Limbah Sampah Plastik Sebagai Sumber Energi Terbarukan Menjadi Bensin

Salah satu faktor yang menyebabkan kerusakan lingkungan hidup yang sampai saat ini masih menjadi suatu musibah besar bagi bangsa Indonesia adalah pembuangan limbah sampah plastik. Sampah plastik merupakan senyawa polimer yang tidak dapat terdegradasi di alam sehingga dapat mencemari lingkungan. Dibutuhkan waktu ribuan tahun agar plastik dapat terurai oleh tanah secara terdekomposisi atau terurai dengan sempurna. Ini merupakan waktu yang sangat lama. Saat terurai, partikel-partikel plastik akan mencemari tanah dan air tanah.

Data BPS tahun 2009 menunjukkan bahwa volume perdagangan plastik impor Indonesia, terutama polipropilena (PP) pada tahun 2005 sebesar 1.36.122,7 ton sedangkan pada tahun 2009 sebesar 182.523,6 ton, sehingga dalam kurun waktu tersebut terjadi peningkatan sebesar 34,15%. Jumlah tersebut diperkirakan akan terus meningkat pada tahun-tahun selanjutnya. Dan sangat memungkinkan limbah sampah plastik semakin lama akan semakin meningkat.         

Disamping itu, kemajuan teknologi telah membuat plastik menjadi bagian yang tidak dipisahkan dalam kehidupan. Daur ulang dan pembakaran merupakan salah satu cara untuk menanggulangi masalah limbah sampah platik. Namun proses ini kurang efektif, karena proses daur ulang sampah plastik secara terus menerus dapat menimbulkan senyawa beracun. Sedangkan dengan cara pembakaran juga sangat berbahaya, karena dapat menyebabkan polusi udara yang disebabkan oleh pelepasan partikel-partikel asap berupa gas karbon, CO dan CO2. Padahal plastik merupakan sumber bahan kimia dan energi yang berlimpah dan murah, sehingga sangat disayangkan bila sampah plastik tidak dapat dimanfaatkan (Songip et.al 1994).

Salah satu cara pengolahan limbah sampah plastik dengan memanfaatkan sumber kimia adalah dengan memecah atau cracking polimer plastik menjadi senyawa hidrokarbon rantai pendek (bensin) dengan menggunakan metode perengkahan katalitik. Dalam gagasan ini digunakan material katalis MCM-41 dengan logam pengemban Ni.

Dalam proses perengkahan katalitik diperlukan suatu katalis yang memiliki porositas yang besar (mesopori) yang juga sekaligus berfungsi sebagai cracking. Salah satu katalis yang berfungsi sebagai cracking adalah zeolit, namun keberadaan zeolit dalam porositas sangat rendah (< 2 nm), keefektifitas dalam proses perengkahan katalitik juga berkurang disebabkan pori-pori yang kecil (mikropori), sehingga diperlukan adanya suatu material yang memiliki porositas yang besar (mesopori) dan juga berfungsi sebagai katalis cracking. Salah satu material mesopori yang berfungsi sebagai cracking adalah MCM-41.

MCM-41 merupakan material heksagonal yang memiliki struktur pori yang besar dan teratur (Sutarno, 2005). Porisitas (MCM-41) 4 kali lebih besar dibandingkan dengan zeolit sehingga mampu befungsi lebih baik sebagai cracking dibandingkan dengan zeolit. (Kresge,G.T .,dkk. 1992).

Sifat-sifat yang dimiliki oleh MCM-41 antara lain :

• Ukuran pori yang dapat diatur antara 2-10 nm
• Keasaman yang rendah diakibatkan jumlah Al yang sedikit dalam kerangka aluminosilikatnya dapat dimodifikasi dengan menambahkan alumina.
• Stabilitas termal dan hidrotermal yang tinggi ditentukan oleh besarnya rasio Si/Al yang terdapat dalam kerangka aluminosilikatnya.

Berdasarkan sifat-sifat diatas, MCM-41 dapat digunakan sebagai katalis perengkah sampah plastik. Beberapa penelitian melaporkan bahwa MCM-41 dapat digunakan sebagai katalis dalam berbagai reaksi. Seperti hidrogenasi, hidrorengkah, hidrodesulfurisasi, hidrodenitrogenasi, hidroksilasi, reduksi nitrit oksida, oksidasi karbon monoksida dan polimerisasi (Houdkova et al, 2001). Kelebihan yang dimiliki MCM-41 adalah luas permukaan yang tinggi (>700 m2/g), keseragaman ukuran pori, stabilitas termal yang tinggi, dan selektivitas yang baik untuk destilat tengah (C15) dari minyak fosil (C13-C17) yang digunakan (Li, Q., Brown, dkk, 2003).

Produk perengkah sampah plastik pada dasarnya adalah senyawa hidrokarbon dengan struktur alkena, sehingga untuk mendapatkan produk alkana, pada gagasan ini akan disisipkan logam Ni pada MCM-41, karena dengan adanya hidrogen, Ni berfungsi sebagai katalis hodrogenasi dan akan dihasilkan produk biogasolin (bensin).

Mengubah kandungan bahaya limbah plastik menjadi Bensin

Limbah plastik mengandung senyawa polimer yang berbeda-beda diantaranya adalah PET (Polyethylene Terephthalate), PE-HD (High-density Polyethylene), PVC (Polyvinyl        Chloride), PE-LD (Low-density   Polyethylene), PP (Polypropylene atau Polypropene), PS (Polystyrene) dan O (Other). Senyawa-senyawa ini akan merusak lingkungan karena tidak dapat terdegradasi oleh alam. Namun sebenarnya permasalahan ini dapat diatasi dengan mengubah limbah plastik menjadi suplai bensin melalui reaksi perengkahan dengan katalis Ni/MCM-41.

Berikut merupakan skema ide sumber energi terbarukan dari limbah sampah di sekitar

Langkah-langkah strategis pembuatan gasolin (bensin)

Empat gram umpan (feed) dan 2 gram katalis dibuat bentuk tablet (semi pelet) kecil dalam reaktor batch dan katalis terletak dibagian tengah reaktor sedangkan umpan diletakkan dibagian bawah. Reaktor ditutup dan diisi dengan gas N2, pada pengisian pertama langsung dibuang karena untuk menghilangkan oksigen, pada pengisian terakhir dilakukan pada tekanan 1 atm dan tidak dikeluarkan. Reaktor batch dipanaskan dengan tanur pada suhu 400oC selama kira-kira 30 menit.

Hasil baik produk maupun kokas yang menempel dikatalis ditampung dan ditimbang. Produk cair dianalisis dengan Gas Cromatography-Spektrofotometer Mass (GC-MS) dan diukur kalor pembakarannya. Konversi fraksi bensin (C7-C11) ditentukan oleh rumus sebagai berikut :

Gambar II Rumus Pembuatan Gasolin

Proses hidrorengkah plastik

Dalam hidrorengkah plastik, katalitik logam transisi berperan penting yaitu akan menyediakan orbital d kosong atau separuh penuh yang dapat berfungsi sebagai situs asam Lewis. Situs ini sangat berperan sebagai pemicu terbentuknya intermediet awal berupa senyawa hidrokarbon.

Hidrokarbon yang terbentuk berupa senyawa karbon rantai C7-C11 yang berasal dari polimer rantai panjang. Namun rantai karbon tersebut masih dalam struktur alkena sehingga dibutuhkan reaksi hidrogenasi dengan logam Ni menghasilkan senyawa alkana (bensin).

Rekasi dengan katalis bimetal akan mengahsilkan 2 produk yaitu isomer dan produk perengkahan. Selanjutnya produk isomer dipisahkan dari produk perengkahan.    

Berikut merupakan gambaran proses hidrorengkah sampah plastik yang dilakukan oleh katalis bimetal yaitu MCM-41.

Gambar III Proses Perengkahan melalui MCM-41

Logam pengemban yang dipakai : Logam Ni

 Ni merupakan unsur transisi golongan VIII B pada sistem periodik unsur, mempunyai elektron terluar pada orbital d, unsur Ni mempunyai nomor atom 28 dengan konfigurasi elektron sebagai berikut :

Gambar IIIDistribusi elektron logam Ni pada orbital d

                                         3d8                                                        4s2

Orbital d yang kosong dapat berfungsi sebagai situs asam lewis. Situs ini akan menangkap atom H dari gas hidrogen yang akan ditransfer pada senyawa yang akan direngkah yaitu senyawa dalam kandungan plastik. Atom H tersebut akan tersubstitusi pada senyawa hidrokarbon yang telah direngkah oleh situs asam Bronsted pada katalis. Logam Ni mudah membentuk ikatan kovalen koordinasi sehingga pembentukan intermediet pada permukaan katalis menjadi lebih mudah. Oleh karena itu peran aktif komponen logam Ni pada permukaan katalis adalah untuk mengadsorpsi reaktan yang telah terdifusi pada permukaan katalis, sehingga dapat mempercepat reaksi.

Gas H2 yang terserap pada permukaan katalis akan mengaktifkan ikatan  H-H sehingga gas H2 menjadi reaktif. Ikatan dari gas H2terputus dengan cara transfer elektron. Elektron hidrogen mengisi orbital kosong pada logam sehingga terjadi pemberian elektron atom balik dari menjadi ' (anti bonding), sehingga lama kelamaan ikatan H-H akan terputus.

Sedangkan ikatan C-C pada senyawa hidrokarbon akan direngkah oleh situs asam Bronsted pada katalis. Setelah ikatan C-C terputus maka atom H yang telah terdisosiasi akan mensubstitusi senyawa hidrokarbon yang telah terengkah, sehingga dihasilkan senyawa hidrokarbon baru yang lebih pendek yaitu C7-C11 (biogasolin/bensin).

Pihak -- pihak yang dapat membantu implementasi Ide Energi Terbarukan

Implementasi ide berupa sampah plastik menjadi bensin dapat terlaksana dengan baik jika melibatkan kerjasama berbagai pihak antara lain partisipasi masyarakat, Dinas Kebersihan Kota, Lembaga Sosial Masyarakat, peneliti dan investor.

Gambar V Kerjasama ke beberapa pihak

Semoga saja di tahun ini, kita sudah bisa dan mampu melihat peluang dirumah atau disekitaran rumah bahwa ada sesuatu yang dapat diubah menjadi energi terbarukan. dan bagi masyarakat juga harus terus mendukup ide ide cemerlang dari anak bangsa.

saya Diik Awinsyah mnampaikan ide diatas sebagai bentuk rasa peduli saya untuk terus dikembangkan menjadi energi terbarukan menajdi biogasoli ataun menjain bensin