## Pengaruh Temperatur Pirolisis Terhadap Kinetik Rate Dan Volume Tar Pada Limbah Plastik
Dadang Hermawan 1 , Andi Hardianto 2 , Purbo Suwandono 2 , Febi Rahmadianto 3
1 Teknik Mesin, Universitas Widyagama Malang
2 Teknik Industri, Universitas Widyagama Malang
3 Teknik Mesin, Institut Teknologi Nasional Malang

## Abstrak
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap tar laju kinetik hasil limbah plastik. Proses penelitian dilakukan secara eksperimental dengan suhu 563 K, 623  K,  723  K,  773  K,  873K,  973  K  dan  1073  K.  Proses  pirolisis  dilakukan  selama  2  jam dengan  ukuran  partikel  plastik.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  laju  kinetik meningkat dengan meningkatnya suhu. Nilai laju kinetik tertinggi dicapai pada 1073 K, dengan nilai laju kinetik adalah k = 23,60695 min-1. Persamaan laju kinetik yang dilakukan dalam makalah ini adalah k = 185,49 e-2779 / T. Dengan membalikkan persamaan laju kinetik menjadi volume, nilai laju kinetik makalah ini akurat.
Kata Kunci : pyrolysis, temperature, kinetic rate, plastic wastes
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 10 Nomor 1, Februari 2019

## PENDAHULUAN
Salah  satu  cara  untuk  mendaur  ulang sampah  plastik  sehingga  memperoleh  nilai guna  yang  lebih  tinggi  adalah  dengan  proses pirolisis. Pirolisis merupakan proses dekomposisi  kimia  bahan  organik  melalui proses  pemanasan  tanpa  melibatkan  oksigen, untuk  mendapatkan  molekul  yang  lebih  kecil dan  ringan.  Pada  temperatur  diatas  200 o C, ikatan  hidrokarobon  akan  terdegradasi  dan akan  terbentuk  gas,  cairan  (tar)  dan  padatan (char)  sebagai  hasil  utamanya,  dimana  semua komponen  tersebut  mampu  terbakar  (Basu, 2010).
Banyak  penelitian  yang  telah  dilakukan dalam bidang penelitian pirolisis tar. Mustofa, D. (2014). Pirolisis sampah plastik hingga suhu 900 o C  sebagai  upaya  menghasilkan  bahan bakar  ramah  lingkungan.  Salah  satu  alternatif penanganan  sampah  plastik  yang  saat  ini banyak  diteliti  dan  dikembangkan  adalah mengubah  sampah  plastik  menjadi  bahan bakar.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk memperoleh  bahan  bakar  cair  dari  pirolisis sampah  plastik  yang  aman  bagi  manusia  dan lingkungan, dengan nilai kalor dan mutu bahan bakar  minyak  yang  sesuai  standar.  Metode yang digunakan adalah pirolisis sampah plastik pada  suhu  900°C,  lalu  uap  yang  dihasilkan dikondensasi  melalui  crossflow  kondensor. Metode  ini  menghasilkan  bahan  bakar  cair dengan nilai kalor 46.848 J/g yang lebih besar dari pada pengolahan sampah plastik ada suhu 425 o C  yang  hanya  41.870  J/g,  disamping  itu sifat  lebih  aman  dari  pengolahan  sampah plastik pada suhu 425 o C karena kadar senyawa yang  berpotensi  bersifat  karsinogenik  (asam borat dan siklopentanon) berkurang presentasenya.
Desai,  Sudhir.  B.  (2015).  Production  and Analysis of Pyrolysis oil from waste plastik in
Kolhapur city. Tujuan dari peneltian ini adalah untuk  mengetahui  produksi  minyak  dari  hasil pirolisis. Pada penelitian ini digunakan sampah plastik  dengan  berat  150  gram  dengan temperature pirolisis sebesar 300-350 o C dengan  parameter  lainnya  sama.  Pada  proses pirolisis  akan  didapatkan  tar,  char  dan  gas. Hasil  dari  penelitian  ini  adalah  pada  hasil pirolisis  yang  berupa  tar  (oil)  hampir  sama dengan komposisi dari bahan bakar diesel yang mana  bahan  bakar  hasil  pirolisis  ini  dapat digunakan  pada  mesin-mesin  kompresi  atau mesin diesel.
Produk  hasil  pirolisis  yang  biasa  disebut dengan Tar, bio-oil atau biocrude adalah suatu cairan  hitam  kecoklatan  yang  terdiri  dari  20% air.  Tar  ini  mengandung  banyak  senyawa phenolic.  Tar  adalah  campuran  dari  rantai hidrokarbon dengan kandungan oksigen dan air yang  cukup  banyak.  Biomassa  yang  sebelum proses  pirolisis  memilik  LHV  sekitar  19.5 sampai  21MJ/kg  dalam  keadaan  kering,  Tar yang dihasilkan memiliki LHV yang lebih kecil yaitu dalam rentang 13 sampai 18 MJ/kg.
Tar  diproduksi  dari  depolimerisasi  dan dekomposisi  dari  selulosa,  hemiselulosa  dan lignin dari biomassa secara cepat dan serentak. Pada  pengoperasian  pirolisis  secara  umum, biomassa  dikenakan  peningkatan  temperatur secara  cepat  yang  kemudian  dilakukan pendinginan  secara  cepat.  Pendinginan  secara cepat sangat  penting,  untuk  mencegah penurunan,  pemecahan  atau  reaksi  dengan molekul  yang  lain.Tar  adalah  mikro  emulsi dimana  fase  berupa  cairan  yang  didapat  dari dekomposisi selulosa, hemiselulosa dan sedikit dekomposisi  lignin.  Tar  biasanya  merupakan pecahan  dari  selulosa,  hemiselulosa  dan polimer    lignin  yang  telah  keluar  dari lingkungan proses pirolisis.
Untuk  mengetahui  laju  pembentukan  tar maka  dapat  digunakan  teori  kinetik.  Model untuk  proses  fenomena  devotalisasi  dapat dituliskan sebagai berikut:
Dimana  volatile  adalah  total  dari  gas  dan  tar dan  k  didefinisikan  sebagai  rate  konstan  dari reaksi  dimana  temperatur  dapat  dituliskan berdasarkan persamaan Arrhenius:
Dimana:
Ea = energi aktivasi (kJ/mol) T = absolute temperatur (K) R = gas konstan (8,314 J/Kmol) A = pre exponensial faktor (1/min)
Laju  perubahan  dari  solid  ke  tar  dapat dituliskan sebagai:
Dimana α, t, k(T), f(α) adalah derajat konversi dari  proses,  waktu,  laju  reaksi  konstan  dan pemodelan dari reaksi. Secara umum α adalah bentuk  penambahan  tar  dan  dapat  ditulis sebagai:
Dimana:
dv  =  perubahan  volume  dalam  interval tertentu
dt     =   selang waktu pengambilan data
V      =   volume pada waktu tertentu
Vo    = Volume awal
V~    = Volume akhir
Persamaan  dasar  untuk  menghitung  parameter kinetik secara analitis.
Persamaan di atas dirubah ke bentuk logaritma karena  adanya  persamaan  eksponensial,  untuk menghilangkan nilai eksponensial, semua ruas dikalikan  dengan  ln,  sehingga  menjadi persamaan garis lurus untuk mendapatkan nilai energi  aktivasi  dan  pre-exponential  factor, dimana  plot  untuk  sumbu  x  adalah  1/T  dan untuk sumbu y adalah ln k.

## METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  variabel  bebas  yang digunakan dalam penelitian ini adalah temperatur  pemanasan  pada  saat  proses pirolisis  yaitu  250˚C,  350oC,  450˚C,  500˚C,
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 10 Nomor 1, Februari 2019
600˚C,700˚C dan 800˚C dengan variabel terikat yang  diamati  adalah  volume  dari  tar  yang terbentuk  dan  menghitung  kinetic  rate  dari  tar yang terbentuk dengan waktu penelitian selama 2  jam  dan  massa  limbah  plastik  sebesar  100 gram.
Penjelasan instalasi pirolisis gambar:
1. Tabung nitrogen
2. Flowmeter  untuk  mengatur  masuknya nitrogen
3. Heater
4. Tempat biomassa / furnace
5. Thermo  controller  atau  panel  untuk mengatur temperatur piroliser
6. Es  batu  untuk  pendinginan  supaya terjadi kondensasi
7. Tar  yang  terbentuk  dari  proses kondensasi
8. Kamera  untuk  meneliti  volume  yang terbentuk
9. Thermocouple
Cara pengambilan data penelitian yaitu pertama membersihkan limbah plastik dari kotoran yang menempel kemudian memotong limbah plastik dengan  ukuran  seragam  sebesar  1  cm2. Mengambil  100  gram  limbah  plastik  untuk proses  pengeringan  dengan  dimasukkan  ke dalam  oven  yang  bertemperatur  100°C  dan diholding selama satu jam, selanjutnya limbah plastik  dimasukkan  kedalam  piroliser.  Katup nitrogen  dibuka  untuk  mengalirkan  nitrogen kedalam  ruang  pemanas  piroliser  selama  lima menit  dengan  flow  rate  tiga  liter  per  menit. Kemudian katup nitrogen ditutup dan selanjutnya  menyeting  temperature  sesuai variabel penelitian pada temperatur control lalu
heater pada piroliser dihidupkan selam dua jam. Selama proses pirolisis berlangsung selama dua jam,  mengamati  volume  tar  yang  terjadi  rate dengan  cara  merekam  dengan  kamera  digital selanjutnya  menghitung  kinetik  rate  dari limbah plastik berdasarkan hasil penelitian.

## Hasil dan Pembahasan
Gambar 1. Grafik Pengaruh Volume Tar terhadap Waktu dengan Variasi Temperatur
Dari tabel dan gambar di atas dapat dilihat bahwa  seiring  dengan  peningkatan  temperatur maka volume tar yang terbentuk juga semakin banyak.  Pada  temperatur  250 o C  volume  akhir tar  (pada  grafik  warna  biru  muda)  yang diperoleh sebesar 16 ml yang terjadi pada menit 120  dan  sampai  menit  180  tidak  terjadi penambahan  volume  tar,  hal  ini  dikarenakan kurangnya energi yang diperlukan untuk terjadi proses dekomposisi pada plastik.
Pada  temperatur  350 o C  volume  akhir  tar (pada  grafik  warna  orange)  naik  secara signifikan  dari  sebelumnya  pada  temperatur 250 o C sebesar 16 ml naik menjadi 34 ml. Pada temperatur 350 o C ini  volume akhir  sebesar 34 ml  terjadi  pada  menit  ke  48 dan  hingga  menit 180 tidak terjadi penambahan volume tar lagi,
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 10 Nomor 1, Februari 2019
hal  ini  dikarenakan  energi  minimum  untuk melakukan  proses  pirolisis  sudah  dipenuhi tetapi  belum  cukup  untuk  menghasilkan  tar yang lebih banyak lagi.
Pada  temperatur  450 o C  volume  akhir  tar (pada  grafik  warna  kuning)  naik  dari sebelumnya pada temperatur 400 o C sebesar 38 ml naik menjadi 44 ml. Pada temperatur 450 o C ini  volume  akhir  sebesar  44  ml  terjadi  pada menit ke 57 dan hingga menit 180 tidak terjadi penambahan  volume  tar  lagi,  hal  ini dikarenakan  energi  panas  yang  dibutuhkan untuk  melakukan  dekomposisi  pada  plastik sudah cukup besar sehingga mampu menghasilkan tar lebih banyak.
Pada  temperatur  500 o C  volume  akhir  tar (pada  grafik  biru  laut)  naik  dari  sebelumnya pada  temperatur  450 o C  sebesar  44  ml  naik menjadi  50  ml.  Pada  temperatur  500 o C  ini volume akhir sebesar 50 ml terjadi pada menit ke  60  dan  hingga  menit  180  tidak  terjadi penambahan  volume  tar  lagi.  Pada  temperatur 500 o C ini  adalah temperatur yang paling untuk optimal  untuk  menghasilkan  tar  karena  pada temperatur  500 o C  adalah  temperatur  transisi dimana mulai terbentuk gas tak terkondensasi.
Pada  temperatur  600 o C  volume  akhir  tar (pada grafik hijau) turun dari sebelumnya pada temperatur 500 o C sebesar 50 ml turun menjadi 47 ml. Pada temperatur 600 o C ini volume akhir sebesar  47  ml  terjadi  pada  menit  ke  57  dan hingga  menit  180  tidak  terjadi  penambahan volume tar lagi. Pada temperatur 600 o C ini  tar yang  terbentuk  akan  menurun  dikarenakan adanya  reaksi  sekunder,  yaitu  pemecahan  tar menjadi tar sekunder dan gas primer. Tar yang terbentuk  dalam  piroliser  karena  temperatur yang tinggi akan menurun karena sebagian tar akan terdekomposisi menjadi gas.
Pada temperatur 700 o C (pada grafik warna biru  tua)  dan  800 o C  (warna  coklat)  volume
akhir  tar  yang  terbentuk  relatif  sama  yaitu  44 ml dimana pada temperatur 700 o C terjadi pada menit  57  dan  temperatur  800 o C  terjadi  pada menit  48,  hasil  volume  tar  pada  temperatur tinggi ini berkurang dikarenakan adanya reaksi sekunder,  yaitu  pemecahan  tar  menjadi  tar sekunder  dan  gas  primer.  Tar  yang  terbentuk dalam  piroliser  karena  temperatur  yang  tinggi akan  menurun  karena  sebagian  tar  akan terdekomposisi menjadi gas.

## Kinetik Rate
Dari  data  volume  dan  temperaturbisa didapatkan  suatu  persamaan  kinetik  rate  atau laju reaksi. Ambil contoh data pada menit 102 dan  105  pada  temperatur  250oC.  Didapatkan volume  tar  pada  menit  102  sebesar  14  ml  dan pada  menit  105  sebesar  15  ml.  Maka  dengan menggunakan persamaan:
Dimana:
dv =  perubahan  volume  dalam  interval tertentu dt =    selang waktu pengambilan data V =  Volume pada waktu tertentu Vo =  Volume awal V~ =  Volume akhir
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 10 Nomor 1, Februari 2019
Diatas  contoh  untuk  mendapatkan  nilai  k pada  perbedaan  menit  102  ke  105,  karena penelitian dilakukan selama 3 jam, maka perlu dicari  nilai  k  dengan  cara  yang  sama  untuk menit 0 sampai menit 120. Setelah didapatkan semua nilai k maka perlu dicari nilai dari ln k yang nantinya dibuat grafik dimana ln k berada pada sumbu y dan 1/T pada sumbu x. Cara ini juga  dilakukan  untuk  variasi  temperatur  yang lain.
Gambar 2 Grafik Hubungan antara ln K dengan 1/T pada Temperatur 250 o C
Dari  persamaan  y=  -8573.1x  +  16.296  di  atas kita  dapat  menentukan  persamaan  kinetik  rate tar  dan  juga  beberapa  konstanta  lain  seperti eksponensial  faktor  dan  energi  aktivasi  (Ea). Energi aktivasi didapatkan dengan persamaan - 8732.1  x  8.314  =  -71276.8  (kj/mol),  dimana 8.314  J/molK  adalah  konstanta  gas  universal. Untuk menentukan pre eksponensial dipengaruhi  oleh  heating  rate  dimana  heating rate  atau  laju  pemanasan  dan  penelitian  ini adalah  673K/60Menit  sehingga  β  (laju pemanasan  per  menit  adalah)  11.21667 (K/min). Persamaan ini berbentuk eksponensial sehingga harus dicari nilai dari ln  β = 2.4174. Nilai  ln  A  =  ln  β  +  16.296  = 18.713.  Setelah didapatkan nilai ln A = 18.713 didapatkan nilai A = e 18.713 = 1.34E+08.
A/  β  =  11947110.41  menit-1  dimana  nilai  ini adalah nilai dari eksponensial faktor, yaitu nilai yang  menyatakan  sebarapa  sering  terjadi tumbukan  pada  suatu  molekul  tiap  menit. Sehingga  bisa  dibentuk  suatu  persamaan kinetik rate untuk temperatur 250oC adalah: k = 11947110 e -8573 /T.
Gambar 3 Grafik Hubungan antara Volume Aktual dan Volume Perhitungan terhadap Waktu pada Temperatur 250 o C
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa volume hitung sudah mendekati dengan volume aktual, adanya perbedaan di atas dikarenakan kurangnya  energi  aktivasi  yang  dibutuhkan untuk melakukan proses dekomposisi sehingga terjadi  celah  dan  volume  aktual  dan  volume hitung tidak dapat menutup dengan sempurna. Jumlah tar yang terlalu kecil juga menyebabkan data yang terbentuk kurang baik.
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 10 Nomor 1, Februari 2019
Gambar 4 Grafik Hubungan antara ln K dengan 1/T pada Temperatur 800 o C
Dari  persamaan  y=  -1633.2  +  4.4793  di  atas kita  dapat  menentukan  persamaan  kinetik  rate tar  dan  juga  beberapa  konstanta  lain  seperti eksponensial  faktor  dan  energi  aktivasi  (Ea). Energi aktivasi didapatkan dengan persamaan - 2657.3 x 8.314 =   -13578.42 (kj/mol), dimana 8.314  J/molK  adalah  konstanta  gas  universal. Untuk menentukan pre eksponensial dipengaruhi  oleh  heating  rate  dimana  heating rate  atau  laju  pemanasan  dan  penelitian  ini adalah  673K/60Menit  sehingga  β  (laju pemanasan  per  menit  adalah)  11.21667 (K/min). Persamaan ini berbentuk eksponensial sehingga harus dicari nilai dari ln  β = 2.4174. Nilai  ln  A  =  ln  β  +  4.4793  =  6.8967  Setelah didapatkan nilai ln A = 6.8967 didapatkan nilai A = e 6.8967 = 989.006
A/β = 88.17293 menit-1 dimana nilai ini adalah nilai dari eksponensial faktor,  yaitu  nilai  yang menyatakan  sebarapa  sering  terjadi  tumbukan pada  suatu  molekul  tiap  menit.  Sehingga  bisa dibentuk  suatu  persamaan  kinetik  rate  untuk temperatur 350oC adalah: k = 88.17293 e -1633.2 /T
Untuk  melakukan  koreksi  terhadap  hasil kinetik  rate  yang  sudah  didapatkan  betul  atau salah, maka hasil dari kinetik rate dikembalikan ke  bentuk  volume  untuk  mengetahui  seberapa akurat hasil kinetik rate yang sudah didapatkan.
Gambar 5 Grafik Hubungan antara Volume Aktual dan Volume Perhitungan terhadap Waktu pada Temperatur 800 o C
Dari  grafik  diatas  dapat  dilihat  bahwa  volume perhitungan  yang  didapatkan  dari  kinetik  rate sudah  berhimpit  mendekati  volume  aktual, yang berarti bahwa proses perhitungan kinetik rate sudah mendekati akurat.
Di  atas  adalah  2  contoh  perhitungan  untuk mendapatkan persamaan kinetik pada temperatur 250oC dan 800oC. Untuk menghitung kinetik rate dari variasi temperatur perlu dibuat kinetik rate total dengan membuat plot  sumbu  x  1/T  dan  sumbu  y  ln  K.  Dimana kinetik  rate  total  ini  untuk  mengetahui  tren kinetik  rate  pada  variasi  temperatur  dengan lebih baik.
Temperatur (K) 1/T ln k 523 0.001912 -0.09597 623 0.001605  1.465095 723 0.001383  1.573943 773 0.001294  1.999929 873 0.001145 2.61086 973 0.001028  3.013062 1073 0.000932  2.938759
Tabel 1.  Hubungan 1/T dan ln K pada tiap variasi Temperatur
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 10 Nomor 1, Februari 2019
Gambar 6 Kinetik Rate Total dari Variasi Temperatur
Dari persamaan y= -3107.9 + 6.058 di atas kita dapat  menentukan  persamaan  kinetik  rate  tar dan  juga  beberapa  konstanta  lain  seperti eksponensial  faktor  dan  energi  aktivasi  (Ea). Energi aktivasi didapatkan dengan persamaan - 3107.9  x  8.314  =      -25839.0806  (kj/mol), dimana  8.314  J/molK  adalah  konstanta  gas universal. Untuk menentukan pre eksponensial dipengaruhi  oleh  heating  rate  dimana  heating rate  atau  laju  pemanasan  dan  penelitian  ini adalah  673K/60  Menit  sehingga  β  (laju pemanasan  per  menit  adalah)  11.21667 (K/min). Persamaan ini berbentuk eksponensial sehingga harus dicari nilai dari ln  β = 2.4174. Nilai  ln  A  =  ln  β  +  6.6058  =  8.475400767 Setelah  didapatkan  nilai  ln  A  =  8.475400767 didapatkan  nilai  A  =  e  6.6058  =  427.5195422 (min-1)
Tabel 2. Hasil Kinetik Rate Total pada Tiap Variasi Temperatur
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai dari kinetik  rate  terus  bertambah  cepat  sesuai
dengan  bertambahnya  temperatur,  hal  ini dikarenakan  energi  yang  diberikan  dalam piroliser juga terus bertambah.

## Kesimpulan:
1. Semakin  tinggi  temperatur  pemanasan, maka  kinetik  rate  yang  terjadi  pada dekomposisi  sampah  plastik  juga  akan semakin cepat.
2. Semakin  tinggi  temperatur  pemanasan, maka  volume  tar  juga  akan  semakin bertambah  tetapi  pada  suhu  tinggi  hasil volume  tar  pada  temperatur  tinggi  ini berkurang  dikarenakan  adanya  reaksi sekunder,  yaitu  pemecahan  tar  menjadi  tar sekunder dan gas primer.

## DAFTAR PUSTAKA
Babu, B.V., Chaurasia, A.S., 2004b. Pyrolysis of  biomass:  improved  models  for simultaneous kinetics and transport of heat,  mass  and  momentum. Energy Conversion  and  Management  45  (9– 10), 1297–1327.
Basu,  Prabir.  2010. Biomass  Gasification  and
Pyrolysis Practical Design and Theory . Elsevier. Bridgwater,  A.V.,  1999. Principles  and practice  of  biomass  fast  pyrolysis processes for liquids. Journal of
Analytical and Applied Physics 51 (1– 2), 3–22.
Desai,  Sudhir.  2015. Production  and  Analysis of Pyrolysis Oil from Waste Plastic in Kolhipur City . International Journal of Engineering  Research  and  General Science  Volume  3,  Issue  1,  January- Februari 2015. ISSN 2091-2730.
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 10 Nomor 1, Februari 2019
Dody,  Chandra.,  et.,  al.  2015. Pengaruh Penggunaan Katalis (Zeolit) Terhadap Kinetic Rate Tar Hasil Pirolisis Serbuk Kayu Mahoni (Switenia Macrophylla). Jurnal  Rekayasa  Mesin  Vol.  6.  No.1. Tahun 2015:19-25.
Fatimah,  Is.  2013.  Kinetika  Kimia.  Edisi pertama,  penerbit  Graha  Ilmu.  ISBN  : 978-979-756-919-8
F. Rahmadianto, 2018. Analisa Putaran Spindle dan  Kedalaman  Potong  Terhadap Keausan  Pahat  Positive  dan  Negative Rhombic  Insert,  Institut  Teknologi
Nasional, Malang.
F.  Rahmadianto,  2014.  Upaya  Peningkatan
Sifat Mekanik Baja Mild Steel Melalui
Perbaikan Kualitas dengan Heat Treatment  Annealing  dan  Holding Time  pada  Heat  Treatment  dengan Taguchi Method, Universitas Brawijaya, Malang
Mustofa,  D.  2015. Pirolisis  Sampah  Plastik Hingga  Suhu  900 o C  Sebagai  Upaya
Menghasilkan  Bahan  Bakar  Ramah
Lingkungan . Simposium Nasional
RAPI XIII. ISSN 1412-9612
Saptoadi,  Harwin.,  et.,  al.  2015. Utilization  of Plastics Waste Oil as Partial Substitute for Kerosene in Pressurized Cookstoves .  International  Journal  of Environmental Science and Development , Vol 6, No.5 May 2015.