,( N. Gubang1lubangtersebut bila salingbersambung '6!) mak a akan membentuk sistem pori1pori /ang besar dari Leolit. Setiap atomaluminium dikoordinat tetraedral dalam kerangka membaa muatan negatif. >uatan negatif dalamkerangka ini digantikanole kation /ang berada diposisi kerangka non spesifik. eolite S>15 memuat sebua s/stemsaluran Lig Lagsilang1men/ilang dari 6 4in4in berangkai untuk mengasilkan s/stem rongga tiga dimensi.Diameter poriberkisar antara 5,6 3 5,5 . S>15 memiliki struktur /ang unik. Struktur tersebutmemungkinkan reaksi ber0alanlebi sempurna, karena aktu tinggal pereaktan akan lebi lama. Selain itu, S>15 0ugamemiliki selektivitas/ang tinggi teradap reaktan dan produk. Struktur kerangka Leolit < dan S>15 disa0ikan padagambar 6 dan !.

9ambar 6. Struktur kerang ka satu unit sel Leolit < 9ambar !. Struktur membu0ur LeolitS>15'S4erLer,6##)

Cra4king karet ban bekas pada suu tinggi adala proses paling sederana untuk daur ulangkaret ban

bekas. Pada proses ini material polimer atau karet ban bekas dipanaskan pada suu tinggi.Proses pemanasan inimen/ebabkan struktur makro molekul dari karet terurai men0adi molekul /ang lebi ke4il danidrokarbon rantaipendek terb entuk. Produk /ang diasilkan berupa fraksi gas, residu padat dan fraksi 4air, /angmengandungparafin, olefin, napta, dan aromatis.Proses ini memiliki ! masala, /aitu masala dalam distribusi produk dan masala dalam

penggunaansuu tinggi /ang menggunakan suu lebi dari # C. Cra4king menggunakan katalis merupakan metoda untuko

pen/elesaian masala ini.Tu0uan utama dari pen elitian in i adala untuk mempela0ari potensi karet ban bekas 'pol/stirene) sebagai

baan baku produksi ba an bakar 4air dengan menggunakan katalis Leolite H< dan S>15.Dilakukan denganmenentukan kondisi operasi optimum produksi idrokarbon 4air dengan proses pirolisiskatalitik limba ban

bekas dan menentukan model persamaan empiris proses konversi limba ban bekas men0adiidrokarbon 4air.


3/9

Proses p irolisis katalitik ini dilakukan dengan memanaskan 4ampuran ban bekas dengankatalis pada suu di atas(5B C pada tekanan atmosfer di dalam sebua reaktor unggun tetap /ang terbuat dari stainless steel. 9as /angdiasilkan dikondensasikan seingga diperole baan bakar 4air. Untuk memperole /ield

produk 4air /angoptimum dan residu /ang minimum digunakan optimasi design variabel dengan *entral *omposite +esignpada

metode OS> ' 4espon Sur%ace Metodology ). Produk berupa 4airan dianalisa menggunakan as *hromatography'9C).

Ba!an #an Me$#e Pene(""an

2aan /ang digunakan dalam penelitian adala karet ban bek as 'pol/stirene) /ang diambildari ban dalamkendaraan bermotor kemudian dipotong ke4il1ke4il dengan ukuran 64m % 64m, ditimbang

sesuai variabelper4obaan. Katalis /ang digunakan adala katalis eolit H< dan S>15 /ang merup akankatalis komersial /angdi0ual di pasaran 'eol/st -nternational). Karet ban bekas /ang suda dipotong1potongkemudian di4ampurkatalis dengan perbandingan tertentu sesuai dengan variabel per4obaan, kemudian dimasukanreaktor. Dimanakaret ban bekas diletakan diantara katalis H< dan S>15 dengan katalis H< ditempatkan di

bagian u0ung baareaktor, sedangkan S>15 ditempatkan di u0ung atas reaktor. Kemudian dilakukan proses

pirolisis denganmemanaskan reaktor menggunakan furna4e elektrik, sampai suu /ang ditentukan. Uap /angterbentuk dialirkandari atas reaktor ke pendingin balik melalui selang taan panas. Sedangkan a% /ang keluarmelalui bagianbaa reaktor ditampung dalam beaker glass. Per4obaan dianggap berakir 0ika tidak ada lagiuap /ang mengalirmaupun a% /ang menetes. Produk 4airan /ang diasilkan dianalisa menggunakan 9C1"!(*kolom Ot%16"6.ariabel /ang divariasikan adala suu dan berat katalis. ariabel per4obaan ditabulasikan

pada tabel !. Tabel !. ariabel Per4obaanOU@ Suu, C 2erat Katalis 'masing1masing untuk

H< dan S>15), gram6 5 .5! 5 6.5" 5 .5

( + 6.55 + 6+ (*#." 6* +!.* 6 55 ."# 55 6.*6 55 6

Sedangkan komposisi baan, peralatan perengkaan dan skema prosedur per4obaan dalamreaktor disa0ikandalam gambar " dan ( dan 5.

9ambar ". Konfigurasi baan dalam reaktor 9ambar (. Peralatan Katalitik Cra4king


4/9

9ambar 5. Skema prosedur per4obaan /ang dilakukan

Has"( #an Pem&a!asan

Pada proses ini digunakan variabel tetap, /aitu 5 gram karet ban bekas dan tekanan 6 atm.Sedangkanvariabel bebas ' independent 5ariable ), /aitu suu operasi '5 BC 3 + BC) dan berat katalis ',5 gram 3 6,5

gram). Katalis Leolite H< diletakkan di bagian baa dalam reakto r, sedangkan Leolite S>15 diletakkandibagian atas dalam reaktor, karena Leolite H< berfungsi untuk membantu proses perengkaanLat padat '

&a6)sedangkan katalis S>15 berfungsi untuk membantu reformasi gas /ang diasilkan pada

proses perengkaankatalitik men0adi idrokarbon 4air. dapun asil per4obaan dapat diliat pada Tabel ".Tabel " . Hasil per4obaan proses perengkaan katalitik

RUN S'!') * Be%a Kaa("s) * +$('me Has"( Be%a Has"( Pa#aan, . /C0 .1%am0 Ca"%an) m( .2a3 #an se%&'k0) 1%am

6 5 ,5 ( "5,5

! 5 6,5 6(,! !#,+

" + ,5 65,* 6",5(

( + 6,5 6*,* 6!,+*

5 (*#," 6, 6,# (,5

+ +!,* 6, (, ",+#

* 55 ," +,! 6,+

55 6,* #,! 6#,**

# 55 6, 6" "6,"!

6 55 6, 6!,+ "6,("

Sedangkan asil per4obaan proses perengk aan katalitik berdasarkan Hasil nalisa9as Cromato grap/ditabulasikan pada tabel (.


5/9

Tabel ( 4Hasil per4obaan proses perengkaan katalitik berdasarkan Hasil nalisa 9as Cromatograp /+a%"a&e( Be&as +a%"a&e( Be%1an'n1

RUN S'!') *Be%a Kaa("s) K$m$s"s" K$m$s"s" K$m$s"s"

,

. /C0 * P%em"'m) M"nyak Tana!) S$(a%).1%am0 Y Y Y

, 6

. 7 0 . 7 0 . 7 0

6 5 ,5 66,(! ",6( 5*,"*

! 5 6,5 6",* !(,*5 +6,6"

" + ,5 !+,! !#,## (",(+

( + 6,5 !",!( !(,! 56,((

5 (*#," 6, #,* !",## +",*+

+ +!,* 6, !*,! !,( (#,(!

* 55 ," "6, 65,6 5,+" 55 6,* (6,!# 65,*5 (6,!

# 55 6, ",#" 6,** (*,+(

6 55 6, ", "# 6, ** (*, (+

O"mas" k$n#"s" $e%as" %$#'k %em"'m

Pengaru antara suu dan berat katalis teradap komposisi premium dari reaksi pirolisiskatalitikpolistirene ditun0ukan pada 9ambar +.Kondisi operasi optimal diperole pada

suu 55BC dengan berat katalis 6 gram.

Semakin tinggi suu operasi akan memberikankomposisi premium /ang semakin besar tetapisetela men4apai suu optimum '55BC),komposisi premium akan turun. Demikian

0uga dengan berat katalis, semakin besar beratkatalis maka komposisi premium akan "semakin besar. Hal ini dikarenakan semakin !

6ban/ak katalis /ang digunakan, maka proses

4ra4king /ang ter0adi semakin baik. 16Deng an metode ini, kondisi operasi

optimum dari produk premium /ang

diasilkan dari proses pirolisis k atalitik karetban bekas dengan menggunakan katalis LeoliteH< dan S>15 dapat ditentukan. 2erdasarkan

9ambar +. Pengaru suu dan berat katalis teradapasil per4obaan /ang ditampilkan di Tabel (.komposisi produk premiumdapat dibuat model matematika empirik

dengan menggunakan teknik analisa regresimulti ara.

>odel matematika dari komposisi premium /ang diasilkan ditun0ukkan ole Persamaan '6).Q R 1 R R 1" 16#",!"+ " ,#" 7 ." 7 !+ , #" 7 !,"*" 7 ,5! 7 7 '6)! !

6 6 6 ! ! 6 !

Signifikansi dari model tersebut diu0i dengan menggunakan @ seperti /ang ditampilkanpadaTabel 5.

Tabel 5. Tabel @ untuk produk premiumS'm&e% 8a%"as" SS #9 MS F-8a('e

SS regresi +#6,6# 5 +#6,6# 6(,!!((SS error 6+,(* ( (+,+6#*SS total #*5,(##" #

O ,(!Hasil dari pen4o4okan model menun0ukan baa peritungan F1value sebesar 6(,!!(( lebi

besardibandingkan F1tabel 'F Q +.!+). Seingga persamaaan tersebut signifikan pada tingkat keper4a/aan 5 ?.. 5 5 , (


6/9

Hasil dari pen4o4okan model dengan menggunakan metode @ diperole arga O Q ,(. Dari!

arga O /ang diperole dapat disimpulkan baa nilai O mendekati satu , seingga model matematik /ang! !

diperole signifikan dengan data per4obaan.

M"n"mas" %$#'k s$(a%

Pengaru antara produk solar darireaksi pirolisis katalitik polistirene teradapsuu operasi dan berat katalis ditun0ukan pada9ambar *.

>inimasi produk solar dilakukan*5

karena asil /ang diinginkan ad ala produk*

premium. Kondisi operasi minimum untuk +5produk solar diperole pada suu 55BC dan +berat katalis 6 gram. 55

Produk solar pada proses pirolisis 5

(5katalitik polistiren arus minimum supa/adiperole komposisi produk premium /angtinggi. >odel matematika empirik darikomposisi produk solar /ang diasilkanditun0ukan ole Persamaan '!). 9ambar *. Pengaru suu dan berat katalis teradap komposisi

produk solar

" Q *"+ ,((55 1 ! ,"5++ 7 R ,! 7 1 ! ,+#*+ 7 1 6,(*5 7 R ,(!! 7 7! ! '!)! 6 6 ! ! 6 !Signifikansi dari model tersebut diu0i dengan menggunakan @ seperti /ang ditampilkan

padaTabel +.Tabel +. Tabel @ untuk produk solar

S'm&e% 8a%"as" SS #9 MS F-8a('e

SS regresi "+,#+(! 5 "+,#+(! 65,#*#6SS error #,*+"( ( !!,+##SS total (+,+"*5 #

O ,6"(#!

Hasil dari pen4o4okan model menun0ukan baa peritungan F1value sebesar 65,#*#6 lebibesardibandingkan F1tabel 'F Q +.!+). Seingga persamaaan tersebut signifikan pada tingkat keper4a/aan 5 ?.

.5 5, (

Hasil dari pen4o4okan model dengan menggunakan metode @ diperole arga O Q ,6 "(# . Dari!

arga O /ang diperole dapat disimpulkan baa nilai O mendekati satu, seingga model matematik /ang! !

diperole signifikan dengan data per4obaan.

M"n"mas" %$#'k m"nyak ana!

Pengaru antara komposisi min/ak"(

tana dari reaksi pirolisis katalitik polistirene"!

teradap suu operasi dan berat katalis "ditun0ukan pada 9ambar . >inimasi produk !min/ak tana dilakukan karena asil /ang !+

!(diinginkan adala produk premium. Kondisi!!

operasi minimum untuk produk min/ak tana!

diperole pada suu 55BC dan berat katalis6

6,*.Produk min/ak tana pada proses

pirolisis katalitik polistirene diminimalkansupa/a diperole komposisi produk premium/ang tinggi. >odel matematika darikomposisi produk min/ak tana /angdiasilkan ditun0ukan ole Persamaan '").

9ambar . Pengaru suu dan berat katalis teradapkomposisi produk min/ak tana" Q (#" ,# 1 6,+#* 7 R ,65 7 1 ( ,6"5 7 R 6,6 7 1 ,( 7 7! ! '")" 6 6 ! ! 6 !


7/9

Ka%ake%"sas" %$#'k !"#%$ka%&$n :a"%

Dari asil proses pirolisis karet ban bekas /ang dilakukan pada variabel suu dan katalis /angteladitentukan diperole asil berupa produk idrokarbon 4air /ang kemudian dianalisa

identifikasin/a denganmenggunakan analisa 9C. Hasil analisa 9C dibandingkan dengan premium 'standar /ang

ditentukan), diperoleasil /ang setara premium optimum pada suu 55C dan berat katalis 6 gram. Hasilkromatogram dengan 9Cuntuk produk 4air ditampilkan pada 9ambar # dan 6.

9ambar #. Cromatogram Premium

9ambar 6. Hasil Cromatogram pada variabelQ 55C dan berat katalis 6 gram

Dari asil per4obaan, diperole baa dengan 0umla katalis /ang tetap dan suu /ang se makin tinggid lkan produk 4air /ang semakin ban/ak, al ini disebabkan 0umla karet ban bekas /angdapat terdegradasi

iasimen0adi idrokarbon 4air men0adi semakin besar. Demikian pula dengan suu /ang tetap dan

berat katalis /angsemakin besar, idrokarbon 4air /ang diasilkan pun semakin ban/ak, ini dikarenakan semakinban/akn/a gugusasam '/ang berasal dari katalis Leolit) maka reak si peruraian karet ban bekas men0adi sen/aa/ang lebisederana akan men0adi semakin baik.Hasil dari 9as Cromatograp/ dapat diliat baa kondisi optimum untuk mengasilkan baan bakar4air /a

ng setara dengan premium adala pada suu operasi 55C dan berat katalis masing1masing 6gram.


8/9

Kes"m'(an #an Sa%an

Kes"m'(an

Dari asil per4obaan dapat disimpulkan baa &6. Karet ban bekas 0enis pol/stirene dapat dikonversi men0adi baan bakar 4air.

!. >odel persamaan empiris /ang diperole dari asil per4obaan untuk 0enis baan bakarpremiumadala &

" Q 16#",!"+ R " ,#" 7 1 ." 7 R !+ , #" 7 R ! ,"*" 7 1 , 5! 7 7! !6 6 6 ! ! 6 !

". >odel persamaan empiris /ang diperole dari asil per4obaan untuk 0enis baan bakarSolar adala & Q 1 R 1 1 R" *"+ , ((55 !,"5++ 7 ,! 7 ! ,+#*+ 7 6,(*5 7 ,(!! 7 7! !

! 6 6 ! ! 6 !

(. >odel persamaan empiris /ang diperole dari asil per4obaan untuk 0enis baan bakar>in/ak Tanaadala &

" Q (#",# 1 6,+#* 7 R ,65 7 1 (,6"57 R 6,6 7 1 ,( 7 7! !" 6 6 ! ! 6 !

5. 2aan bakar 0enis premium optimum didapat pada suu 55 C dan berat katalis 6 gram.

Sa%anProduk gas /ang diasilkan pada proses konversi limba ban bekas men0adi baan bakar 4airsebaikn/aditampung untuk kemudian dianalisa seingga dapat dimanfaatkan lebi lan0ut. Proses

pendinginan endakn/adilakukan lebi baik lagi dengan menggunakan air pendingin /ang suun/a 0au dibaa suuproduk keluaranreaktor. Untuk mendapatkan produk baan bakar 4air /ang lebi optimum perlu dilakukanpenelitian tentangkonversi limba ban bekas men0adi baan bakar 4air dengan menggunakan 0enis katalis danvariabel suu /anglain.

U:aan Te%"ma Kas"!

Penulis mengu4apkan terima kasi kepada -r. Herr/ Santosa sebagai koordinator penelitian, Dr.-r. DidiDi nggoro, >8ng, selaku dosen pembimbing penelitian, 2apak Sungko o, 2apak Untung,

dan semualaboran /ang tela membantu penelitian kami.

Da9a% N$as"

" Q komposisi premium ' ? )

" Q komposisi solar ' ? )!

" Q komposisi min/ak tana ' ? )"

7Q suu operasi ' C )

7Q berat katalis ' gram )8

Da9a% P'saka

2elltrame, P. 8t.al., '6##), *atalytic +egradation o% Polymers9

2usser, H., '6##), Pengantar ke Kimia Organik9 , Penerbit D0ambatan, Jakarta, Hal."*Cen, et.al., '6#*), >etod for Treatment of Oubber and Plasti4 :astes, :nited States Patent ;o. ',


9/9

proses pembuatan bahan bakar cair dengan memanfaatkan limbah ban

Documents