Teknologi Baru Mengatasi Polusi Udara Perkotaan di Indonesia

Sebagai seorang mahasiswa dan calon penerima Beasiswa Unggulan (i wish =p. Hehehe..), saya akan memberikan kontribusi nyata bagi masyarakat dan lingkungan. Salah satunya adalah melalui publikasikan tulisan baik ilmiah maupun non-ilmiah, seperti sistem Intellectual Social Responsibility  (ISR) yang diterapkan oleh kemendiknas bagi penerima Beasiswa Unggulan. Berikut ini saya akan mendeskripsikan ide yang akan saya usung untuk penelitian di S1 dan S2 (penelitian lanjutan skala real).

Rekayasa Film Komposit TiO2-AC-Abu Terbang pada Pelapisan Material Beton untuk Degradasi Polutan Udara di Kota Berpenduduk Padat

Tingginya tingkat polusi udara di daerah perkotaan perlu mendapat perhatian khusus dari berbagai pihak (tidak hanya pemerintah saja). Adapun, 70% polutan udara di Jakarta ternyata berasal dari sektor transportasi. Terlebih lagi, proses pembakaran bahan bakar minyak yang tidak sempurna pada kendaraan bermotor menghasilkan unsur kimiawi yang berbahaya seperti CO, oksida-oksida sulfur (SOx), oksida-oksida nitrogen (NOx), partikulat dan timbal (Pb). Penggunaan Three Way Catalytic (TWC) Converter pada knalpot kendaraan bermotor ternyata sulit untuk mengontrol polutan udara yang sudah terpapar, sehingga dibutuhkan inovasi baru yang dapat menangani masalah polusi udara yang sudah ada.

Nyatanya, emisi kendaraan bermotor pertama kali akan berkontak dengan permukaan jalanan yang terbuat dari beton. Oleh karena itu, rekayasa teknologi fotokatalisis pada material beton yang sudah ada sangat menjanjikan. Di samping itu, TiO2 yang dibutuhkan untuk melapisi juga lebih sedikit dibandingkan bila TiO2 dilebur dengan material beton itu sendiri.

Material pendegradasi polutan yang sangat berpotensi untuk dikembangkan adalah katalis komposit yang merupakan kombinasi antara fotokatalis dengan adsorben. Hal ini dipicu oleh daya adsorpsi material fotokatalis yang umumnya lebih rendah dibandingkan dengan material adsorben, sehingga laju degradasi fotokatalitik cukup rendah. Keberadaan adsorben dalam katalis komposit ini dapat meningkatkan kontak antara fotokatalis dengan polutan; sedangkan keberadaan fotokatalis dalam katalis komposit membuat polutan terdegradasi sehingga adsorben tidak cepat jenuh oleh polutan. Jadi, keberadaan fotokatalis dan adsorben dalam katalis komposit memiliki fungsi yang saling mendukung. Untuk mendapatkan kinerja katalis komposit yang maksimal perlu didapatkan komposisi yang optimal dalam mendegradasi polutan.

Dalam pembuatan katalis komposit, perlu pemilihan adsorben dan fotokatalis yang sesuasi dengan senyawa yang ingin didegradasi. CO dan NOx merupakan polutan inorganik yang bersifat polar, sehingga cocok diadsorpsi oleh adsorben yang juga bersifat polar. Dalam hal ini abu terbang dinilai memiliki potensi sebagai adsorben tersebut, ditinjau dari kemampuannya dalam mengadsorpsi CO2 (Arifpin dan Aditya, 2009), adsorben logam berat seperti Cr dan Ni (Pratama, 2007), dan mengadsorpsi NOx (Rubel, 2004). Pemanfaatan abu terbang di Indonesia relatif masih rendah (hanya sekitar 10% saja), sehingga belum dapat memecahkan masalh lingkungan yang ditimbulkan. Dalam penelitian ini abu terbang akan dimanfaatkan sebagai binder antara katalis komposit dengan permukaan beton yang akan dilapisi. Hal ini dapat dipicu dengan kehadiran air dan ukuran partikel abu terbang yang halus, sehingga oksida silika yang dikandungnya dapat bereaksi dengan kalsium hidroksida menghasilkan zat yang memiliki kemampuan mengikat seperti semen.

Senyawa hidrokarbon yang merupan polutan organik dan bersifat non-polar, dapat dengan efektif diserap dengan menggunakan karbon aktif (activated carbon / AC) yang juga bersifat non-polar. Selain itu, karbon aktif dipilih karena memiliki luas permukaan dan volume pori yang bersar. Sedangkan, TiO2 dipilih sebagai fotokatalis dalam katalis komposit ini karena dapat mendegradasi CO, NOx, dan HC dengan baik (Gustafsson, 2006; Lin, 1996; Maggos, 2005), serta bersifat non-toksik dan harganya terjangkau.

Gagasan yang diusulkan dalam penelitian ini adalah membuat eksperimen degradasi polutan udara (CO, NOx, dan HC) secara fotokatalitik pada skala laboratorium (untuk S1) dan skala real (untuk S2) yang dapat diaplikasikan untuk memodifikasi permukaan beton menggunakan slurry berbahan dasar katalis komposit TiO2-AC-Abu Terbang yang permeabel. Adanya rongga-rongga udara pada permukaan beton dapat dimanfaatkan sebagai tempat menempelnya katalis komposi dengan binder abu terbang dari PLTU Paiton yang memiliki kadar CaO tinggi (memiliki sifat self-cementing) dengan menggunakan metode penguasan (smearing). Diharapkan dari penelitian ini, material beton yang dilapisi dengan katalis komposit TiO2-AC-Abu Terbang dapat mendegradasi kadar polutan udara yang tinggi di kota padat penduduk seperti Jakarta, Yogyakarta, dan Surabaya; hingga di bawah nilai baku mutu udara ambien. Pengaplikasian teknologi ini diharapkan dapat meningkatkan kualitas udara di perkotaan, sehingga tingkat kesehatan masyarakat dapat lebih terjamin.

Bila tidak ada hambatan, maka penelitian ini akan dimulai pada awal semester 7 (sekitar bulan September 2010). Kiranya penelitian ini dapat terealisasikan sesegera mungkin dan dapat membantu memperbaiki kualitas udara perkotaan. Kritik dan saran sangat diharapkan demi kemajuan penelitian ini. Terima Kasih

Referensi:

Amora, M. R., Canabrava, D.V., Bastos N. (2009). Equilibrium Adsorption of Binary Mixtures of Light Hydrocarbons in Activated Carbon. Latin Amer. Appl. Res.,39, 153-156.

Arifpin, N. Y., Aditya T. (2009). Penangkapan CO2 dengan Fly Ash Termodifikasi. PKMP. Institut Teknologi Bandung.

Chun, O. (2008). Effect of Fe Contents in Fe-AC/TiO2 Composites on Photodegradation Behaviors of Methylene Blue. J. Kor. Ceram. Soc.,45 No.6, 324-330.

Ichiura, H., Kitaoka, T., Tanaka, H. (2002). Preparation of Composite TiO2-Zeolite Sheet Using a Papermaking Technique and Their Application to Environmental Improvement. J. of Mater. Sci.,37, 2937-2941.

Gustafsson, R.J., Alexander O., Paul T. G., R. A. Cox, Richard M. L. (2006). Reduction of NO2 to Nitrous Acid on Illuminated Titanium Dioxide Aerosol Surfaces: Implication for Photocatalysis and Atmospheric Chemistry. The Royal Soc. of Chem., 3936 -3938.

Lin, Y. M., Yao-Hsuan T., Jia-Hung H., Chih C. C., Chien-Chih C., Ikai W. (2006). Photocatalytic Activity for Degradation of Nitrogen Oxides over Visible Light Responsive Titania-Based Photocatalysts. Environ. Sci. & Technol., Vol.40, No.5, 1616-1621.

Maggos, T. (2005). Application of photocatalytic technology for NOx removal. Greece: Department of Energy Resources Engineering, University of West Macedonia.

Matsuoka, M., Anpo M. (2003). Local Structures, Excited States, and Photocatalytic Reactivities of Highly Dispersed Catalyst Constructed Within Zeolit. J. of Photochem. and Photobiol. C: Photochem.,3, 225-252.

Pratama, Y. (2007). Coal Fly Ash Conversion to Zeolite for Removal of Chromium and Nickel from Wastewaters. Skripsi. Institut Teknologi Bandung.

Rubel, A. Rodney, A., Rolando, G., Jack, G., Thomas, R. (2004). Adsorption of Hg and NOx on Coal By-Products. Fuel, 84, 7-8.

Slamet, Bismo, S., Arbianti, R., Sari, Z. (2006). Penyisihan Fenol dengan Kombinasi Proses Adsorpsi Fotokatalisis menggunakan Karbon Aktif dan TiO2. JURNAL TEKNOLOGI, Edisi No.4 Tahun XX, ISSN 0215-1685.

Sales, T. M. (2001). Emission Sub Systems - Catalytic Converter. Dipetik April 20, 2012, dari http://www.autoshop101.com

Supriadidjaja, A., Kuswandi, Prijatama, H., Sukendar, D. (1996). Kemungkinan Pemanfaatan Limbah Padat Abu Terbang PLTU Paiton Jawa Tumur sebagai Sumber Alumina. Laporan Penelitian. Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI.

Torimoto, T., Shigeyoshi, I., Susumu, K., Hirsohi, Y. (1996). Effects of Adsorbent Used as Supports for Titanium Dioxide Loading on Photocatalytic Degradation of Propyzamide. Environ. Sci. Techno.,30, 1275-1281.

W.C. Oh, J. S. Bae, & M. L. Chen. (2007). Formation of TiO2 Composites on Activated Carbon Modified by Nitric Acid and Their Photocatalytic Activity. J. Ceram. Proc. Res., 316.