## PENGARUH PENAMBAHAN TEMBAGA TERHADAP DENSITAS MATERIAL CERAMIC MATRIX COMPOSIT (CMC) UNTUK APLIKASI FILTER GAS EMISI KENDARAAN
Muh Amin 1 dan Muhammad Subri 2

## Abstrak
Perkembangan jumlah  kendaraan  bermotor  di  Indonesia  terus  mengalami peningkatan  dan  tidak  diimbangi  dengan  program  pelestarian  lingkungan dengan  baik  sehingga  menyebabkan  tinginya  polusi  udara  yang  menjadi penyebab  berbagai  penyakit,  misalnya:  meningkatnya  penyakit  mata, kanker kulit, hipertensi, daya tahan tubuh menurun, anemia dan penurunan kemampuan  otak.  Perkembangan  penggunaan  filter  gas  emisi  kendaraan bermotor  di  Indonesia  masih  rendah  dan  belum  diaplikasikan  di  semua kendaraan  bermotor.  Hal  ini  disebabkan  material  filter  gas  emisi  yang banyak dipakai oleh pabrikan yaitu terbuat dari material keramik berserat yang  dilapisi  dengan  logam  mulia  seperti Platinum  (Pt),  Palladium  (Pd) dan  Rhodium  (Rh) dengan  biaya  pembuatan  yang  relatif  cukup  mahal. Penelitian    pembuatan  filter  gas  emisi  dari  material  lokal  dengan kelimpahan  tinggi,  seperti  Tembaga  dan  Kuningan  sudah  banyak dilakukan  akan  tetapi  memiliki  efisiensi  yang  rendah.  Sedangkan penelitian  filter  gas  emisi  dari  material  keramik  masih  dalam  skala Laboratorium.  Oleh  karena  itulah  pada  penelitian  ini  dikembangkan pembuatan  filter  gas  emisi  kendaraan  dengan  menggabungkan  antara material  logam  dan  keramik  dalam  bentuk  komposit/ Ceramic  Matrix Composite  (CMC) sehingga  memiliki  kemampuan  ganda  yaitu  sebagai katalis  dan  adsorben.  Material  filter  gas  emisi  kendaraan  yang  dibuat dengan uniaxial  pressing pada  tekanan  kompaksi  25  MPa  dan  suhu sintering  950 o C  dengan  komposisi  80%  volume  Clay,  10%  volume  TiO 2 dan  10%  Karbon  Aktif  dengan  bahan  aditif  Tembaga  (Cu)  sebesar  30% dan 40% volume diperoleh densitas terbaik untuk masing-masing tekanan.
Keyword:  Filter  Gas  Emisi  Kendaraan,  Keramik,  CMC,  Katalis,

## Adsorben

## PENDAHULUAN
Efek  dari  penggunaan  kendaraan  bermotor  yang  dirasakan  oleh  masyarakat  dan lingkungannya  adalah  pencemaran  (polusi)  udara  yang  membahayakan  kesehatan  dan
1 Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang
2 Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang
lingkungan,  seperti:  Karbon  Monoksida  (CO),  berbagai  senyawa  Hindrokarbon  (HC), berbagai Oksida Nitrogen (NOx) dan Sulfur (SOx), dan Timbal (Pb). Gas CO, NO x , CO 2 dan HC yang ditimbulkan dari gas pembakaran bahan bakar di engine selama ini diyakini sebagai penyebab  berbagai  penyakit,  misalnya:  berkembangnya  berbagai  penyakit  menular,  daya tahan tubuh menurun, meningkatnya penyakit mata (katarak dan kebutaan) dan kanker kulit ( Hasibuan.  R.  A, 2012 ).  Sedangkan  dampak  Timbal  terhadap  kesehatan  adalah  hipertensi, anemia,  penurunan  kemampuan  otak  dan  dapat  menghambat  pembentukan  darah  merah ( Mumpuni. P, dkk, 2010 ).
Salah satu ussaha untuk menurunkan kadar gas emisi yang berbahaya adalah dengan menggunakan  filter  gas.  Filter  gas  buang  yang  selama  ini  diaplikasikan  pada  kendaraan- kendaraan  bermotor  di  Indonesia  cenderung  menggunakan  prinsip  katalis  sehingga penurunan  kadar  Timbal  kurang  diperhatikan.  Meskipun  Timbal  hanya  disebabkan penggunaan bahan bakar ber-Timbal seperti Premium, akan tetapi pada saat ini masih banyak kendaraan  di  Negara  kita  masih  menggunakan  premium  sebagai  bahan  bakar kendaraannyanya.
Selama ini filter gas buang kendaraan bermotor di Indonesia mengadopsi dari Negara- Negara  yang  sudah  menggunakan  bahan  bakar  tanpa  Timbal,  yaitu  dengan  menggunakan bahan-bahan logam murni yang cenderung relative mahal harganya. Sedangkan di Indonesia masih  banyak  kendaraan  dengan  bahan  bakar  ber-Timbal.  Sehingga  filter  yang  digunakan tidak mampu menurunkan kadar Timbal.
Sebagai  alternative,  telah  dilakukan  pembuatan  filter  gas  buang  dari  bahan  logam seperti  Tembaga,  Kuningan,  dll  yang  harganya  relative  lebih  rendah.  Akan  tetapi  dalam aplikasinya,  bahan-bahan  tersebut  kurang  optimal.  Biasanya  dalam  pembuatan  filter  gas buang  dibuat  model honeycomb (sarang  lebah)  dengan  cara  lembaran  plat  dibentuk  dengan cara di tekuk. Sehingga luas permukaan bidang kontak kurang optimal apabila dibandingkan dengan  dibuat  material  berpori  (porous  material).  Disamping  itu, pemakaian  bahan  keramik diharapkan dapat menyimpan panas sehingga dapat memperbaiki proses fotikatalitis.
Pembuatan  filter  gas  emisi  kendaraan  dimodifikasi  dari  bahan  yang  dipergunakan sampai  dengan  optimalisasi luas permukaan bidang  katalis.  Misalnya bahan  Tembaga  dapat dipadu dengan Mangan ( Irawan. B, dkk, 2013) dengan cara dilapiskan pada permukaannya. Penelitian mengenai penurunan kadar Timbal pada gas emisi kendaraan bermotor juga telah
dilakukan  dalam  skala  lab.  Penggunaan  Karbon  Aktif,  Zeolit,  TiO 2 telah  banyak dipergunakan oleh para peneliti untuk menurunkan kadar Timbal karena Timbal hanya dapat direduksi  dengan  cara  adsorpsi.  Penggunaan  Karbon  Aktif  dalam  menurunkan  Timbal  telah dilakukan oleh Murhadi, dkk (2013) . Karbon Aktif dengan merk dagang “MERCK” dengan seri  1.02186  K  23361386  yang  diuji  dengan Atomic  Absorbance  Spectrophotometer  (AAS) LOD 0,001 mg/m 3 diperoleh hasil 100% dalam penurunan kadar Timbal.
Penggunaan Clay sendiri sebagai matrik dalam pembuatan filter tidak dapat berfungsi untuk  menurunkan  gas-gas  emisi.  Akan  tetapi  dengan  menggunakan  Alumina  dapat memberikan  efek  yang  lebih  baik  apabila  dipadukan  dengan  TiO 2 .  Pengunaan  TiO 2 dan Alumina ( Basuki. K. T, 2007 ) yang dipadukan dengan Karbon Aktif dapat berfungsi sebagai katalis yang mempercepat terjadinya penyerapan gas oleh Karbon Aktif ( Ibosuki, 1996 ).
Oleh  karena  itu  pada  penelitian  ini  diupayakan  pembuatan  filter  gas  buang  dengan fungsi ganda yaitu sebagai katalis dan adsorben yang mampu mereduksi gas-gas CO, CO 2 , SO 2 , NO x ,  Karbon  dan  Timbal  (Pb).  Bahan  katalis  yang  dipergunakan  adalah  Tembaga  dan TiO2.  Sedangkan  bahan  adsorben  dari  Karbon  Aktif  dengan  diikat  dalam  bentuk  keramik dengan  matrik  Clay  dari  Lumpur  Sidoarjo.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh penambahan  kadar  Tembaga terhadap  densitas  material  CMC untuk  aplikasi filter gas emisi kendaraan bermotor.

## METODOLOGI PENELITIAN
Pembuatan  material  filter  gas  emisi  kendaraan  bermotor  dilakukan  dengan menggunakan  metode Ceramic  Matric  Composit  (CMC) dengan  matrik  Clay  dari  Sidoarjo Jatim dengan aditif Tembaga (Cu).

## Material Penelitian
Material  utama  yang  dipergunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  Clay  dari  Sidoarjo, Tembaga (Cu), TiO 2 dan Karbon Aktif. Pembuatan material filter gas emisi dilakukan dengan metode Ceramic Matrix Composit (CMC) Berpori dengan menggunakan perekat dan foaming agent Poly  Vinil  Alcohol  (PVA). Alumina  (Al 2O3) dengan  20%  Silika  dipergunakan  sebagai matrik  dengan  aditif  (20  %  vol  TiO 2 dan  30  %  vol  Karbon  Aktif)  harus  ditambahkan  Cu dengan variasi penambahan (10, 20, 30, 40) % volume.

## Design Riset
Kegiatan penelitian dilakukan berdasarkan sebagai berikut:
- Penyiapan bahan Alumina, Tembaga, TiO 2 dan Karbon Aktif serta PVA sebagai foaming agent.
- Pengujian komposisi kimia dan XRD (X-Ray Diffraction) untuk semua bahan baku.
- Meshing semua bahan hingga lolos 100 mesh.
- Pencampuran bahan (80%vol Clay, 10%vol TiO 2 , 10%vol Karbon Aktif) dengan aditif (0, 10, 20, 30 dan 40)% Tembaga.
- Mixing dengan ball milling menggunakan kecepatan putar 64 rpm.
- Pencetakan dengan variasi tekanan press (15, 20, 25 dan 30) MPa.
- Sintering  dilakukan  pada  temperatur  950 o C  dengan  laju  pemanasan  5 o C/menit  dan holding  time  2  jam.  Penurunan  temperatus  dilakukan  dengan  mematikan  tobol  off  pada furnace dan dibiarkan sampai dingin di dalam furnice.

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pengujian  densitas  dilakukan  dengan  menggunakan  teori  Archimedes  yaitu  dengan cara  menimbang  spesimen  di  udara  (W udara )  dan  di  air  (W fluida ).  Berdasarkan  hasil penimbangan spesimen di dalam air akan diperoleh pengurangan berat sebesar berat air yang dipindahkan  oleh  spesimen  tersebut.  Dengan  menggunakan  persamaan  (1)  diperoleh  harga densitas  aktual  dari  material  keramim  filter  gas  emisi  tersebut.  Sedangkan  hasil  pengujian densitas ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2.
( ) air di udara di udara di Berat Berat Berat Densitas ⋅ ⋅ ⋅ − = ……………………………………………………..   (1)
Pada  Gambar  1  menunjukkan  hubungan  antara  harga  Densitas  dengan  prosentase penambahan  Tembaga  (Cu).  Dengan  penambahan  konsentrasi  Cu  pada  campuran  keramik diperoleh  harga  densitas  yang  terus  mengalami  peningkatan  seiring  dengan  bertambahnya konsentrasi  Cu  pada  berbagai  tekanan  (15,  20,  25  dan  30)  MPa.  Hal  ini  dapat  dipahami mengingat Tembaga memiliki harga densitas harga densitas yang lebih tinggi dari pada bahan campuran yang lain.
Gambar 1. Hubungan Densitas - %Cu
Gambar 2. Hubungan Densitas – Tekanan Kompaksi
Pada Gambar 2 menunjukkan hubungan antara harga densitas dengan variasi tekanan kompaksi (15, 20, 25 dan 30) pada berbagai variasi penambahan Cu (0, 10, 20, 30 dan 40)%.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 10 20 30 40 D E N S IT A S ( g r/ cm 3 ) Aditif Cu (%) UJI DENSITAS 30 MPa 25 MPa 20 MPa 15 MPa
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 15 20 25 30 D E N S IT A S ( g r/ cm 3 ) TEKANAN KOMPAKSI (MPa) UJI DENSITAS 40% Cu 30% Cu 20% Cu 10% Cu 0% Cu
Pada  penaambahan  dari  0%  Cu  sampai  dengan  20%  Cu  memiliki  harga  densitas  yang cenderung konstan. Akan tetapi pada penambahan (30 dan 40)% Cu mengalami penambahan harga  densitas  hingga  mencapai  tekanan  kompaksi  25  MPa.  Dan  setelah  itu  harga  densitas mengalami  penurunan  lagi.  Dari  hasil  penelitian  ini  diperoleh  harga  densitas  yang  terbaik sebagai  bahan  pembuat  filter  gas  emisi  adalah  pada  tekanan  kompaksi  25  MPa  pada  suhu sintering  950 o C  yaitu  sebesar  4,056  gram/cm 3 dan  4,707  gram/cm 3 untuk  prosentase penambahan berturut turut 30% Cu dan 40% Cu.

## KESIMPULAN
1. Penambahan bahan Tembaga pada campuran bahan keramik (80% Clay, 10% TiO 2 dan 10% Karbon Aktif) dapat diperoleh pada (30 dan 40)% sehingga diperoleh sifat yang terbaik dalam hal sifat fisis dan mekaanisnya.
2. Harga densitas pada penambahan Tembaga 30% pada campuran CMC adalah 4,056 gram/cm 3 dan pada 40% Tembaga adalah 4,707 gram/cm 3 .

## UCAPAN TERIMAKASIH
Kami mengucapkan banyak terimakasih kepada DIKTI atas pendanaannya dalam penelitiaan Hibah Bersaing untuk Tahun Anggaran 2015.

## DAFTAR PUSTAKA
Basuki,  T.  K,  2007,  Penurunan  Konsentrasi  CO  dan  NO 2 pada  Emisi  Gas  Buang  dengan Menggunakan Media Penyisipan TiO 2 Lokal pada Karbon Aktif, JFN 1 No. 1, 45-64. Basuki,  T.  K,  2007,  Penurunan  Konsentrasi  HC  dan  NO 2 pada  Emisi  Kendaraan  Bermotor dengan  Menggunakan  TiO 2 Lokal  yang  Disisipkan  Karbon  Aktif,  Prosiding  PPI  - PDIPTN  200,  7  ISSN  0216  -  3128 105, Pustek  Akselerator  dan  Proses  Bahan  – BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2007
Hasibuan.  R.  A,  2012,  Modifikasi  Zeolit  Alam  dengan  TiO 2 untuk  Mereduksi  Emisi  gas Buang  Kendaraan  Bermotor,  Program  Studi  Teknik  Kimia,  Universitas  Indonesia, Depok.
Ibosuki,  Takashi.  1996. Titanium  Dioxide  Catalist  Break  Down  Pollutant .  Chemical  and Engineering News, Journal.
Irawan.  B,  Purwanto  dan  Hadiyanto,  2013,  Unjuk  Kemampuan  Katalis  Tembaga  Berlapis Mangan  dalam  Mengurangi  Emisi  Gas  Carbon  Monoksida  Motor  Bensin,  Proseding Seminar Nasional Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Lingkungan, ISBN 978-602- 17001-1-2, Hal. 532-541.
Irawan.  B  dan  Subri.  M,  2005,  Unjuk  Kerja  Catalytic  Converter  Dengan  Katalis  Kuningan Untuk  Mereduksi  Gas  Hidro  Carbon  Motor  Bensin,  Majalah  Ilmiah  Traksi  Vol.  3 No.2, Desember 2005, Program Studi S1 Teknik Mesin Unimus, Semarang.
Mumpuni. P, Mifbakhuddin dan Meikawati. W, 2010, Hubungan Antara Paparan Gas Buang
Kendaraan  (Pb)  dengan  Kadar  Hemoglobin  dan  Eritrosit  Berdasarkan  Lama  Tugas Pekerja  pada  Petugas  Operator  Wanita  SSPBU  di  Wilayah  Semarang  Selatan, Program  Studi  S1  Kesehatan  Masyarakat,  Universitas  Muhammadiyah  Semarang,
Semarang.
Murhadi,  Suyitno,  Vistha.  F.  M,  Khasanah.  F  dan  Murtinah.  S,  2013,  PS  Teknik  Otomotif Universitas Negeri Yogyakarta, Yogyakarta.
____________________________________
PENULIS
1) MUH AMIN
Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang
Jl. Kedungmundu Raya No. 18 Semarang, Indonesia Phone: (024) 76740296, Fax: (024) 76740294
Email: amin@unimus.ac.id
2) MUHAMMAD SUBRI
Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang Jl. Kedungmundu Raya No. 18 Semarang, Indonesia Phone: (024) 76740296, Fax: (024) 76740294
Email: subrimakkasau@gmail.com