Penggunaan Tembaga (Cu) sebagai Katalis pada Saluran Gas Buang Gasoline Engine dan Pengaruhnya terhadap Emisi Gas Buang yang dihasilkan
Muhammad Hasan Albana * , Septi Cristian Saragih *
 Batam Polytechnics
Mechanical Engineering study Program
Jln. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: hasan@polibatam.ac.id

## Abstrak
Salah  satu  faktor  penghasil  emisi  gas  buang  pada gasoline  engine adalah  proses  pembakaran  campuran  bahan bakar dan udara yang tidak sempurna.  Karbon  monoksida (CO), hidrokarbon (HC) dan Karbondioksida (CO 2 ) adalah  be-  berapa  emisi  gas  buang  yang  dihasilkan  dan  sangat  berbahaya  bagi  manusia  dan  menyebabkan pemanasan  global,  sehingga  emisi  gas  buang  tersebut  harus  diminimalisir.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui penggunaan tem- baga (Cu) sebagai katalis pada saluran gas buang gasoline engine dan pengaruhnya terhadap emisi gas buang yang dihasilkan. Tembaga yang digunakan berbentuk plat dengan tebal 0.01 mm dan berat  80  gram.  Penelitian  dilakukan  secara  eksperimen  pada  putaran  mesin  3000  rpm  hingga  7000  rpm. Penggunaan katalis tembaga pada saluran gas buang pada penelitian ini berhasil menurunkan emisi CO dan HC sebesar 1,31% dan 582 ppm, sedangkan untuk emisi CO 2 mengalami kenaikan sebesar 0,47%.
Kata kunci: Emisi Gas Buang, Gasoline Engine, Katalis, Tembaga

## Abstract
One of the factors producing exhaust emissions in gasoline engines is incomplete burning process of fuel and air mixture.  Carbonmonoxide  (CO),  hidrocarbon  (HC)  and  carbondioxide  (CO 2 )  is  some  exhaust  emissions  and highly  dangerous  to  humans  and  causing  global  warming,  so  that  exhaust  emissions  must  be  minimized.  This study  aims  to  determine  the  use  of  copper  (Cu)  as  a  catalyst  in  exhaust  manifold  of  gasoline  engine  and  its influence on the exhaust emission. Copper with thickness 0,01 mm and weigh 80 gram is used in this study. The study conducted experiment- ally at engine speed 3000 rpm to 7000 rpm. The result showed that copper catalyst can reduce CO and HC emissions 1,31% and 582 ppm respectively, but CO 2 emission increased 0,47%.
Keywords: Catalist, Copper, Exhaust Gas Emission, Gasoline Engine

## 1 Pendahuluan
Emisi gas buang dari mesin pembakaran dalam ( inter- nal  combustion  engine )  menyebabkan  lingkungan menjadi  kotor  dan  berkontribusi  dalam  terjadinya pemanasan  global,  hujan  asam  serta  merusak  kese- hatan masyarakat. Penyebab utama dari emisi gas bu- ang tersebut adalah proses pembakaran campuran ba- han  bakar  dan  udara  yang  tidak  stoikiometri, terjadinya  penguraian  nitrogen  dan impurities pada bahan bakar dan udara [1].
Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mengurangi emisi gas buang dari mesin pembakaran dalam  terse-  but.  Salah  satunya  adalah  dengan menggunakan  bahan  bakar  alternatif  yang  memiliki kandungan  oksigen  le-  bih  tinggi  dan  kandungan karbon  yang  lebih  rendah  di-  bandingkan gasoline. Contoh  bahan  bakar  alternatif  tersebut  adalah
methanol (CH 3 OH) dimana kandungan oksigen pada methanol  50%  lebih  banyak  dibanding-  kan kandungan oksigen pada gasoline . Methanol ha- nya mengandung  sekitar  37,5%  karbon  (C)  sedangkan gasoline mengandung karbon sebesar 85,8% [2]. Oleh karena itu penggunaan methanol sebagai bahan bakar secara  efektif  mengurangi  emisi  karbon  monoksida (CO) dan hidrokarbon (HC) dari gasoline engine [3].
Metode lain yang dilakukan peneliti untuk mengurangi emisi gas buang pada mesin pembakaran dalam  adalah  dengan  menggunakan catalytic converter .  Untuk  me-  ngurangi  emisi  gas  buang, catalytic  converter meng-  gunakan  beberapa  bahan baku  seperti  palladium  (Pd),  platinum  (Pt)  dan rhodium  (Rh)  [4]. Catalytic  conver-  ter mengurangi kadar  hidrokarbon  dan  mengurai  emisi  karbon monoksida (CO) menjadi gas karbon dioksida (CO 2 ).
Vol. 8, No. 1, April 2016, 34-36
p-ISSN: 2085-3858
Akan  tetapi,  palladium,  platinum  dan  rhodium tersebut ketersediannya sedikit dan relatif mahal [5]. Adanya timbal (Pb) pada bahan bakar gasoline yang ada  di  Indonesia  juga  memiliki  efek  samping  pada bahan  baku  tersebut  dan  mengurangi  performa  dari catalytic  converter [6].  Oleh  karena  itu  dibutuhkan bahan baku alternatif sebagai katalis pada saluran gas buang.
Beberapa  bahan  baku  alternatif  sebagai  pengganti palladium  (Pd),  platinum  (Pt)  dan  rhodium  (Rh) adalah  mangan,  tembaga  dan  nikel  [6].  Katalis Manganese  coated  copper pada  saluran  gas  buang gasoline engine secara efektif  mengurangi emisi  gas buang  karbon  monoksida  (CO)  [6].  Penelitian  ini dilakukan  untuk  menguji  penggunaan  tembaga sebagai  katalis  pada  saluran  gas  buang gasoline engine dan  pengaruhnya  terhadap  emisi  gas  buang yang  dihasilkan  yaitu  emisi  gas  buang  karbon monoksida (CO), hidrokarbon (HC) dan karbondioksida (CO 2 ). Karbondioksida (CO 2 ) dikategorikan sebagai emisi gas buang karena kontri- businya dalam terjadinya pemanasan global.

## 2 Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  secara  eksperimen  dengan menggunakan fasilitas laboratorium pada putaran me- sin 3000 rpm hingga 7000 rpm. Gasoline engine yang digunakan pada penelitian ini adalah gasoline engine 4  langkah  dengan  silinder  tunggal.  Spesifikasi  dari mesin yang digunakan diperlihatkan pada Tabel 1.
T ABEL 1. S PESIFIKASI MESIN UJI Tipe Mesin : 4 Langkah Diameter x langkah : 50 x 49,5mm Kompresi : 9,0 : 1 Volume Silinder : 97,1 cc Power maksimum : 7,3 Ps @8000 Rpm Torsi maksimum : 0,74 kgf.m @6000 Rpm
Konstruksi dari katalis tembaga pada penelitian ini di- perlihatkan pada Gambar 1. Berat katalis secara kese- luruhan adalah 80 gram. Katalis tembaga tersebut di- masukkan ke dalam saluran gas buang. Emisi gas bu- ang  karbon  monoksida  (CO),  hidrokarbon  (HC)  dan karbondioksida  (CO 2 )  yang  dihasilkan  dari  mesin keti- ka menggunakan katalis tembaga diperbandingkan  de-  ngan  emisi  gas  buang  mesin ketika  menggunakan  salu-  ran  buang  standar  tanpa tambahan katalis tembaga.
Pengujian emisi gas buang pada penelitian ini meng- gunakan exhaust  gas  analyzer NHA-406.  Sebelum me- lakukan pengujian, mesin uji di tune-up terlebih
dahulu  untuk  mengembalikan  performanya  pada kondisi  stan-  dar.  Tahapan  pengujian  adalah  sebagai berikut:  pada  tahap  awal,  mesin  dinyalakan  pada kondisi  idle  sampai  temperatur  kerja  mesin  yaitu  70 o C,  alat  ukur  dimasuk-  kan  ke  dalam  saluran  gas buang  mesin,  putaran  mesin  dinaikkan  secara bertahap 3000 rpm, 3500 rpm, 4000 rpm, 4500 rpm, 5000 rpm, 6000 rpm, 6500 rpm dan 7000 rpm. Pada setiap putaran  mesin tersebut  dilaku-  kan pencatatan data  emisi  gas  buang  yang  dihasilkan.  Kelembaban udara  pada  saat  pengujian  juga  dilakukan  untuk mendapatkan  hasil  pengujian  yang  lebih  valid  dan reliable . Skema layout pengujian diperlihatkan pa- da Gambar 2.
Gambar 1: Konstruksi Katalis Tembaga
Gambar  2: Skema  Layout  Pengujian  (1) Gasoline  Engine , (2) Saluran  Gas  Buang,  (3) Exhaust  Gas  Analyzer ,  (3) Termometer, (5) Hygrometer

## 3 Hasil dan Pembahasan
Penggunaan  katalis tembaga  pada saluran  gas buang gasoline  engine  secara  efektif  mengurangi  emisi  gas buang  karbonmonoksida  (CO)  sebagaimana  terlihat pada  Gambar  3.  Pada  putaran  mesin  rendah  hingga pu-  taran  mesin  tinggi  emisi  gas  buang  CO  yang dihasilkan  dari  penggunaan  katalis  tembaga  tetap lebih  rendah  dibandingkan  emisi  gas  buang  ketika menggunakan  saluran  gas  buang  tanpa  katalis tembaga  sebesar  1,31%.  Hal  ini  disebabkan  karena peran  tembaga  sebagai  katalis  yang  mempercepat terjadinya  proses  perubahan  suatu  zat  (reaksi  kimia) sehingga  gas  seperti  karbon-  monoksida  (CO)  dapat teroksidasi menjadi karbon- dioksida (CO 2 ) [6].
Emisi  gas  buang  hidrokarbon  (HC)  yang  dihasilkan dari  penggunaan  katalis  tembaga  pada  saluran  gas buang  juga  lebih  rendah  dibandingkan  emisi  gas buang  HC  yang  dihasilkan  pada  saluran  gas  buang standar,  pada  setiap  putaran mesin.  Emisi  gas  buang
2 1 2 3 4 5
HC dari penggunaan katalis tembaga lebih rendah 582 ppm  dibandingkan  ketika  menggunakan  saluran  gas buang  tanpa  katalis  tembaga  sebagaimana  terlihat pada Gambar 4.
0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0% 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 Emisi C O Putaran Mesin (Rpm)
Gambar 3: Emisi Gas Buang Karbonmonoksida (CO), (♦) Saluran
Gas Buang Standard, (■) Saluran Gas Buang dengan penambahan Katalis Tembaga
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 Emisi HC (Ppm) Putaran Mesin (Rpm)
Gambar 4: Emisi Gas Buang Hidrokarbon (HC), (♦) Saluran  Gas Buang  Standard,  (■)  Saluran  Gas  Buang  dengan penambahan Katalis Tembaga
Fenomena sebaliknya terjadi ketika melihat emisi gas buang  karbondioksida  (CO 2 )  yang  dihasilkan  dari penggunaan  katalis  tembaga  pada  saluran  gas  buang gasoline  engine yang  diuji.  Karbondioksida  pada penelitian  ini  dimasukkan  dalam  kategori  emisi karena  walaupun  zat  tersebut  tidak  berbahaya  bagi kesehatan  manusia  tetapi  karbondioksida-lah  salah satu  penyebab  terjadinya  pemanasan  global  ( global warming).  Dari  pengujian  yang  dilakukan  terlihat bahwa  emisi  karbon-  dioksida  yang  dihasilkan  dari penggunaan  katalis  tembaga  lebih  tinggi  0,47% dibandingkan emisi gas buang karbondioksida ketika menggunakan saluran gas buang  standard atau tanpa menggunakan  katalis  tembaga.  Pada  setiap  putaran mesin  yang  diuji,  emisi  karbondioksida  yang dihasilkan  dari  penggunaan  katalis  tembaga  selalu lebih tinggi dibandingkan tanpa menggunakan katalis tembaga  khususnya  pada  putaran  mesin  4000  rpm sebagaimana  terlihat  pada  Gambar  5.  Secara  teori, emisi  gas  buang  karbondioksida  (CO 2 )  yang dihasilkan oleh gasoline engine berbanding terba- lik dengan  emisi  gas  buang  karbonmonoksida  (CO). Semakin rendah emisi CO yang dihasilkan oleh mesin maka semakin tinggi emisi CO 2 yang dihasilkan dan demikian  juga  sebaliknya,  semakin  tinggi  emisi  CO yang  dihasilkan  maka  semakin  rendah  emisi  CO 2 yang  dihasilkan.  Tingginya  CO  yang  dihasilkan merupakan  salah  satu  ciri  pembakaran  yang  tidak sempurna.
0,027 0,029 0,031 0,033 0,035 0,037 0,039 0,041 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 K arbond io ksida (%) Putaran Mesin (RPM)
Gambar  5: Emisi Gas Buang Karbondioksida (CO 2 ), (♦) Saluran Gas Buang Standard, (■) Saluran Gas Buang dengan penambahan Katalis Tembaga

## 4 Kesimpulan
Penggunaan  katalis tembaga  pada saluran  gas buang pada  penelitian  ini  secara  efektif  mengurangi  emisi gas  buang  karbonmonoksida  (CO)  sebesar  1,31% diban-  dingkan  ketika  tanpa  menggunakan  katalis tembaga  dan  emisi  hidrokarbon  (HC)  berkurang sebesar 582 ppm. Adapun emisi karbondioksida (CO 2 ) ketika menggunakan katalis tembaga pada saluran gas buang mengalami kenaikan sebesar 0,47% dibandingkan tan- pa menggunakan katalis tembaga.

## Daftar Pustaka
[1] Pulkrabek,  Willard  W, Engineering  Fundamen- tals of the Internal Combustion Engine , Prentice Hall, New Jersey, 1997.
[2] Bromberg,  L  &  Cheng,  W.K,  “ Methanol  as  an Alternative  Fuel  in  the  US:  Options  for Sustainable  and/or  Energy  Secure  Transporta- tion ”,  Massachusetts  Institute  of  Technology, Cambridge, 2010.
[3] Shenghua,  Liu.,  Clemente,  Eddy  R.  Cuty., Tiegang,  Hiu&  Yanjv,  Wei,  “ Study  of  Spark Ignition Engine Fueled with Methanol/ Gasoline Fuel  Blends ”,  Applied  Thermal  Engi-  neering, Vol. 27, hal. 1904-1910, 2007.
[4] Dowden, Catalytic Hand Book , Verlag New York, Inc. 1970.
[5] V.A.W Heller, Fundamental Motor Vehicle Tech- nology, Edisi  ke-4,  FIMI  Stanley  Thorne  (Pub- lishers) Ltd, 1995.
[6] Irawan,  RM.  Bagus.,  Purwanto.,  Hadiyanto, “Optimum Design of Manganese-Coated Copper Catalytic Converter to Reduce Carbon Monoxide Emissions  on  Gasoline  Motor” ,  Procedia Environ-  mental  Science,  Vol.  23,  hal.  86-92, 2015.