## PENGGUNAAN PLAT TEMBAGA BERCOATING NIKEL SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN

## Sunan Bukhori Ikhwan Nasrullah 1

## ABSTRAK
Seiring dengan perkembangan teknologi transportasi maka kami melakukan pengujian untuk  membantu  mengatasi  masalah  terhadap  pencemaran  udara  dengan  pendekatan dan  pemanfaatan  teknologi  rekayasa.  Teknologi  rekayasa  yang  digunakan  untuk mengurangi  pencemaran  udara  akibat  emisi  gas  buang  kendaraan  dengan  cara pemasangan catalytic  converter pada  saluran  gas  buang.  Dalam  hal  ini  penelitian menggunakan  bahan  katalis  tembaga  (Cu)  dan  tembaga  lapis  nikel  (Cu*Ni)  dengan variasi  putaran  mesin.  Penelitian  menggunakan  bahan  katalis  tembaga  mampu menurunkan  emisi  gas  buang  karbonmonoksida (CO)  dan  hidrokarbon  (HC). Penelitian  ini  juga  meneliti  karakteristik  material  tembaga  sebelum  pemakaian  dan setelah  pemakaian  yang  digunakan  untuk  mereduksi  emisi  gas  buang,  tujuan  uji karakteristik material tembaga yang dilakukan dengan menggunakan SEM dan EDX agar  dapat  mengetahui  perubahan  unsur  material  sebelum  pemakaian  dan  sesudah pemakaian.
Kata Kunci: Filter Gas Buang, Temaga, Nikel, Pelapisan, Gas Monoksida.

## PENDAHULUAN
Udara  merupakan  campuran  beberapa  kandungan  gas.  Tetapi  terdapat  juga  gas  yang berdampak  negatif  bagi  manusia  dan  lingkungan.  Gas  yang  berdampak  negatif  ini diakibatkan  adanya  pencemaran  udara  dari  industri  maupun  transpotasi,  seperti  asap cerobong pabrik maupun asap kendaraan. Gas buang kendaraan merupakan salah satu polutan atau sumber pencemaran udara yang relatif besar. Udara polutan ini mengandung racun yang berbahaya  bagi  kesehatan  manusia,  terutama  gas  karbon  monoksida  (CO).  Gas  karbon monoksida  (CO)  ini  merupakan  salah  satu  sebab  utama  keracunan  yang  paling  umum  bagi kesehatan  manusia.  Standar  emisi  gas  buang  yang  sering  diukur  dan  dipantau  dengan kandungan  gas  tertentu,  yaitu  senyawa  hidrokarbon  (HC),  karbon  monoksida  (CO),  karbon dioksida  (CO2),  oksigen  (O2)  dan  nitrogen  dioksida  (NO2).  Untuk  mengetahui  konsentrasi emisi gas buang maka diperlukan alat ukur emisi gas (Irvan dan Imam 2012).
Karbon  monoksida  adalah  gas  yang  bersifat  membunuh  makhluk  hidup  termasuk manusia. Zat gas CO ini akan mengganggu pengikatan oksigen pada darah karena CO lebih mudah  terikat  oleh  darah  dibandingkan  dengan  oksigen  dan  gas-gas  lainnya.  Pada  kasus
1 Prodi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang
darah  yang tercemar  karbon  monoksida  dalam  kadar  70% hingga  80%  dapat  menyebabkan kematian pada orang (Taufan, 2014).
Hidrokarbon merupakan senyawa karbon yang paling sederhana. Menurut istilahnya, senyawa  hidrokarbon  adalah  senyawa  karbon  yang  hanya  tersusun  dari  atom  hidrogen  dan atom karbon. Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita temui senyawa hidrokarbon, misalnya minyak tanah, bensin, gas alam, plastik dan lain-lain (Ndie, 2009).
Penggunaan  material  Tembaga  sebagai  bahan  pembuat  filter  gas  buang  kendaraan adalah langkah tepat. Menurut Amin M (2016) bahwa Tembaga dalam bentuk komposit yang dipergunakan  sebagai  filter  gas  emisi  kendaraan  memiliki  potensi  yang  cukup  baik  dalam penurunan kadar gas emisi kendaraan tersebut.

## METODOLOGI
Bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah menurut Gambar 1 yaitu:
1. Knalpot
2. Tembaga
3. Nikel
4. Mickroskop Optik
5. SEM
6. Gas Analiser
Gambar 1 Alat alat dalam penelitian.
Gambar 2 Diagram alur metode penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan Konsentrasi CO dengan Putaran Mesin pada Catalytic Converter 5 Katalis Pada  Gambar  3  Pada  putaran  mesin  3000  pengujian  tanpa  katalis  menunjukan konsentrasi  CO  sebesar  1  %,  Sedangkan  penggunaan  5  katalis  Cu  menunjukan  konsentrasi 0,71 % dan pada penggunaan 5 katalis Cu*Ni menunjukan konsentrasi CO dengan putaran mesin 3000 sebesar 0,7 %.
Hubungan Konsentrasi CO dengan Putaran Mesin pada Catalytic Converter 10 Katalis Pada  putaran  mesin  3000  (Rpm)  pengujian  tanpa catalytic  converter menunjukan konsentrasi  CO  sebesar  1  %,  Sedangkan  penggunaan catalytic  converter katalis  10  Cu menunjukan  konsentrasi  1,57  %  dan  pada  penggunaan catalytic  converter katalis  Cu*Ni menunjukan konsentrasi CO dengan putaran mesin 3000 (Rpm) sebesar 1 %.
Gambar 3 Grafik 5 Katalis Catalytic Converter Terhadap Konsentrasi CO
Gambar 4 Grafik 10 Katalis Catalytic Converter Terhadap Konsentrasi CO
Hubungan Konsentrasi CO dengan Putaran Mesin pada Catalytic Converter 15 Katalis.
Pada  putaran  mesin  3000  rpm catalytic  converter Cu  15  katalis  menunjukkan konsentrasi  sebesar  2,078  %  atau  presentase  kenaikan  konsentrasi  CO  pada  kondisi  ini sebesar 52 %, sedangkan pada putaran mesin 3000 rpm catalytic conberter Cu-Ni 15 katalis menunjukkan konsentrasi CO sebesar 1,66 % atau presentase kenaikan sebesar 22 %.
0 0 0 1 1 1 idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 idle ko n se n tr as i e m is i G A S C O ( % ) putaran mesin RPM tanpa katalis 5 katalis cu 5 katalis cu*ni 0 1 1 2 2 idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 idle ko n se n tr as i e m is i G A S C O ( % ) putaran mesin RPM tanpa katalis 10 katalis cu
10 katalis cu*ni
Gambar 5. Grafik 15 Katalis catalytic converter
Terhadap Konsentrasi CO
Hubungan Konsentrasi HC dengan Putaran Mesin pada Catalytic Converter 5 Katalis Pengujian  tanpa catalytic  converter akan  digunakan  sebagai  acuan  atas  penurunan kosentrasi  HC  pada  pengujian  berikutnya  baik  pada  saat  menggunakan catalytic  converter dengan variasi jumlah dan jenis katalis yang ditentukan.
Gambar 6. Garfik 5 Katalis catalytic converter Terhadap Konsentrasi HC
Dari  hasil  pengujian  konsentrasi  HC  tanpa catalytic  converter akan  digunakan sebagai  acuan  atas  penurunan  konsentrasi  HC  pada  pengujian  berikutnya  baik  pada  saat menggunakan catalytic converter dengan variasi jumlah dan jenis katalis yang ditentukan.
Pada  Gambar  6  menunjukan  tiga  perbandingan  grafik  penurunan  konsentrasi  HC, pada idle (900 Rpm) pengujian tanpa catalytic converter menunjukan konsentrasi HC sebesar 304,1 ppm. Penggunaan 5 katalis Cu pada catalytic converter menunjukan konsentrasi 1347,8 ppm.  Atau  dengan  kata  lain  dapat  meningkatkan  emisi  sebesar  343  %  pada  putaran  mesin
0 0,5 1 1,5 2 idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 idle ko n se n tr as i e m is i G A S C O ( % ) putaran mesin RPM tanpa katalis 15 katalis cu 15 katalis cu*ni 0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 idle ko n se n tr as i e m is i G as H C ( p p m ) putaran mesin RPM tanpa katalis 5 katalis cu
5 katalis cu*ni
1000  (Rpm)  akhir.  Penurunan  konsentrasi  HC  pada catalytic  converter Cu*Ni  5  katalis sebesar 78,5 % dengan kadar HC 541 ppm pada putaran mesin 1000 (Rpm) akhir.
Hubungan Konsentrasi HC dengan Putaran Mesin pada Catalytic Converter 10 Katalis Berdasarkan Gambar 7, penurunan konsentrasi HC catalytic converter Cu 10 katalis sebesar  168  %  dengan  kadar  816  ppm  pada  putaran  mesin Idle (900  Rpm)  awal.  Berbeda dengan grafik catalytic converter Cu*Ni 10 katalis bahwa penurunan konsentrasi HC tertingi sebesar 26 % pada putaran idle (900 Rpm) akhir dengan kadar HC sebesar 381,8 ppm.
Dari  grafik  menunjukkan  bahwa  emisi  gas  HC  secara  keseluruhan  mengalami penurunan  konsentrasi  pada  setiap  variasi  putaran.  Penurunan  konsentrasi  HC  setiap perubahan  Rpm  mengalami  fluktuasi  yang  berbeda-beda,  hal  ini  disebabkan  karena  jumlah bahan  bakar  yang  masuk  ke  dalam  ruang  bakar  setiap  perubahan  Rpm  berbeda-beda. Disamping itu campuran bahan bakar yang masuk juga dipengaruhi oleh kondisi kendaraan uji (Irawan B., Dan Subri M., 2005) .
Gambar 7. Grafik 10 Katalis catalytic converter Terhadap Konsentrasi HC
Hubungan Konsentrasi HC dengan Putaran Mesin pada Catalytic Converter 15 Katalis Pada  Gambar  8  menunjukkan  penurunan  tertinggi  konsentrasi  HC catalytic converter Cu 15 katalis sebesar 37 % pada putaran mesin idle (900 Rpm) di awal  pengujian dengan konsentrasi HC 190,2 ppm.
0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0 1600,0 1800,0 2000,0 idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 idle ko n se n tr as i e m is i G as H C ( p p m ) putaran mesin RPM tanpa katalis 10 katalis cu
10 katalis cu*ni
Gambar 8. Grafik 15 Katalis Catalytic Converter Terhadap Konsentrasi HC
Dari gambar 8 terlihat bahwa penurunan emisi HC dipengaruhi juga oleh jumlah sel yang  terpasang  pada catalytic  converter .  Namum  pada  penambahan  katalis  15  sel  terlihat bahwa HC cenderung lebih tinggi dari katalis 10 Sel. Ini dapat terjadi akibat kondisi mesin uji yang bertambah panas dan jumlah bahan bakar yang masuk ke ruang bakar. Meski demikian. Ada  kecenderungan  semakin  banyak  sel  penurunan  emisi  menjadi  lebih  tinggi (Irawan  B Dan Subri M, 2005) .

## Karakterisasi Material Sebelum dan Sesudah Pemakaian
Untuk  mengetahui  karakteristik  material  katalis  Cu  dan  Cu-Ni  maka  dilakukan pengujian  SEM  dan  EDX  pada  substrat  katalis  sebelum  dan  sesudah  dilakukan  pemakaian pada engine stand .

## 1. Pengujian SEM Sebelum Pemakaian
Hasil dari SEM pada sample dan berdasarkan  hasil search and match menggunakan data tersebut adalah puncak dari nikel (Ni), sehingga nikel (Ni) tidak bereaksi dengan oksigen dari  udara  membentuk  NiO,  tetapi  tetap  berdiri  sendiri  sebagai  Ni.  Sedang  arang  karbon terbakar  dan  lepas  pada  temperatur  tinggi  sehingga  meninggalkan  rongga  pori,  karena diruang bakar dialirkan gas nitrogen unsur C tertinggal sebagai residu tidak bereaksi dengan O 2 ,  demikian  pula  PVA  pada  temperatur  diatas  250ºC  terbakar  dan  meninggalkan  lubang pori, gas H 2 menguap dan unsur C tertinggal menjadi residu.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 idle 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 idle ko n se n tr as i e m is i G as H C ( p p m ) putaran mesin RPM tanpa katalis 15 katalis cu
15 katalis cu*ni
Keberadaan  sedikit  ruang  kosong  akan  mempengaruhi  kerapatan  kepadatan  berpori sehingga  akan  mempengaruhi  terhadap  perbandingan  dari  berat  per  volume.  Nikel  (Ni) berpori  nilai  densitas  cenderung  bertambah  dengan  kenaikan  komposisi  nikel  (Ni),  hal  ini karena  partikel-partikel  nikel  (Ni)  berpori,  porositas  dimaksudkan  untuk  membuat  luas permukaan  menjadi  besar  pada  luas  geometri  yang  sama.  Keberasaan  porositas  ini  pada temperatur tinggi menjadi gas CO dan CO 2 terperangkap diantara butiran nikel (Ni), pada saat pemadatan,  partikel  sering  merapat,  mengikat  dan  mengeras.  Nampak  bahwa  dengan bertambahnya  komposisi  nikel  (Ni)  maka  porositas  bertambah  kecil.  Hal  ini  karena  pada temperatur tinggi pemadatan terjadi, partikel mengecil dan saling merapat dan memadat.

## Gambar 9 Karakteristik Permukaan Material Katalis Cu-Ni Sebelum Pemakaian

## 2. Pengujian SEM Setelah Pemakaian
Struktur  mikro  dari  sampel  nikel  (Ni)  berpori  dengan  variasi  bahan  nikel  diamati mempergunakan SEM yang hasilnya ditampilkan pada Gambar 10 dengan perbesaran 5000 x. Analisa  SEM  ini  menampilakan  morfologi  partikel  yang  terbentuk  karena  proses pembakaran. Pada Gambar 10 menunjukkan perbedaan komposisi campuran nikel (Ni). Dari Gambar nampak bahwa bagian berwarna hitam adalah porositas yang terbentuk dari sampel. Sedang warna abu-abu adalah partikel nikel (Ni). Arang karbon dan PVA berubah menjadi gas CO dan CO 2 membentuk rongga pori.

## Gambar 10 Karakteristik Permukaan Material Katalis Cu-Ni Setelah Pemakaian
3. Pengujian Crosektion (Ketebalan Lapisan) Material Katalis Cu-Ni Sebelum Pengujian
Pengujian crosektion ini dilakukan untuk mengetahui tebal lapisan yang terdapat pada sampel agar lebih jelas dilakukan pembesaran X500.
Gambar 11 Foto Hasil Crosektion Cu-Ni Sebelum Pemakaian
Terlihat pada Gambar 11 bahwa adanya rongga yang terdapat pada lapisan nikel dan penyusutan  lapisan  nikel  (Ni)    sehingga  dalam  pengukuran  terjadi  perbedaan  disetiap  titik pengukuran.  Hal  tersebut    terjadi  karena  terikatnya  partikel  yang  memadat  dari  hasil pelapisan.

## 4. Pengujian Crosektion (Ketebalan Lapisan) Material Katalis Cu-Ni Setelah Pengujian
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  struktur  mikro  dari  bahan katalis  tembag (Cu)  yang  sudah  dilapisi  nikel  (Ni)  setelah  adanya  proses  pembakaran  yang  dilakukan melalui engine stand sebagai benda pengujinya.
Gambar 12 Foto Hasil Crosektion Cu-Ni Setelah Pemakaian
Pada  Gambar  12  menunjukan  terjadinya  penyusutan  ketebalan  lapisan  di  karenakan keberadaan  sedikitnya  ruang  kosong  mempengaruhi  kerapatan  dan  kepadatan.  Hal  ini dikarenankan temperatur tinggi dan juga adanya tekanan sehingga pemadatan terjadi. Dengan temperatur dan tekanan tinggi selain adanya pemadatan terbentuklah rongga antara tembaga (Cu) dan nikel (Ni).

## 5. Pengujian EDX Sebelum Pengujian
Hasil pengujian EDX yang telah dilakukan peneliti pada spesimen uji bahan katalis sebelum dilakukan pengujian emisi gas buang ditunjukkan dengan metode grafis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 13 Grafik Pengujian  EDX Material Katalis Cu-Ni Sebelum Pemakaian.
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 C ou nt s C K a A lK a N iL l N iL a N iK es c N iK a N iK b C uL l C uL a C uK a C uK b
Berdasarkan Gambar 13 terlihat perbandingan element parameter untuk carbon (CK) massa  6,68  %,  sigma  0,18,  mol  30.90  %  dan  compound  massa  6,68  %,  cation  0,  kalium 1,5911,  oksigen  massa  20,07  %,  nikel  massa  70,04  %,  sigma  0,66,  mol  66.26  %,  dan compound massa 89,14 %, cation 22,83 % atau Gambar komponen logam  lebih jelas pada Tabel 4.1

## 6. Pengujian EDX Setelah Pengujian
Berdasarkan Gambar 14 menunjukkan hasil pengujian EDX pada spesimen uji bahan katalis setelah pemakaian spesimen tersebut dalam pengujian emisi gas buang dan disajikan dalam bentuk grafis.
Tabel 1 Pengujian  EDX Material Katalis Cu-Ni Sebelum Pengujian
Element  (kev)  Mass % Sigma  Mol %  Compound  Mass %  Cation K CK 0,277 6.68 0.18 30.90 C 6.68 0.00 1.5911 O - 20.07 - - - - - - A1 K 1.486 0.27 0.07 0.28 A1203 0.51 0.19 0.1404 Ni K 7.471 70.04 0.66 66.26 Ni0 89.14 22.83  94.5092 Cu K 8.040 2.93 0.17 2.56 Cu0 3.67 0.88 3.7592 Total - 100.00 - 100.00 - 100.00 23.90 -
Gambar 14 Grafik Pengujian  EDX Material Katalis Cu-Ni Setelah Pemakian
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 C ou nt s
C K a O K a
A lK a P K a N iL l N iL a N iK es c N iK a N iK b C uL l C uL a C uK a C uK b

## Tabel 2 Pengujian  EDX Material Katalis Cu-Ni Setelah Pemakaian
Element  (kev)  Mass %  Sigma  Mol %  Compound  Mass %  Cation K CK 0.277  13.70 0.24 49.83 C 13.70 0.00  3.6028 O - 18,68 - - - - - - A1 K 1.486 0.19 0.06 0.15 A12O3 0.36 0.14  0.1073 P K 2.013 0.19 0.06 0.14 P2O5 0.44 0.13  0.1768 Ni K 7.471  64.24 0.60 47.82 NiO 81.75 22.49  92.0281 Cu K 8.040 3.00 0.16 2.06 NiO 3.76 0.97  4.0850 Total - 100.00 - 100.00 - 100.00  23.74 -
Pada  Gambar  14  diatas  menunjukan  perbandingan  element  parameter  untuk  carbon (CK)  massa  13,70  %  ,  sigma  0,24,  mol  48,83  %  dan  compound  massa  13.70  %,  cation  0, kalium 3,6028, oksigen massa 18,68 %, nikel massa 64,24 %, sigma 0,60, mol 47,82 %, dan compound massa 81,75 %, cation 22,49 % atau Gambar komponen logam  terlihat lebih jelas pada Tabel 2.

## DAFTAR PUSTAKA
Agus M. 2012, “Analisis prinsip kerja Catalytic Converter”
Amin M, 2006, Uji Performa Filter Gas Emisi Kendaraan Bermotor Berbasis Keramik Porous Dengan  Aditif  Tembaga,  Tio2  Dan  Karbon  Aktif  Dalam  Penurunan  Kadar  Gas Carbon Monoksida, Jurnal MEKANIKA Vol 15 No. 2 Tahun 2016, ISSN: 1412-7962 - e-ISSN: 2579-3144.
https://Jurnal.Ft.Uns.Ac.Id/Index.Php/Mekanika/Article/View/418
Dowden, at all, 1970, Catalytic Hand Book, Verlag New York, Inc.
Irawan, B. 2003. “Unjuk Kerja Catalytic Converter Tembaga (Cu) Pada Saluran Gas Buang
Kendaraan  Bermotor  Untuk  Mereduksi  Emisi  Gas  Carbon  Monoksida.”  Program Magister Ilmu Lingkungan. Semarang, Universitas Diponegoro.
Irawan,.  B.,  dan  Subri,  M.,  2005,  “Unjuk  Kemampuan  Catalytic  Converter  dengan  Katalis Kuningan untuk Mereduksi Gas Hidrokarbon Motor Bensin,” Traksi Vol. 03 No. 02. Semarang: Universitas Muhammadiyah Semarang.
Irawan, B., Purwanto., dan Hadiyanto, 2013. “Unjuk Kemampuan Katalis Tembaga Berlapis Mangan Dalam Mengurangi Emisi Gas Carbon Monoksida Motor.
Ismiyati.,  2012,  “Penyebab  pencemaran  udara  Akibat  Emisi  Gas  Buang”  Universitas Muhammadyiyah Jakarta.
Irvan Adi, dan Imam Abadi,. “Rancang Bangun Alat Ukur Emisi Gas Buang” Jalius Jama. 2008, “Siklus Kerja Motor Bakar”
Joko Winarno., 2014, “Studi Emisi Gas Buang Kendaraan Bermesin Bensin Pada Berbagai Merk  Kendaraan  dan  Tahun  Pembuatan,”  Staf  Pengajar  Jurusan  Teknik  Mesin Fakultas Teknik Universitas Janabadra.
Pamungkas anto.,2015, “Emisi gas Buang sebagai pencemaran udara paling mendominasi” Ramdani., 2015, “Unsur Susunan Udara kering” Politeknik Negri Sriwijaya.
Subri, M. 2012. “Kaji Experimental Pengaruh Bentuk Geometri Sudut Converging Duct dan Panjang  Constant  Area  Section  pada  Perfoma  Sistem  Refrigerasi  Steam  Ejektor.” Mechanical Engineering. Semarang, Universitas Diponegoro.
Syahrani,  A.  2006.  “Analisa  Kinerja  Mesin  Bensin  Berdasarkan  Hasil  Uji  Emisi.”  Jurnal SMARTek, Volume 4. Nomor 4:  260 – 266.
Tri Tugaswati. “Emisi gas Buang Kendaraan Bermotor dan Dampak Emisi Gas Buang
Terhadap Kesehatan”
Wardhana,  W.  A.,  2004.  “Dampak  Pencemaran  Lingkungan.  Yogyakarta,”  Andi Yogyakarta.http://www.psychologymania.com/2012/08/pencemaran-udara-akibat- kendaraan.html
Wardhana,  Wisnu  Arya.  (2001).  “Dampak  Pencemaran  Lingkungan”.  http://pengen- tau.weebly.com/karbon-monoksida.html
Warju.,  dan  I  Made  Muliatna.,  “Unjuk  Kemampuan  Metallic  Catalytic  Converter  Tembaga Terhadap Reduksi Emisi Gas Buang Sepeda Motor Yamaha Vega,” Fakultas Tenik, Universitas Negeri Surabaya (UNESA).
White, 1986. “Mekanika Fluida,” Jakarta, Erlangga. Jilid 1.

## PENULIS:

## SUNAN BUKHORI IKHWAN NASRULLAH
Teknik Mesin – Fakultas Teknik – Universitas Muhammadiyah Semarang Jl. Kasipah no.12 Semarang 50254
E-mail : sunantroops06@gmail.com