## Konversi Limbah Plastik Menjadi Bahan Bakar
Baharudin Helmy, Jaka Windarta, Erick Hardian Giovanni
Magister Energi, Sekolah Pascasarjana, Universitas Diponegoro;
Email  : baharudinhelmy@students.undip.ac.id (B.H), jakawindarta@lecturer.undip.ac.id (J.W),
erickkgiovanni@gmail.com (E.H.G);
Abstrak :  Pertumbuhan  ekonomi  saat  ini  sangat  tergantung  pada  energi  fosil  seperti  minyak  bumi, gas alam, atau batubara. Ada banyak alternatif untuk pengganti energi fosil seperti biomassa, tenaga air,  energi  matahari  dan  energi  angin.  Selain  itu  aspek  penting  lainnya  adalah  strategi  alternatif pengelolaan  limbah.  Perkembangan  dan  modernisasi  membawa  perubahan  besar  dalam  produksi semua jenis komoditas, yang secara tidak langsung menghasilkan limbah. Plastik telah menjadi salah satu  bahan  untuk  berbagai  aplikasi  karena  fleksibilitas  dan  biaya  yang  relatif  murah.  Makalah  ini menyajikan skenario konsumsi plastik saat ini dengan tujuan agar pembaca dapat melakukan analisis tentang  teknik  daur  ulang  limbah  plastik  padat.  Daur  ulang  dapat  dibagi  ke  dalam  empat  kategori: primer, sekunder, tersier, dan kuater. Karena nilai kalor plastik setara dengan bahan bakar fosil, maka plastik ini menjadi alternatif bahan  bakar yang lebih baik. Penelitian ini bertujuan untuk membahas metode  mengubah  plastik  menjadi  bahan  bakar  dengan  metode  pirolisis,  degradasi  katalitik,  serta gasifikasi.
Kata Kunci : Limbah Plastik, Daur Ulang, Pirolisis, Degradasi Katalitik, Gasifikasi

## 1. Pendahuluan
Meningkatnya penggunaan produk plastik disebabkan oleh peningkatan standar hidup memiliki dampak  luar  biasa  pada  lingkungan.  Sekarang  ini  plastik  menjadi  material  yang  sangat  diperlukan, dan permintaan terus meningkat karena fungsinya yang beragam dalam rumah tangga dan industri. Akan tetapi polimer plastik juga menghasilkan limbah yang besar, dan jumlah ini terus meningkat di seluruh dunia. Oleh karena itu, limbah plastik merupakan tantangan lingkungan yang sangat serius karena  jumlahnya  sangat  besar  dan  selain  masalah  pembuangan  karena  plastik  tidak  mengalami biodegradasi  dalam  waktu  yang  sangat  lama.  Konsumsi  bahan  plastik  sangat  besar  dan  semakin berkembang mengingat keunggulan dan fungsi yang dimilikinya, biaya yang relatif rendah, dan daya tahan yang baik karena plastik memiliki stabilitas kimia tinggi dan degradabilitas yang rendah. Jenis plastik  yang  paling  banyak  digunakan  adalah  poliolefin  seperti  polietilen  dan polypropylene ,  yang memiliki produksi besar dan banyak digunakan untuk aplikasi seperti pengemasan, bangunan, listrik dan elektronik, pertanian, dan perawatan kesehatan. Sifat plastik dengan daya tahan tinggi membuat pembuangan  limbah  plastik  menjadi  masalah  lingkungan  yang  sangat  serius.  Berdaserkan  asalnya, limbah plastik dapat diklasifikasikan sebagai limbah plastik industri dan rumah tangga dan memiliki kualitas serta karakteristik yang berbeda (Kpere-daibo, 2009).
Vol. 1, No. 1, pp 1 – 7 doi: 10.14710/jebt.2020.8132
Produksi  bahan  plastik  di  Indonesia  mencapai  7,23  juta  ton  pada  tahun  2018,  dengan  laju pertumbuhan sekitar 5% per tahun. Limbah polimer punya potensi untuk digunakan sebagai sumber bahan  kimia  dan  energi  yang  murah.  Insinerasi  polimer  memiliki  masalah  polusi  udara  yang  serius karena  melepaskan  gas  berbahaya  seperti  dioksin,  hidrogen  klorida,  partikel  di  udara,  dan  karbon dioksida.  Plastik  juga  tidak  memungkinkan  di  buang  di  Tempat  Pembuanan  Akhir  (TPA)  karena biayanya yang tinggi dan sifat biodegradabilitas yang buruk (Buekens & Huang, 1998).
Daur  ulang  adalah  solusi  terbaik  terhadap  masalah  lingkungan  yang  dihadapi  industri  plastik. Daur  ulang  ini  dikategorikan  ke  dalam  daur  ulang  primer,  sekunder,  tersier,  dan  kuaterner.  Daur ulang kimia, yaitu konversi limbah plastik menjadi bahan baku atau bahan bakar telah diakui sebagai pendekatan  yang  ideal  dan  secara  signifikan  dapat  mengurangi  biaya  pembuangan.  Produksi hidrokarbon  cair  dari  degradasi  plastik  akan  bermanfaat  karena  cairannya  mudah  disimpan, ditangani,  dan  diangkut,  walaupun  hal  tersebut  tidak  mudah  untuk  dilakukan.  Berbagai  langkah alternatif  untuk  bahan  kimia  daur  ulang  telah  menarik  banyak  minat  dengan  tujuan  mengubah limbah plastik menjadi petrokimia dasar yang bisa digunakan sebagai bahan baku hidrokarbon atau bahan bakar minyak untuk berbagai proses hilir. Beberapa metode untuk menghasilkan bahan bakar dari plastik bekas antara lain degradasi panas, perekahan katalitik, dan gasifikasi (Panda et al., 2010).

## 2. Kategori Daur Ulang

## 2.1. Daur Ulang Primer
Daur  ulang  primer  juga  dikenal  sebagai  pemrosesan  ulang  mekanik.  Selama  proses,  limbah plastik dimasukkan ke dalam proses produksi dari bahan dasar (Ayhan Demirbas, 2009). Jadi kita bisa dapatkan  produk  dengan  spesifikasi  yang  sama  dengan  bahan  awal.  Proses  ini  hanya  dilakukan dengan scrap semi clean . Limbah plastik yang rusak sebagian menggantikan bahan asal. Jadi, semakin meningkat  fraksi  plastik  daur  ulang  dalam  campuran  akan  menjadikan  kualitas  produk  menjadi berkurang. Jenis daur ulang ini membutuhkan pembersihan dan  bukan limbah  yang terkontaminasi dengan  jenis  yang  sama  seperti  resin(Yoshioka  &  Grause,  2006).  Langkah  –  langkah  dalam  proses daur ulang primer adalah:
1. Memisahkan  limbah  dengan  jenis  resin  tertentu  dan  warna  yang  berbeda  dan  kemudian mencucinya.
2. Limbah  memiliki sifat leleh yang lebih  baik sehingga seharusnya ditinjau kembali menjadi pelet yang dapat ditambahkan ke resin asli.
Jenis  daur  ulang  ini  sangat  mahal  dibandingkan  jenis  daur  ulang  lainnya  karena  persyaratan sifat  plastik  yang  disebutkan  di  atas.  Jika  limbah  dapat  disortir  dengan  mudah  berdasarkan  resin tetapi  tidak  bisa  dijadikan  pelet  karena  kontaminasi  pewarnaan  campuran,  maka  limbah  dapat dimasukkan ke dalam aplikasi cetakan (Ayhan Demirbas, 2009).

## 2.2. Daur Ulang Sekunder
Daur ulang sekunder menggunakan limbah plastik padat dipembuatan produk plastik dengan cara mekanis, yang menggunakan daur ulang, pengisi, dan atau polimer murni. Tujuan dari proses ini adalah  untuk  mempertahankan  energi  yang  digunakan  untuk  produksi  plastik  untuk  mendapatkan keuntungan  finansial.  Tidak  seperti  itu  daur  ulang  primer,  proses  daur  ulang  sekunder  dapat menggunakan limbah terkontaminasi yang sudah dibersihkan. Proses daur ulang melibatkan produk
Vol. 1, No. 1, pp 1 – 7 doi: 10.14710/jebt.2020.8132
yang berbeda dan memiliki proses yang berbeda dibandingkan dengan proses produksi asli (Ayhan Demirbas, 2009; Huang et al., 2010).

## 2.3. Daur Ulang Tersier
Proses  ini  juga  dikenal  sebagai cracking  process .  Prosesnya  termasuk  memecah  plastik  di  suhu tinggi  (degradasi  termal)  atau  pada  suhu  lebih  rendah  dengan  katalis  (degradasi  katalitik),  yang mengandung  rantai  karbon  lebih  kecil.  Untuk  berbagai  produksi  kimia,  bahan  baku  ini  dapat digunakan  sebagai  bahan  dasar  yang  memiliki  kualitas  lebih  rendah  (contoh:  polimerisasi  atau fabrikasi bahan bakar). Sifat asal dari bahan baku akan hilang. Proses daur ulang tersier lebih penting karena  tingginya  tingkat  pencemaran  limbah.  Kami  dapat  memulihkan  monomer  dari  kondensasi polimer  (Yoshioka  &  Grause,  2006).  Mekanisme  seperti  hidrolisis,  metanolisis,  atau  glikolisis  dapat digunakan, misalnya, PET ( polyethylene terephthalate ), poliester, dan poliamida sementara penambahan polimer  suka  poliolefin,  polistirena,  dan  PVC  membutuhkan  perlakuan  termal  yang  lebih  kuat, gasifikasi, atau degradasi katalitik (Ayhan Demirbas, 2009; Wei et al., 2010).

## 2.4. Daur Ulang Kuarter
Proses  ini  termasuk  pemulihan  konten  energi  saja.  Karena  kebanyakan  sampah  plastik memiliki  konten  panas  tinggi  sehingga  dilakukan  pembakaran.  Energi  panas  tersebut  satu-  satunya keuntungan dari proses ini. Sisa dari insinerasi ini memiliki 20% berat, dengan 10% (Ayhan Demirbas, 2009).

## 3. Metode Konversi Plastik Menjadi Bahan Bakar

## 3.1. Pirolisis/Degradasi Termal
Pirolisis adalah proses degradasi termal suatu bahan tanpa adanya oksigen. Plastik dimasukkan ke dalam ruang silinder. Gas pirolitik terkondensasi dalam sistem kondensor yang dirancang secara khusus untuk menghasilkan distilat hidrokarbon yang terdiri dari lurus dan rantai bercabang alifatik, alifatik  siklik,  dan  hidrokarbon  aromatik,  dan  cairan  dipisahkan  menggunakan  distilasi  fraksional untuk  menghasilkan  produk  bahan  bakar  cair.  Plastik  tersebut  di  pirolisis  di  temperatur  370°C  – 420°C (Al-Salem et al., 2010).
Gambar 1. Proses Pirolisis (R. P. Singh et al., 2011)
Vol. 1, No. 1, pp 1 – 7 doi: 10.14710/jebt.2020.8132
Langkah penting dalam pirolisis plastik meliputi:
1. Memanaskan plastik secara merata tanpa variasi suhu yang berlebihan.
2. Membersihkan oksigen dari ruang pirolisis.
3. Mengelola  produk  sampingan  arang  karbon  sebelum  berubah  menjadi  isolator  termal  dan menurunkan perpindahan panas ke plastik.
4. Kondensasi dan fraksinasi yang hati-hati dari uap pirolisis untuk menghasilkan distilat yang berkualitas baik dan konsistensi.
Keuntungan dari proses pirolisis meliputi :
1. Volume limbah berkurang secara signifikan (<50% – 90%).
2. Bahan bakar padat, cair, dan gas dapat dihasilkan dari limbah.
3. Stok bahan bakar / bahan kimia yang dapat disimpan / diangkut diperoleh.
4. Masalah lingkungan berkurang.
5. Merupakan energi diperoleh dari sumber terbarukan seperti limbah padat rumah tangga.
6. Biaya modal rendah (B. Singh & Sharma, 2008).

## Tabel 1.
Parameter Operasi Proses Pirolisis (Mohan et al., 2006) Parameters Conventional Fast Flash Pyrolysis Temperature (K) 550 – 900 850 – 1.250 1.050 – 1.300 Heating Rate (K/s) 0,1 – 1 10 – 200 >1.000 Particle Size (mm) 5 – 50 <1 <0,2 Solid Residence (s) 300 – 3.600 0,5 – 10 <0,5
Ada  berbagai  jenis  proses  pirolisis.  Pirolisis  konvensional  (pirolisa  lambat)  berlangsung  di bawah  tingkat  pemanasan  rendah  dengan  produk  padat,  cair,  dan  gas  dalam  porsi  yang  signifikan. Pirolisis konvensional merupakan proses kuno yang digunakan terutama untuk produksi arang. Uap dapat secara kontinyu dibuang. Pirolisis cepat dikaitkan dengan tar, pada suhu rendah (850 K – 1.250 K)  dan  atau  gas  pada  suhu  tinggi  (1.050  K  –  1.300  K).  Saat  ini,  teknologi  yang  lebih  dipilih  adalah pirolisis cepat atau flash pada suhu tinggi dengan sangat waktu tinggal singkat. Pirolisis cepat (lebih akurat didefinisikan sebagai termolisis) adalah suatu proses di mana suatu  bahan, seperti  biomassa, dipanaskan  dengan  cepat  ke  suhu  tinggi  tanpa  adanya  oksigen.  Tabel  1  menunjukkan  kisaran parameter operasi untuk proses pirolisis (A. Demirbas, 2007; Zhang et al., 2007).

## 3.2. Degradasi Katalitik
Dalam metode ini, katalis yang cocok digunakan untuk melakukan reaksi retak. Adanya Katalis menurunkan suhu dan waktu reaksi. Proses terjadi  pada distribusi produk nomor dan puncak atom karbon yang jauh lebih sempit pada hidrokarbon yang lebih ringan yang terjadi pada suhu yang lebih rendah.  Biaya  proses  ini  harusnya  bisa  lebih  murah  membuat  proses  lebih  menarik  dari  perspektif ekonomi.  Penggunaan  ulang  katalis  dan  penggunaa  dalam  jumlah  yang  lebih  sedikit  dapat mengoptimalkan  proses  ini.  Proses  ini  dapat  dikembangkan  menjadi  proses  daur  ulang  polimer komersial yang hemat biaya untuk memecahkan akut masalah lingkungan dari pembuangan limbah plastik. Proses ini juga menawarkan kemampuan retak dari plastik yang lebih tinggi, serta konsentrasi residu padat yang lebih rendah didalam produk (Aguado et al., 2008).
Vol. 1, No. 1, pp 1 – 7 doi: 10.14710/jebt.2020.8132

## 3.3. Gasifikasi
Dalam  proses  ini,  pada  tahap  pertama  pembakaran  biomassa  dilakukan  secara  parsial  untuk menghasilkan  gas  dan  arang  dan  pengurangan  dari  produk  gas,  terutama  CO 2 dan  H 2 O  oleh  arang menjadi CO dan H 2 . Prosesnya juga menghasilkan beberapa metana dan hidrokarbon lain yang lebih tinggi  (HCs)  tergantung  pada  desain  dan  kondisi  operasi  reaktor.  Secara  umum,  gasifikasi  dapat didefinisikan sebagai konversi termokimia berbasis karbon padat atau cair menjadi produk gas yang mudah  terbakar  oleh  senyawa  gas  lain  ( gasification  agent ).  Senyawa  gas  tersebut  memungkinkan bahan  baku  yang  akan  dikonversi  dengan  cepat  menjadi  gas  dengan  cara  reaksi  heterogen  yang berbeda.  Jika  prosesnya  tidak  terjadi  dengan  bantuan  zat  pengoksidasi,  maka  disebut  sebagai gasifikasi tidak langsung dan  membutuhkan sumber  energi eksternal dari gasification agent, karena mudah  diproduksi  dan  meningkatkan  kandungan  hidrogen  dari  gas  yang  mudah  terbakar  (Katyal, 2007).
Sistem  gasifikasi  terdiri  dari  tiga  hal  mendasar  elemen:  (1)  gasifier,  berguna  dalam menghasilkan gas yang mudah terbakar; (2) sistem pembersihan gas (gas cleanup system), diperlukan untuk  membuang  senyawa  berbahaya  dari  gas  yang  mudah  terbakar;  (3)  sistem  pemulihan  energi (energy  recovery  stsem).  Sistem  ini  dilengkapi  dengan  subsistem  yang  sesuai,  yang  berguna  untuk mengendalikan dampak lingkungan (udara polusi, produksi limbah padat, dan air limbah) (Cullis & Hirschler, 1981).
Proses  gasifikasi  merupakan  alternatif  masa  depan  dari  insinerator  limbah  untuk  pengolahan termal  dari  limbah  berbasis  karbon  homogen  dan  untuk  limbah  heterogen  yang  telah  diolah sebelumnya.

## 4. Kesimpulan
Penemuan  plastik  merupakan  salah  satu  salah  satu  inovasi  terbesar.  Plastik  digunakan  secara umum dan besar karena mempunyai sifat yang ringan, tidak berkarat, tidak busuk, berbiaya rendah, serta  dapat  digunakan  kembali.  Literatur  mengungkapkan  bahwa  telah  dilakukan  banyak  upaya penelitian  tentang  pirolisis  plastik  di  kondisi  berbeda  menggunakan  katalis  berbeda.  Namum  ada masalah  yang  harus  dipecahkan  antara  lain  skala  yang  diperlukan,  minimalisasi  penanganan  biaya limbah dan biaya produksi, dan optimalisasi bahan bakar bensin untuk berbagai macam limbah atau campuran plastik.
Sejumlah  besar  limbah  plastik  yang  dihasilkan  dapat  diolah  dengan  metode  yang  sesuai  yang dirancang  untuk  menghasilkan  bahan  bakar  pengganti  bahan  bakar  fosil.  Metode  ini  memiliki kelebihan dalam segala hal (ekologis dan ekonomis) jika ada infrastruktur yang tepat dan dukungan modal keuangan. Jadi, proses yang cocok yang dapat mengubah limbah plastik menjadi bahan bakar hidrokarbon perlu didesain dan jika diimplementasikan akan dapat menjadi pengganti sebagian dari konsumsi  minyak  bumi  tanpa  menghasilkan  polutan  serta  dapat  juga  mengurangi  import  minyak mentah.
Tantangannya  saat  ini  adalah  mengembangkan  standar  untuk  proses  dan  produk  plastik  daur ulang  dan  untuk  mengadopsi  teknologi  pirolisis  yang  lebih  maju  untuk  pengolahan  limbah  plastik, mengacu  pada  pengamatan  penelitian  dan  pengembangan  di  lapangan.  Reaktor  pirolisis  harus dirancang  agar  sesuai  dengan  plastik  limbah  campuran  dan  produksi  skala  kecil  dan  menengah. Analisis yang tepat akan membantu mengurangi investasi modal dan juga biaya operasi dan dengan demikian akan meningkatkan kelayakan ekonomi dari proses tersebut.
Vol. 1, No. 1, pp 1 – 7 doi: 10.14710/jebt.2020.8132

## Daftar Pustaka
Aguado, J., Serrano, D., & Escola, J. (2008). Fuels from Waste Plastiks by Thermal and Catalytic Processes:  A  Review.  Industrial  &  Engineering  Chemistry  Research,  47(21),  7982–7992. https://doi.org/10.1021/ie800393w
Al-Salem, S. M., Lettieri, P., & Baeyens, J. (2010). The valorization of  plastik solid waste (PSW) by  primary  to  quaternary  routes:  From  re-use  to  energy  and  chemicals.  Progress  in  Energy  and Combustion Science, 36(1), 103–129. https://doi.org/10.1016/J.PECS.2009.09.001
Buekens, A. G., & Huang,  H. (1998). Catalytic  plastiks cracking for recovery of gasoline-range hydrocarbons from municipal plastik wastes. Resources, Conservation and Recycling, 23(3), 163–181. https://doi.org/10.1016/S0921-3449(98)00025-1
Cullis,  C.  F.,  &  Hirschler,  M.  M.  (1981).  The  combustion  of  Organic  Polymers.  Journal  of Polymer Science: Polymer Letters Edition, 20(11), 606. https://doi.org/10.1002/pol.1982.130201115
Demirbas, A. (2007). Producing Bio-oil from Olive Cake by Fast Pyrolysis. Energy Sources, Part A: Recovery,
Utilization,
and
Environmental Effects, 30(1), 38–44.
https://doi.org/10.1080/00908310600626747
Demirbas,  Ayhan.  (2009).  Biorefineries:  Current  activities  and  future  developments.  Energy Conversion and Management, 50(11), 2782–2801. https://doi.org/10.1016/J.ENCONMAN.2009.06.035
Huang,  W.  C.,  Huang,  M.  S.,  Huang,  C.  F.,  Chen,  C.  C.,  &  Ou,  K.  L.  (2010).  Thermochemical conversion of polymer wastes into hydrocarbon fuels over various fluidizing cracking catalysts. Fuel, 89(9), 2305–2316. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2010.04.013
Katyal,  S.  (2007).  Effect  of  Carbonization  Temperature  on  Combustion  Reactivity  of  Bagasse Char.  Energy  Sources,  Part  A:  Recovery,  Utilization,  and  Environmental  Effects,  29(16),  1477–1485. https://doi.org/10.1080/00908310600710715
Kpere-daibo,  T.  S.  (2009).  Plastik  Catalytic  Degradation  Study  of  the  role  of  external  catalytic surface  ,  Catalytic  Reusability  and  Temperature  Effects.  In  University  of  London  (Issue  April). University of London.
Mohan, D., Jr., C. U. P., & Steele, P. H. (2006). Pyrolysis of Wood/Biomas. Energy Fuels, 20(3), 848–883. https://doi.org/10.1021/ef0502397
Panda, A. K., Singh, R. K., & Mishra, D. K. (2010). Thermolysis of waste plastiks to liquid fuel: A suitable method for plastik waste management and manufacture of value added products—A world prospective. Renewable and
Sustainable Energy Reviews, 14(1), 233–248.
https://doi.org/10.1016/J.RSER.2009.07.005
Singh,  B.,  &  Sharma,  N.  (2008).  Mechanistic  implications  of  plastik  degradation.  Polymer Degradation and Stability, 93(3), 561–584. https://doi.org/10.1016/J.POLYMDEGRADSTAB.2007.11.008
Singh,  R.  P.,  Tyagi,  V.  V.,  Allen,  T.,  Ibrahim,  M.  H.,  &  Kothari,  R.  (2011).  An  overview  for exploring the possibilities of energy generation from municipal solid waste (MSW) in Indian scenario.
Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(9), 4797–4808.
https://doi.org/10.1016/J.RSER.2011.07.071
Wei,  T.  T.,  Wu,  K.  J.,  Lee,  S.  L.,  &  Lin,  Y.  H.  (2010).  Chemical  recycling  of  post-consumer polymer  waste  over  fluidizing  cracking  catalysts  for  producing  chemicals  and  hydrocarbon  fuels.
Resources, Conservation
and
Recycling, 54(11), 952–961.
https://doi.org/10.1016/J.RESCONREC.2010.02.002
Vol. 1, No. 1, pp 1 – 7 doi: 10.14710/jebt.2020.8132
Yoshioka,  T.,  &  Grause,  G.  (2006).  Feedstock  Recycling  of  PET.  In  J.  Scheirs  &  W.  Kaminsky (Eds.), Feedstock Recycling and Pyrolysis of Waste Plastiks: Converting Waste Plastiks into Diesel and Other Fuels (1st ed., pp. 641–661). John Wiley & Sons, Ltd. https://doi.org/10.1002/0470021543.ch25
Zhang, G. H., Zhu, J. F., & Okuwaki, A. (2007). Prospect and current status of recycling waste plastiks and technology for converting them into oil in China. Resources, Conservation and Recycling, 50(3), 231–239. https://doi.org/10.1016/J.RESCONREC.2006.11.007