## KARAKTERISASI KATALIS TEMBAGA PADA CATALYTIC CONVERTER UNTUK MENGURANGI EMISI GAS CARBON MONOKSIDA MOTOR BENSIN
RM. Bagus Irawan 1 , Purwanto 2 , Hadiyanto 3

## Abstrak
Salah  satu  teknologi  rekayasa  yang  dapat  digunakan  untuk  mengurangi  polusi udara  adalah  dengan  pemakaian Catalytic  Converter yang  dipasang  pada  saluran gas  buang  kendaraan  bermotor (Heisler,  1995). Pada  umummnya  bahan  yang dipergunakan adalah:  Palladium, Platinum, dan Rodium yang relatif cukup mahal. Disamping  itu  katalis  tersebut  sangat  rentan  terhadap  bahan  bakar  premium  yang memiliki  kadar  Timbal  (Pb)  yang  berakibat  merusak  fungsi  katalis  karena  akan terjadi  penyumbatan  pada honeycomb  Catalytic  Converter .  Penggunaan  bahan Tembaga  sebagai  bahan  katalis Catalytic  Converter pada  penelitian-peneliti sebelumnya, mampu menurunkan emisi gas Carbon Monoksida Motor Bensin pada berbagai  variasi  putaran  mesin.  Namun  demikian  belum  diketahui  bagaimana perubahan  bahan  uji  pada  pengujian  emisi  gas  buang  tersebut.  Oleh  sebab  itu penelitian  ini  meneliti  tentang  karakterisasi  material  Tembaga  sebagai  bahan Katalis Catalytic  Converter .  Tujuan  yang  diharapkan  adalah  untuk  mendapatkan dan menggali informasi tentang karakterisasi material dari bahan Katalis Tembaga yang  digunakan  sebagai  bahan  katalis  pada Catalytic  Converter untuk  mereduksi Emisi Gas Buang Carbon Monoksida Motor Bensin. Karakterisasi Material dengan menggunakan  X-Ray Diffraction berguna untuk mengetahui perubahan unsur material bahan katalis Tembaga sebelum dan sesudah dilakukan pengujian emisi gas buang.
Kata Kunci: Catalytic Converter , Katalis Tembaga, X-RD

## PENDAHULUAN
Pertumbuhan jumlah kendaraan bermotor di Indonesia telah mencapai lebih dari 10% per  tahun  ini  menjadi  faktor  dominan  penyebab  utama  naiknya  angka  pencemaran  udara. Kondisi  ini  diperburuk  dengan  angka  pertumbuhan  jalan  yang  tidak  sebanding  dengan pertumbuhan  kendaraan  bermotor  yang  hanya  2%  per  tahun.  Hal  ini  akan  semakin memperburuk kondisi udara di berbagai kota. (Statistik Dirjen Perhubungan Darat, 2008)
Peningkatan  polusi  udara  dari  sektor  transportasi  sangat  signifikan  dan  berdampak pada  kehidupan  dan  lingkungan  saat  ini.  Sebuah  kendaraan  dari  proses  bekerjanya  dapat menghasilkan  polutan  berupa  gas  Carbon  Monoksida  (CO),  Hidrokarbon  (HC),  Nitorgen
1 Program Doktor Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Diponegoro
2 Program Doktor Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Diponegoro
3 Program Doktor Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Diponegoro
oksida  (NOx),  Sulfur  Oksida  (SO 2 )  dan  Timbal  (Pb)  yang  sering  disebut  sebgai  polutan primer. Salah satu polutan udara yang berbahaya dan sangat dominan jumlahnya adalah gas Carbon  Monoksida  yang  dihasilkan  dari  proses  pembakaran  bahan  bakar  dan  udara  motor bensin yang tidak sempurna (Wardhana A.W. 1995 ).
Sesuai  dengan  program Environment  Sustainable  Transportation  (EST) atau  lebih dikenal  dengan  transportasi  ramah  lingkungan  ada  12  program  atau  pendekatan  yang  bisa dilakukan  untuk  mengurangi  permasalahan  polusi  udara  yang  bersumber  dari  sektor transportasi, salah satunya adalah Vehicle Emissions Control yang akan menjadi fokus kajian penelitian.  Metode  dan  teknik  yang  dilakukan  ada  beberapa  macam,  antara  lain  dengan mengubah  atau  memodifikasi  beberapa  bagian  dari  kendaraan  bermotor.  Menurut Mathur (1975  :  15) pendekatan  yang  biasanya  dilakukan  untuk  mengurangi  gas  buang  kendaraan bermotor  antara  lain:  modifikasi  mesin,  modifikasi  pada  saluran  gas  buang,  modifikasi penggunaan bahan bakar atau sistem bahan bakarnya.
Secara umum dengan merujuk pada program EST, untuk mengontrol atau mengurangi polutan udara dari kendaraan bermotor ( internal combustion engine) dapat dilakukan dengan cara modifikasi pada mesin, modifikasi penggunaan bahan bakar atau sistem bahan bakarnya dan modifikasi pada saluran gas buang. (B. Irawan, 2003). Sedang hal yang dapat dilakukan para peneliti sebagai wujud dari Vehicle Emission  Control adalah cara ke tiga  yaitu dengan memodifikasi  saluran  gas  buang  dengan  melakukan  Rancang  Bangun  dan  Pemasangan Catalytic Converter pada sistem saluran pembuangan gas kendaraan bermotor.
Catalytic  Converter pada  dasarnya  merupakan  sebuah  reaktor  unggun  tetap  ( Fixed Bed  Reaktor )  yang  beroperasi  dinamis  dan  mengolah  zat-zat  yang  mengandung  emisi  gas buang  berbahaya  menjadi  zat-zat  yang  tidak  berbahaya. Catalytic  Converter merupakan sebuah Converter (pengubah)  dengan  menggunakan  media  yang  bersifat  katalis,  dimana media  tersebut  diharapkan  dapat  membantu  atau  mempercepat  terjadinya  proses  perubahan suatu zat (reaksi kimia). ( Springer, 1970).
Media katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Media yang biasa digunakan sebagai katalis adalah logam yang mahal dan jarang ditemukan seperti Palladium, Platinum dan Stainless Steel (Heisler, l995 ).
Aplikasi  pada  perlakuan  terhadap  gas  buang  kendaraan  bermotor  dengan  memasang Catalytic  Converter banyak  dikembangkan  dan  dilakukan  oleh  peneliti  akhir-akhir  ini. Menurut  Dowden  dalam  bukunya "Catalytic    Hand  Book", umumnya  Catatytic Converter
yang  dipakai  pada  kendaraan  bermotor  (ada  di  pasaran)  adalah  tipe  pelet  dan  monolithic dengan  bahan  katalis  dari  logam-logam  mulia  seperti  Paladium  (Pd),  Platinum  (Pt),  dan Rodium (Rh) (Dowden, 1970).
Logam-logam mulia tersebut memiliki aktifitas spesifik yang tinggi, namun memiliki tingkat  volatilitas  besar,  mudah  teroksidasi  dan  mudah  rusak  pada  suhu  500  -  900  derajat Celicius  sehingga  mengurangi  aktifitas  katalis.  Selain  itu  logam-logam  mulia  tersebut mempunyai kelimpahan yang rendah dan harga yang cukup mahal.
Pemasangan Catalytic Converter pada saluran gas buang yang menggunakan bahan logam  katalis  Pd,  Pt  dan  Rh  dengan  penyangga  alumina,  silica  dan  keramik,  saat  ini memerlukan biaya yang cukup mahal dalam pembuatannya, sulit di dapat dan kurang cocok digunakan  di  Indonesia  yang  bahan  bakarnya  masih  ada  yang  mengandung  Pb.  Jenis Catalytic Converter ini  dapat  mengkonversi  emisi  gas  buang  (CO,  HC  dan  NOx)  cukup tinggi (80 - 90 %). (Warju.2006)
Beberapa logam yang diketahui efektif sebagai bahan katalis oksida dan reduksi mulai dari yang besar sampai yang kecil adalah Pt, Pd, Ru > Mn, Cu > > Ni > Fe > Cr > Zn dan oksida dari logam-logam tersebut (Dowden. 1970).
Disamping  itu  masih  ada  logam  katalis  yang  lebih  murah,  mudah  dikerjakan  dan mudah didapat untuk dijadikan catalityc Converter antara lain : CuO/zeolite alam, Cu-Al 2 O 3 , Cu, Mn, Mg dan Zeolit Alam, Catalytic Converter jenis ini mampu mengurangi emisi gas buang (CO, HC, Nox) cukup tinggi antara 16% sampai 80% (Dwyer, 1973).
Salah  satu  teknologi  rekayasa  sebagai  wujud  dari Vehicle  Emission  Control adalah modifikasi  saluran  gas  buang  dengan  melakukan  pemasangan Catalytic  Converter pada system  pembuangan  gas  kendaraan  bermotor.  Peneliti  telah  melakukan  penelitian  dengan mengkaji  dan  melakukan  rancang  bangun Catalytic  Converter dengan  bahan  Katalis Tembaga  dan  diperoleh  hasil  bahwa  katalis  tersebut  mampu  menurunkan  emisi  gas  buang carbon Monoksida berbagai variasi putaran mesin.
Pada  penelitian  lanjutan  ini  bertujuan  mengetahui  tentang  karakterisasi  material  dari bahan  Katalis  Tembaga  yang  digunakan  sebagai  bahan  katalis  pada Catalytic Converter untuk  mereduksi  Emisi  Gas  Buang  Carbon  Monoksida  Motor  Bensin.  Secara  khusus  ingin dikaji  bagaimana  perubahan  karakter  bahan  uji  setelah  dilakukannya  pengujian  emisi  gas buang  Carbon  Monoksida.  Karakterisasi  Material  ini  menggunakan X-Ray  Diffraction untuk mengetahui  perubahan  unsur  material  bahan  katalis  Tembaga  sebelum  dan  sesudah  dilakukan  pengujian  emisi  gas buang.

## METODOLOGI PENELITIAN
Tahap  awal  penelitian  dilakukan  dengan  studi  pustaka  untuk  memperdalam  bidang yang  akan  diteliti.  Studi  pustaka  pada  penelitian  terdahulu  digunakan  sebagai  pijakan  dan untuk  membandingkan  hasil  penelitian  yang  nantinya  di  dapat  dengan  penelitian  terdahulu, sehingga  originalitas  penelitian  tetap  terjaga  dan  tidak  terjadi  duplikasi  penelitian.  Adapun tahapan pengujian XRD adalah sebagai berikut :

## Bahan Penelitian.
Bahan  penelitian  ini  berupa  plat  Tembaga  yang  digunakan  sebagai  bahan  katalis  pada Catalytic Converter yang berbentuk plat lembaran berukuran 36 x 120 cm dengan ketebalan 1 mm. Plat kemudian dipotong berbentuk oval sesuai dengan bentuk chasing dan setengah dari luasan diberi lubang 2 mm dengan jarak antar lubang 3 mm.
Start Pemilihan Sampel Uji Preparasi Spesimen Sampel : Plat Tembaga Spesimen Masuk dalam
Difraktometer
Analysis XRD Hasil Analysis XRD
Gambar 1.  Kalatis Tembaga

## Persiapan Pengujian
Sebelum penelitian dan pengambilan data dilakukan oleh peneliti, perlu dipersiapan alat-alat yang akan digunakan saat penelitian berlangsung terdiri dari :

## Peralatan Pengujian
Alat Uji yang digunakan adalah XRD
.

## Gambar 2 . Alat Uji XRD

## Specimen Uji
Sepecimen  Uji  bahan  katalis  perlu  dipersiapan, mengingat  ukuan  katalis  yang  besar, sehingga perlu di potong dan disesuaikan ukurannya. Ukuran speciem uji 3 cm 2 berbentuk Bujur Sangkar.
Gambar 3.  Specimen  Uji Tembaga

## Posisi Specimen
Specimen uji yang sudah di potong dimasukkan dalam alay Uji XRD untuk dianalisis.
Gambar 4. Letak Specimen pada Alat Uji XRD

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Sebelum Pengujian
Dari  hasil  pengujian  XRD  yang  telah  dilakukan  peneliti  pada  spesimen  uji  bahan katalis sebelum dilakukan pengujian emisi gas buang ditunjukan dengan metode grafis seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik Sebelum Pengujian
Dari  gambar  grifik  dapat  dilihat  bahwa  unsur  utama  dari  bahan  katalis  adalah Tembaga ( Copper , Cu). Adapun Parameter Kristallografi adalah crystal system cubic, space group Fm-3m, space group number 225, bentuk kristal kubik,  memiliki cell parameter  (Å):
3.6078, b (Å):  3.6078; c (Å):   3.6078; Volume cell (10^6 pm^3):  47,05.

## Setelah Pengujian
Dari hasil pengujian XRD yang telah dilakukan peneliti pada spesimen uji bahan katalis setelah dilakukan pengujian emisi gas buang ditunjukan dengan metode grafis seperti pada Gambar 6.
Gambar 6.  Grafik Sesudah Pengujian
Dari  gambar  garifik  dapat  dilihat  bahwa  unsur  utama  setelah  dilakukan  pengujian emisi  gas  buangndari  bahan  katalis  adalah  Tembaga  ( Copper ,  Cu)  beruah  menjadi Copper Oxide.  Adapun  Parameter Kristallografi adalah crystal  system  :  cubic, space  group  Pm-3m, space  group  number  224,  memiliki cell paremeter  a(Å):    4.2500,  b  (Å):    4.2500;  c  (Å): 4.2500; Volume cell (10^6 pm^3):  76.77.

## KESIMPULAN
Setelah  dilakukan  pengkajian  dan  analisis  dari  hasil  penelitian  yang  diperoleh  maka  dapat ditarik beberapa kesimpulan, yaitu:
1. Terjadi perubahan unsur yang semula Copper (Cu) menjadi Copper Oxida (Cu2O).
2. Struktur Kristalnya sebelum dan sesudah pengujian sama yaitu Cubic.
3. Terjadi perubahan ukuran cell parameter dimana sebelum pengujian (Å):  3.6078, b (Å):
3.6078; c (Å) :3.6078.menjadi a(Å):  4.2500, b (Å):  4.2500; c (Å):   4.2500.
4. Terjadi perubahan volumen Cell sebelum pengujian Volumen Cell (10^6 pm^3):  47,05 menjadi Volume cell (10^6 pm^3):  76.77.
5. Terjadi perubahan ukuran kristal untuk peak tertinggi sebelum pengujian yaitu : 2.08420 d (A) menjadi 2.45370.

## DAFTAR  PUSTAKA
Aris,  2005, Penggunaan  Cu  Murni  di  Exhaust  Muffller  dalam  Upaya  Pengurangan  Emisi Gas Buang, Institut Teknologi Subaraya.
Arismunandar . 2002, Penggerak Mula : Motor bakar, Edisi 5, Intitut Teknologi Bandung Arcadio P. Sincero Sr, Gregoria A. Aincero, 1995, Environmental  Engineering  A  Design Approach. A Prentice Hall Company, New Jersey.
Aryanto  ,  Razif  , 2000, Study  Penggunaan  Tembaga  (  Cu  )  Sebagai  Catalytic    Converter Pada  Knalpot  Sepeda  Motor  Dua  Tak  Terhadap  Emisi  Gas  CO (jurnal),  Teknik Lingkungan, ITS.
Bachrun, 1993, Polusi Udara Perkotaan, Pemantauan dan Pengaturan, Lab Termodinamika PAU Intitut Teknologi Bandung, Bandung.
Balenovi. M,  2002,  Modeling  and  Model-Based  Control  of  a  Three-Way Catalytic Converter
Bapedal, 1996, Pedoman Teknis Pengendalian Pencemaran Udara, Semarang.
Bapedal, 2002, Presentasi Data ISPU - Januari 2002 hingga Desembar 2002.
Bapedal, 2002, Sumber dan Standar Kesehatan Emisi Gas Buang.
Bappenas, 2009, Pengaruh Pertumbuhan Kendaraan Bermotor, Studi Bappenas
BPS, 2010, Angka Pertumbuhan Kendaraan Bermotor , Jurnal
BPS , 2009, Semarang Dalam Angka
Budhi ; Habibi , 2009, Kelakuan Dinamik Catalytik Converter  pada Kondisi Hot-Run untuk Oksidasi CO, Institut Teknologi Subaraya.
Cooper and Alley , 1994 . Air Pollution Control , a design approach.
Darsono,  Valentino, 1995, Pengantar  Ilmu  Lingkungan, Edisi  revisi,  Penerbit  Universitas Airlangga, Yogyakarta.
Dirjen Perhubungan Darat, 2000, Program Langit Biru dan Konservasi Energi (Jurnal).
Dowden , at all, 1970, Catalytic  Hand Book , Verlag New York, Inc
Fitiryana, 2002, Uji  kemampuan  Catalytic    Converter    Tembaga  Nikel  (CuNi)  untuk Mereduksi  Emisi  Gas  Buang  Kendaraan  Berbahan  Bakar  Premium ,  Institut Teknologi Subaraya.
Hakam ; Sungkono, 2006, Analisa Pengaruh Penggunaan Logam Tembaga sebagai Katalis pada  Saluran  Gas  Buang  Mesin  Bensin  Empat  Langkah  terhadap  Konsentrasi Polutan CO dan HC .
Harsanto, 2001, Pencemaran Udara, Pengaruh Serta Car a Penanggulangannya (Jurnal)
Heisler, 1995, Advanced Engine Tecnology Hodder Headline Group, London.
Intisari, 1998, Merenda Birunya Langit Kota (Jurnal).
Irawan ,  2003, Rancang  Bangun  Catalytric  Converter  dengan  Material  Substrat  Tembaga (Cu) untuk Mereduksi Emisi Gas CO, Tesis MIL UNDIP
Irawan ,  2006,  Pengaruh Catalytic  Converter  Kuningan  Terhadap  Keluaran  Emisi  Gas Carbon Monoksida dan Hidro Carbon Motor Bensin, Majalah Traksi
Irawan , 2007, Pengaruh Letak Pemasangan Catalytic Converter Terhadap Keluaran Emisi Gas Carbon Monoksida dan Hidro Carbon Motor Bensin, Majalah Traksi
Irawan ,  2010, Modifikasi  Catalytic  Converter  Kuningan  Untuk  Mereduksi  Emisi  Gas Carbon Monoksida dan Hidro Carbon Motor Bensin, Majalah Traksi
Jenbacher, 1996, Combustion Engines I Vol I
Jenbacher , 1996, Combustion Engines II Vol II
Jenbacher, 1996, Spark Ignition Engine Design Vol 3
J. C. Prince, C. Trevino, and M. Diaz, 2008, Modeling a Catalytic  Converter  for CO and NO Emissions.
Krisbayu, 2001, Pengaruh  injeksi  Oksigen  pada  Catalytic    Converter    Oksida  Tembaga (CuO) terhadap Penurunan CO dan HC Motor Bensin.
Mathur, 1975, Internal Combustion Engine. Second Edition. McGraw-Hill Book Company, Inc, New York
Obert, 1973, Internal Combustion Engine and Air Pollution, Third Edition. Harper & Row, Publisher, Inc, New York
Onogawa, 2007, Environmental Sustainable Transportation (EST), Jurnal Palguna, 2010, Pengendalian Pencemaran Emisi Sumber Bergerak, KLH
Peavy,  D.R.  Rowe  and  G.  Tchobanoglous ,  1985, Environmental  Engineering. Mc.  Graw- Hill. Inc, Singapore
Pelangi, 1997, The  Study  on  The  Intregated  air  Quality  Management  for  Jakarta Metropolitan Area (Jurnal).
Pelangi, 1999, Upaya Mengurangi Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor (Jurnal).
Pramudya ,  2001, Melindungi  Lingkungan  dengan  Menerapkan  ISO  14001, Terbitan pertama, PT. Gramedia Indonesia, Jakarta.
Setyowarno, 2010, Peningkatan Jumlah Kendaraan Bermotor di Semarang, Suara merdeka Sitepoe ,  1997, Usaha  Mencegah  Pencemaran  Udara, Terbitan  pertama,  PT  Gransindo,
Jakarta
Sitorus, Ronal , dkk, 2000, Reparasi dan Perawatan Mobil. Pionir jaya, Bandung
Samin And Shen , 2003, Effect of Geometric Parameter on The Performance of Automotive Catalytic  Converter .
Springer - Verlag New York Inc, 1970, Catalyst Hanbook. Walfe Scintific Book, London - England.
Surdia , 1985, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Pertama, PT Pradnya Paramita, Jakarta.
Swisscontact, 2003, Clean Air Project, Jakarta.
V.A.W  Heller, 1995, Fundamental  Motor  Vehicle  Technology, Edisi  ke-4,  FIMI  Stanley Thorne (Publisehers ) Ltd.
Warju, 2003, Eksperimen  tentang  pengaruh  Penggunaan  Catalytic    Converter    Kuningan Berlapis  Crom  Terhadap  Emisi  Gas  Buang  Co  dan  HCpada  Mesin  Toyota KijangTipe 4K. Institut Teknologi Surabaya.
Warju, 2006, Pengaruh  Penggunaan  Catalytic  Converter  Tembaga  berlapis  Mangan Terhadap  Kadar  Polutan  Motor  Bensin  Empat  langkah. Institut  Teknologi Surabaya.
William, 1985, Automotive Cooling Exhaust, Fuel and Lubricating Systems. A Prentice Hall Company, Reston, Virginia.
Wisnu, 1999, Dampak  Pencemaran  Lingkungan, Cetakan  Kedua,  Penerbit  Andi  Offset,
Yogyakarta
WHO, 2000, Pengaruh Polusi Udara , Jurnal
Wolf, 1971, Carbon  Monoxide  -  Measurement  and  Monitorong  in  Urban  Air  Environment,
Sei and Technol.
Yusad,  2003. Polusi  Udara  di  kota  Besar  Dunia.  Fakultas  Kesehatan  Masyarakat  USU Medan.
________________________________ PENULIS: RM. Bagus Irawan, Purwanto, Hadiyanto
Program Doktor Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Diponegoro Jl. Imam Barjo SH No. 5 Semarang E-mail: bagusirawanmail@yahoo.com, p.purwanto@undip.ac.id, hady.hadiyanto@gmail.com