## APLIKASI BOX MODEL SEDERHANA UNTUK ESTIMASI KONSENTRASI POLUTAN BLACK CARBON DI ATMOSFER
Haryono Setiyo Huboyo 1) , Budi Prasetyo Samadikun 1)
1 )Departemen Teknik Lingkungan , Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,  Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indonesia 50275
e-mail: huboyo@undip.ac.id

## Abstrak
Box  Model  adalah  salah  satu  pemodelan  kualitas  udara  yang  menggunakan  formulasi matematis parameter-parameter yang mempengaruhi konsentrasi polutan di udara yaitu berupa arah dan kecepatan angin, serta ketinggian. Black carbon adalah komponen utama jelaga dan dihasilkan  dari  pembakaran  bahan  bakar  fosil  dan  biomassa  yang  tidak  sempurna  serta memiliki  dampak  pemanasan  pada  iklim  460-1500  kali  lebih  kuat  dari  CO 2 .  Tujuan  dari penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  estimasi  konsentrasi  polutan  black  carbon  di  atmosfer dengan  menggunakan  pemodelan  Box  Model.  Pengukuran  PM 2.5 menggunakan  HVAS  (High Volume  Air  Sampler)  dengan  metode  gravimetri  kemudian  pengujian  black  carbon pada  PM 2,5 menggunakan  metode  reflektansi  dengan  menggunakan  EEL  Smokestain  Reflectometer, kemudian  melakukan  perhitungan  estimasi  black  carbon  dengan  box  model.  Pengambilan sampel  dilakukan  pada  lima  titik  yang  tersebar  di  kota  Semarang  sebanyak  tiga  kali pengukuran.  Hasil  penelitian  didapatkan  bahwa  rata-rata  perhitungan  estimasi  black  carbon menggunakan box model  tidak jauh berbeda atau relatif sama dengan rata-rata hasil pengujian black carbon yang didapatkan dari sampel pengukuran di lapangan.
Kata kunci: air pollution, black carbon, box model, PM 2,5

## Abstract
Box Model is one of the air quality modeling that uses mathematical formulation parameters that affect  the  concentration  of  pollutants  in  the  air  in  the  form  of  wind  direction  and  speed,  and altitude. Black carbon is a major component of soot and  is produced from incomplete burning of fossil  fuels  and  biomass  and  has  a  warming  effect  on  climate  460-1500  times  stronger  than CO 2 .  Black  carbon  is  usually  contained  in  PM 2.5 because  it  comes  from  anthropogenic emissions.  The  purpose  of  this  study  was  to  determine  the  estimated  concentration  of  black carbon pollutants in the atmosphere in the city of Semarang by using Box Model modeling. The PM 2.5 measurements  were  conducted  using  HVAS  (High  Volume  Air  Sampler)  gravimetrically then  black  carbon  on  PM 2.5 was  analyzed  using  reflectance  method  with  EEL  Smokestain Reflectometer. The sampling was carried out at five points spread in Semarang city three times. The  results  showed  that  the  average  estimation  of  black  carbon  using  a  box  model  was  not much  different  or  relatively  as  much  as  the  average  black  carbon  test  results  obtained  from measurement samples in the field.
Keywords: air pollution, black carbon, box model, PM 2,5

## Pendahuluan
Karbon  hitam  ( black  carbon )  adalah komponen  utama  jelaga  dan  dihasilkan  dari pembakaran  bahan  bakar  fosil  dan  biomassa yang  tidak  sempurna. Black  carbon memiliki dampak pemanasan pada  iklim 460-1500 kali lebih  kuat  dari  CO 2 (Bond  et  al.  2013).  Masa hidupnya  bervariasi  dari  beberapa  hari sampai  beberapa  minggu.  Saat  tersimpan  di atas es dan salju, karbon hitam menyebabkan pemanasan  atmosfir  dan  peningkatan  laju leleh. Black  carbon ini  juga  mempengaruhi
pembentukan  awan  dan  dampak  peredaran regional  dan  pola  curah  hujan.  Karbon  hitam selalu  dipancarkan  dengan  partikel-partikel polutan,  seperti  karbon  organik  dan  sulfat, yang  dapat  memiliki  efek  netral  atau  bahkan pendinginan pada iklim (Hovart, 1997).
Box  model digunakan  untuk  menduga rata-rata konsentrasi polutan di suatu daerah,yang disumsikan sebagai kotak dimana  sumber  emisi  tersebar  merata  di permukaan bawah kotak. Selanjutnya, polutan dibawa  dan  didistribusikan  dari  daerah sumber oleh gerak lateral sesuai dengan arah
angin.  Model  ini  menganggap  suatu  wilayah dan  kota  sebagai  suatu  kotak.  Yang  didalam kotak  tersebut  terjadi  sebuah  aktivitas  yang menghasilkan gas emisi. Model ini memperhitungkan  faktor  meteorologi  berupa arah  dan  kecepatan  angin,  serta  ketinggian mixing  height  (boundary  layer) (Hassan  dan Crowther 1998).
Titik sampling pada penelitian ini terdapat lima  titik  yaitu  Tugu,  Pleburan  di  Semarang Selatan, Pedurungan, Ngesrep di Banyumanik,  dan  Gunung  Pati.  Pengujian black  carbon dilakukan  di  laboratorium PSTNT  Batan  Bandung.  Cahaya yang direfleksikan  atau  diserap  pada  filter  sampel bergantung pada konsentrasi partikel, densitas,  refraksi  indeks  dan  ukuran  (Hovart, 1997).
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  estimasi  konsentrasi  polutan black carbon di atmosfer dengan menggunakan pemodelan Box Model . Dengan  adanya  penelitian  ini  diharapkan dapat  menjadi  salah  satu  informasi  bahwa pengurangan  emisi black  carbon penting untuk dilakukan.

## Metodologi Penelitian
Kegiatan  penelitian  terbagi  menjadi  tiga kegiatan, yaitu yang pertama  kegiatan inventarisasi  emisi black  carbon ,  pengujian dan  analisis  di  laboratorium,  dan  kegiatan perhitungan dan analisis menggunakan model. Berikut ini adalah kegiatan metodologi yang dilakukan:
a.  Inventarisasi Emisi Black Carbon Sumber
emisi sektor domestik diasumsikan  berupa  konsumsi  LPG  dari setiap  rumah  tangga  berdasarkan  tingkat kesejahteraannya.  Untuk  mendapatkan  data konsumsi  LPG  dilakukan  survey  kepada  3 contoh  kelurahan.  Setelah  mendapatkan  data tersebut,  maka  dapat  ditentukan  konsumsi LPG  tiap  kecamatan  dengan  menggunakan data  jumlah  penduduk  berdasarkan  tingkat kesejahteraan  yang  terdapat  dalam  Badan Pusat  Statistik  kota  Semarang.  Berikut  ini adalah  data  konsumsi  LPG  pada  kelima kecamatan lokasi pengambilan sampel di kota Semarang:
Gambar 1. Emisi BC Sektor Domestik Kota Semarang Tahun 2018
Untuk  menghitung  beban  emisi black  carbon dilakukan pendekatam rumus berikut:

## BE = KK x FE
Dimana: KK = jumlah KK berdasarkan kelas di   kecamatan FE = faktor emisi BC sektor domestik Sumber emisi sektor industri didapat dari data industri  yang  ada  di  kecamatan  sebagai berikut:
Tabel 1. Daftar Industri yang Terdapat di

## Kecamatan
No  Kecamatan   Industri Besar Industri Kecil Jumlah Industri 1 Tugu 18 12 30 2 Semarang Selatan 2 3 5 3 Pedurungan 11 15 26 4 Banyumanik 4 9 13 5 Gunung Pati 1 4 5 Pendekatan formula untuk menghitung beban emisi black carbon sebagai berikut:
BC = konsentrasi PM x 10%
Sedangkan  untuk  sumber  emisi black  carbon sektor transportasi on road digunakan dengan memakai  VKT  ( Vehicle  Kilometer  Traveled ) tiap  jenis  kendaraan  bermotor.  Berikut  ini ditunjukkan  tabel  total  VKT  tiap  jenis kendaraan bermotor.
Tabel 2. VKT Sumber Total Kendaraan
Dan  untuk  menghitung  beban  emisi  BC  dari sektor transportasi on road digunakan persamaan:
BE= VKT x FE
Dimana:
VKT = Vehicle Kilometer Traveled FE
= Faktor emisi BC kendaraan
b.  Kegiatan
Pengujian dan Analisis Laboratorium
Kegiatan sampling di lapangan untuk mengambil PM 2,5 digunakan rumus: Mp = M2 – M1 Dimana: Mp = berat partikulat PM2,5 M2 = berat filter setelah sampling M1 = berat filter sebelum sampling
Setelah pengujian black carbon di laboratorium  maka  dilakukan  perhitungan black carbon berdasarkan perhitungan rumus:
BC =
Dimana : I   = reflektans filter kosong I   = reflektans sampel yang diukur A   = luas sampel yang diukur V   = volume udara sampel yang diukur
c.  Kegiatan Perhitungan dan Analisis Model
Untuk  melakukan  perhitungan  estimasi black carbon digunakan rumus:
C = b +(q.p)/(u.H)
Dimana : b  = hasil konsentrasi BC di lapangan q  = beban emisi BC hasil inventarisasi p  = panjang area lokasi (kecamatan) u  = kecepatan angin H  = ketinggian atmosfer

## Hasil dan Pembahasan
Estimasi black  carbon yang  dilepaskan  di udara ambien dihitung pada setiap kecamatan dilakukannya pengukuran.
Gambar 2. Estimasi Konsentrasi Black Carbon pada Udara Ambien Kecamatan Tugu
Estimasi  konsentrasi black  carbon di kecamatan  Tugu  menunjukkan  konsentrasi rata-rata  4,284  µg/m 3 dan  konsentrasi  BC pada  ketinggian  120  m  lebih  tinggi  dibanding ketinggian 200 m.
Gambar 3. Estimasi Konsentrasi Black Carbon pada Udara Ambien Kecamatan Kecamatan Selatan
Estimasi    konsentrasi black  carbon di kecamatan Semarang Selatan rata-rata adalah 4,459 µg/m 3 .
Gambar 4. Estimasi Konsentrasi Black Carbon pada Udara Ambien Kecamatan
Pedurungan
Jenis Kendaraan Bermotor VKT Sumber Total (km/tahun) Bus 142.075.885 Truk 793.501.520 Mobil Penumpang Bensin 3.361.728.117 Mobil Penumpang Diesel 103.970.973 Motor 18.121.476.200
Estimasi black carbon di kecamatan Pedurungan rata-rata sebesar 4,714 µg/m 3 .
Gambar 5 . Estimasi Konsentrasi Black
Carbon pada Udara Ambien Kecamatan Banyumanik Estimasi black carbon
di kecamatan Pedurungan rata-rata sebesar 4,689 µg/m 3
Gambar 6. Estimasi Konsentrasi Black Carbon pada Udara Ambien Kecamatan Gunung Pati
Estimasi black  carbon di  kecamatan Pedurungan rata-rata sebesar 3,996 µg/m 3
Secara  keseluruhan,  hasil  perhitungan estimasi konsentrasi
black
carbon menunjukkan  bahwa  pada  ketinggian  120 meter,  konsentrasi black  carbon lebih  tinggi dibandingkan  pada  ketinggian  200  meter. Artinya,  semakin  naik  keatas  atmosfer, konsentrasi black  carbon semakin  rendah.
Hal  ini  dikarenakan  bahwa  pada  prinsip box model, keadaan  adalah  selalu  tetap  ( steady state ).  Laju  emisi  polutannya  konstan  (relatif tetap). Udara yang bergerak dibatasi dari atas oleh lapisan udara yang stabil pada ketinggian  (h).  Udara  yang  bergerak  juga dibatasi  pada  arah  tegak  lurus  terhadap kecepatan angin.

## Kesimpulan
Hasil  perhitungan  menunjukkan  bahwa konsentrasi black carbon pada saat pengukuran  relatif  hampir  sama  dengan  hasil perhitungan estimasi menggunakan box model yaitu sekitar 6-13%. Secara keseluruhan, hasil perhitungan estimasi konsentrasi  black  carbon    menunjukkan bahwa pada ketinggian 120 meter, konsentrasi  black  carbon    lebih  tinggi dibandingkan pada ketinggian 200 meter.
Ucapan  Terima  Kasih: Ucapan  terima  kasih disampaikan kepada Irna  Sari Panjaitan  yang sudah membantu dalam pelaksanaan penelitian ini.

## Daftar Pustaka
Bond  TC,  et  al.  (2013) Bounding  the  role  of black  carbon  in  the  climate  system:  A scientific  assessment .  J  Geophys  Res Atmos 118(11):5380 –5552, 10.1002/jgrd.50171 BPS, Semarang Dalam Angka (2015). Jumlah KK Berdasarkan Tingkat Kesejahteraannya di Tiap Kecamatan.. Hassan,  A.A.,Crowther  J.M.  1998.  A  Simple
Model  Polutant  Concentrations  In  A Street  Canyon. J  of  Enviromental Monitoring  and  Assessment 52:269  - 280.
Hovart,  H., Experinmental  calibraion  for aerosol  light  absorption  measurement using  the  integrating  plate  method- Summary  of  data,  Aerosol  Science, 28 (1997)1149-1161