## Analisis Pengaruh Kandungan Logam Berat Terhadap Energi Pembakaran Batubara

## Hadi Kurniawan
Pendidikan Teknik Elektro Fakultas Tarbiyah dan Keguruan, UIN Ar-Raniry Banda Aceh e-mail: 1) hadik@ar-raniry.ac.id ,

## Abstract
The research has been conducted to determine the effect of heavy metals on coal, where the coal comes from  three  different  places  in  Indonesia.  The  collection  and  testing  of  samples  was  conducted  by  PT Sucofindo Padang branch. From the sample tested, the combustion energy is 6562 Kkal / Kg, 6331 Kkal / Kg  and  6375  Kkal  /  Kg,  for  coal  with  initials  A,  B  and  C.  Heavy  metal  testing  is  done  using  Atomic Absorption  Spectrophotometer  (SSA).  From  the  test,  the  biggest  metal  concentration  is  metal  potassium (K)  followed  by  other  metal.  From  the  data  it  can  be  seen  that  Iron  (Fe),  Mangan  (Mn),  Lead  (Pb)  and Potassium  (K)  if  the  concentration  is  large,  the  combustion  energy  is  small.  While  the  two  metals  of Magnesium  (Mg)  and  Calcium  (K)  have  no  effect  at  all.  In  Aluminum  (Al)  and  Copper  (Cu)  metals  if  the concentration is large the energy is also large.
Keywords: Combustion energy, coal, heavy metal, atomic absorption spectrophotometer (SSA)

## Abstrak
Telah  dilakukan  penelitian  untuk  mengetahui  pengaruh  logam  berat  pada  batubara,  dimana  batubara tersebut  berasal  dari  tiga  tempat  yang  berbeda  di  Indonesia.  Pengumpulan  dan  pengujian  sampel dilakukan  oleh  PT  Sucofindo cabang  Padang.  Dari  sampel  yang  diuji  didapatkan  energi pembakarannya sebesar  6562  Kkal/Kg,  6331  Kkal/Kg  dan  6375  Kkal/Kg,  untuk  batubara  dengan  inisial  A,  B  dan  C. Pengujian  logam  berat  dilakukan  dengan  menggunakan  Spektrofotometer  Serapan  Atom  (SSA).  Dari pengujian  tersebut  didapatkan  konsentrasi  logam  terbesar  adalah  logam  Kalium  (K)  disusul  logam  lain. Dari  data-data  yang  didapat    terlihat  bahwa  logam  Besi  (Fe),  Mangan  (Mn),  Timbal  (Pb)  dan  Kalium  (K) apabila  konsentrasinya    besar  maka  energi  pembakarannya  kecil.  Sementara  pada  dua  logam  yaitu Magnesium  (Mg)  dan  Kalsium  (K)  tidak  berpengaruh  sama  sekali.  Pada  logam  Aluminium  (Al)  dan Tembaga (Cu) jika konsentrasinya besar maka energinyaa besar pula.
Kata kunci: energi pembakaran, batubara, logam berat, spektrofotometer serapan atom (SSA)

## 1. Pendahuluan
Kebutuhan  manusia  akan  energi  semakin  meningkat,  hal  ini  ditandai  dengan  usaha-usaha manusia untuk mencari energi alternatif baru. Salah satu energi alternatif baru adalah batubara. Batubara  merupakan  salah  satu  bahan  tambang  yang  masih  banyak  terdapat  di  bumi  ini diperkirakan dapat mencukupi kebutuhan  dunia akan  energi selama 150 tahun ke depan. Jika dilihat dari volume konsumsi energi primer berdasarkan jenis bahan bakarnya, maka kebutuhan
energi  dunia  dipasok  dari  minyak  bumi  sekitar  40%,  batu  bara  sekitar  25%,  dan  tenaga  nuklir sekitar  7%.  Dengan  kata  lain  bahan  bakar  dari  fosil  menutupi  sekitar  90%  kebutuhan  energi. Dan  dari  jumlah  tersebut,  batu  bara  menyumbang  ¼  dari  kebutuhan  energi  dunia.  Di Indonesia  saja    cadangan  batu  bara  mencapai  5.370.000.000  Ton  .  Cadangan  ini  jika disetarakan  dengan  energi  yang  dihasilkan  oleh  solar  pada  saat  ini  setara  dengan  160  tahun pemakaian (Tirasonjaya, 2000).
Indonesia  sebagai  Negara  penghasil  dan  pengekspor  batubara  terbesar  ke  9  di  dunia  sudah mulai  menggunakan  batu  bara  sebagai  sumber  energi  bahan  bakar  pembangkit  listrik  tenaga uap  (PLTU).  Namun  jika  semua  cadangan  batubara  tersebut  digunakan  sebagai  bahan  bakar PLTU, dapat kita bayangkan banyaknya dampak lingkungan yang terjadi.
Berbagai  upaya  telah  banyak  dilakukan  untuk  menghindari  dampak  negatif  dari  pemakaian batubara  sebagai  bahan  bakar.  Akan  tetapi  usaha –usaha  tersebut  masih  dirasakan  kurang efisien dan tidak ekonomis. Dampak negatif dari  pemakaian batubara sebagai  energi  alternatif memang  tidak  bisa  dihindari,  terutama  dari  zat-zat  hasil  pembakarannya  seperti  bahan  aktif karbon,  sulfur  dan  lain-lain.  Belum  lagi  proses  penambangannya  yang  memberikan  kerusakan dan  pencemaran  lingkungan  yang  cukup  parah.  Tanah  menjadi  asam  dan  tercemar  logam berat.  Sebagian  logam  berat  sangat  berbahaya  bagi  tubuh  mahkluk  hidup  apabila  melebihi ambang batas yang diperkenankan bagi mahkluk hidup itu sendiri. Logam berat pada batubara ada  yang  berasal  dari  interaksi  batubara  dengan  lingkungan  selama  jutaan  tahun  proses pembentukannya, tetapi ada pula logam yang berasal dari tumbuhan penyusunnya sendiri.
Pada penelitian ini penulis melakukan pengukuran logam berat pada batubara seperti mangan (Mn), besi (Fe),  tembaga (Cu), aluminium (Al), kalium (K), kalsium (Ca), magnesium (Mg) dan timbal  (Pb)  dengan  menggunakan  Spektrofotometer  Serapan  Atom  (SSA)/  Atomic  Absorption Spectrophotometer (AAS) dan melihat hubungan dengan energi yang dihasilkannya.
Logam  berat  dapat  ditemukan  di  berbagai  tempat,  terutama  daerah  yang  dekat  dengan kawasan  industri  dan  pantai  dekat  kota.  Penelitian  ini  telah  dilakukan  oleh  Adaikpoh  (2005) yang  menganalisis  kadar  logam  berat  pada  batubara  dan  sedimen  dari  sungai  Ekulu,  Nigeria. seperti logam Mangan, krom, Kadmium, Arsen, Nikel dan Timbal. Penelitian  ini menggunakan Spektrofotometer  Serapan  Atom model  Spectra-AA-10. Dari  hasil  yang  didapat,  dicatat  bahwa rata-rata  konsentrasi  logam    mangan  sebesar  0,256  mg/kg  sampai  dengan  0,389  mg/kg. Konsentrasi  logam  krom  sebesar  0,214  mg/kg  sampai  dengan  0,267  mg/kg.  Sementara  itu konsentrasi  logam  kadmium  rata-rata  sebesar  0,036  mg/kg  sampai  dengan  0,043  mg/kg  dan konsentrasi  arsen  sebesar  0,016  mg/kg  sampai  dengan  0,018  mg/kg.  Untuk  logam  nikel konsentrasinya  rata-rata  sebesar  0.064  mg/kg  sampai  dengan  0,067  mg/kg  logam  timbal memliki rata-rata konsentrasi sebesar 0,013 mg/kg sampai 0,017 mg/kg .
Konsentrasi  logam  berat  yang  diteliti  umumnya  lebih  besar  pada  batubara  dari  pada konsentrasinya  pada  sedimen  sungai.  Akan  tetapi  karena  penelitian  dilakukan  dalam  5  bulan maka  perbedaan  data  yang  sangat  bervariasi  diperoleh  dari  sedimen  sungai  Enugu, dikarenakan limbah industri dan masyarakat banyak mengalir pada sungai itu. Sementara pada batubara  variasi  kadar  logam  berat  tidak  begitu  besar,  hal  ini  dikarenakan  batubara  berada  di bawah permukaan tanah dan tidak bercampur dengan material dari permukaan tanah.
ISSN     2549-3698                                                                                                Hadi Kurniawan e-ISSN  2549-3701
Batubara  merupakan  sedimen  organik,  lebih  tepatnya  merupakan  batuan  organik,  terdiri  dari kandungan bermacam-macam mineral. Batubara terbentuk dari sisa tumbuhan yang membusuk dan  terkumpul  dalam  suatu  daerah  dengan  kondisi  banyak  air,  biasa  disebut  rawa-rawa. Kondisi  tersebut  yang  menghambat  penguraian  menyeluruh  dari  sisa-sisa  tumbuhan  yang kemudian mengalami proses perubahan menjadi batubara.
Selain  tumbuhan  yang  ditemukan  bermacam-macam,  tingkat  kematangan  juga  bervariasi, karena  dipengaruhi  oleh  kondisi-kondisi  lokal.  Kondisi  lokal  ini  biasanya  kandungan  oksigen, tingkat  keasaman,  dan  kehadiran  mikroba.  Pada   umumnya  sisa-sisa  tanaman  tersebut  dapat berupa  pepohonan,  ganggang,  lumut,  bunga,  serta  tumbuhan  yang  biasa  hidup  di  rawa-rawa. Ditemukannya jenis flora yang terdapat pada sebuah lapisan batubara tergantung pada kondisi iklim  setempat.  Dalam  suatu  cebakan  yang  sama,  sifat-sifat  analitik  yang  ditemukan  dapat berbeda,  selain  karena  tumbuhan  asalnya  yang  mungkin  berbeda,  juga  karena  banyaknya reaksi kimia yang mempengaruhi kematangan suatu batubara.
Secara  umum,  setelah  sisa  tanaman  tersebut  terkumpul  dalam  suatu  kondisi  tertentu  yang mendukung (banyak air), pembentukan dari peat (gambut) umumnya terjadi. Dalam hal ini peat tidak dimasukkan sebagai golongan batubara, namun terbentuknya peat merupakan tahap awal dari  terbentuknya  batubara.  Proses  pembentukan  batubara  sendiri  secara  singkat  dapat didefinisikan  sebagai  suatu  perubahan  dari  sisa-sisa  tumbuhan  yang  ada,  mulai  dari pembentukan peat ( peatifikasi ) kemudian lignit dan menjadi berbagai macam tingkat batubara, disebut juga sebagai proses koalifikasi, yang kemudian berubah menjadi antrasit . Pembentukan batubara  ini  sangat  menentukan  kualitas  batubara,  dimana  proses  yang  berlangsung  selain melibatkan  metamorfosis  dari  sisa  tumbuhan,  juga  tergantung  pada  keadaan  pada  waktu geologi  tersebut  dan  kondisi  lokal  seperti  iklim  dan  tekanan.  Jadi  pembentukan  batubara berlangsung  dengan  penimbunan  akumulasi  dari  sisa  tumbuhan  yang  mengakibatkan perubahan  seperti  pengayaan  unsur  karbon,  pengurangan  kandungan  air,  dalam  tahap  awal pengaruh dari mikroorganisme juga memegang peranan yang sangat penting.
Kalor  merupakan  bentuk  energi  yang  terjadi  akibat  adanya  perubahan  suhu.  Jadi  perubahan kalor pada suatu reaksi dapat diukur melalui pengukuran perubahan suhu yang terjadi (Kamus lengkap fisika, 1994).
T c m q     ……………(1)
q = perubahan kalor (J)
m = massa zat (g)
c = kalor jenis zat (J g -1 K -1 )
T  = perubahan suhu (K)
Pengukuran  perubahan  kalor  tersebut  dapat  diukur  dengan  kalorimeter  yaitu  sebuah  wadah yang bersifat osilator, sehingga perubahan kalor selama reaksi tidak hilang.
Bom Kalorimeter adalah  alat  yang  digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori)  yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O 2 berlebih) suatu senyawa, bahan makanan, bahan  bakar.  Sejumlah  sampel  ditempatkan  pada  tabung  beroksigen  yang  tercelup  dalam
medium  penyerap  kalor  (kalorimeter),  dan  sampel  akan  terbakar  oleh  api  listrik  dari  kawat logam  terpasang  dalam  tabung.  Kalorimater  bom  terdiri  dari  2  unit  yang  digabungkan  menjadi satu alat. Unit pertama ialah unit pembakaran di mana batubara  dimasukkan ke dalam bejana dan  dibakar  dengan  pasokan  udara/oksigen  pembakar.  Unit  kedua  ialah  unit  pendingin ( kondensor ) (Wahyu Hidayat, 2004).

## Gambar 1. Bom Kalorimeter
Cahaya adalah radiasi elektromagnetik yang dapat merambat seperti gelombang. Cahaya pada suatu  waktu  juga  dapat  berlaku  seperti  partikel,  jadi  cahaya  mempunyai  sifat  sebagai gelombang dan sebagai partikel. Prinsip ini dinamakan juga dengan dualisme cahaya. Partikel- partikel cahaya tersebut dinamakan dengan foton. Energi sebuah foton E dapat dihitung karena gelombang cahaya memiliki frekuensi f , maka Einstein merumuskan energi foton E = h f ……… (2)
Dimana h adalah tetapan Planck, h = 6,623 x 10 -34 JS
Gambar 2.  Spektrum elektromagnetik
ISSN     2549-3698                                                                                                Hadi Kurniawan e-ISSN  2549-3701
Sifat  dualisme  cahaya  tersebut  mengakibatkan  cahaya  mempunyai  cepat  rambat  gelombang, cepat  rambat  ini  pada  mulanya  dapat  dihitung  dengan  pengamatan  astronomis  yaitu  dengan menentukan  diameter  orbit  bumi  dan  waktu  gerhana  bulan  pada  planet  Jupiter,  akan  tetapi penelitian yang lebih sempurna melibatkan konstanta elektrik 0  , dimana
c = 0 0 1   ……………… (3)
Dimana  konstanta 0  tersebut  diperoleh  dengan  mengukur  kapasitansi  kapasitor  parallel. Konstanta 0  didefenisikan  berkenaan  dengan  definisi  ampere,  sehingga  dari  beberapa percobaan didapatkan kecepatan cahaya 3x10 8 m/detik.

## a. Pemantulan dan Pembiasan Cahaya
Cahaya dapat merambat pada berbagai macam medium dan ruang hampa udara. Perambatan cahaya  yang  terhalangi  oleh  bidang  pantul  seperti  cermin  akan  membuat  cahaya  menjauhi bidang tersebut, fenomena ini yang dinamakan pemantulan (Tippler, 1991). Pemantulan terjadi pada bidang batas antara dua medium berbeda. Sudut  antara sinar datang garis normal (garis yang  tegak  lurus  permukaan)  disebut  sudut  datang,  bidang  yang  dibatasi  oleh  dua  garis  ini disebut  bidang  datang.  Sinar  yang  dipantulkan  terletak  pada  bidang  datang  tersebut membentuk sudut r  dengan garis normal yang sama dengan sudut datang i 
1    r ……………………(4)
Ini dikenal dengan Hukum Pemantulan.
Gambar 3. Pemantulan cahaya
Laju  cahaya  dalam  medium  ditentukan  oleh  indeks  bias n ,  yaitu  perbandingan  laju  cahaya dalam ruang hampa c terhadap laju cahaya dalam medium v .
v c n  ………………….(5)
Pembiasan  didefinisikan  sebagai  perubahan  arah  sinar  datang  yang  ditransmisikan. Gelombang  yang  ditransmisikan  adalah  hasil  dari  interferensi  dari  gelombang  datang  dan gelombang  yang  dihasilkan  oleh  penyerapan  dan  radiasi  ulang  cahaya  oleh  atom-atom  dalam medium  tersebut.  Jika  adalah  panjang  gelombang  cahaya  di  ruang  hampa,  panjang gelombang '  di dalam medium dengan indek bias n adalah
θr θi Hukum Pemantulan θi = θr
n f n c f v      ' ……………………(6)

## b. Difraksi
Difraksi  adalah  penyebaran  atau  pembelokan  gelombang  pada  saat  gelombang  ini  melintasi bukaan  atau  mengelilingi  ujung  penghalang.  Gelombang  terdifraksi  selanjutnya  mengalami interaksi  dengan  gelombang  lain  yang  mempengaruhi  suatu  bagian  medium  yang  sama sehingga  gangguan  sesaat  pada  gelombang  paduan  merupakan  jumlah  vektor  gangguan sesaat  pada  masing-masing  gelombang  (interferensi)  sehingga  menghasilkan  daerah penguatan dan pelemahan atau disebut juga daerah gelap terang (kamus lengkap fisika, 1994).
Untuk menghasilkan spektrum gelombang cahaya maka diperlukan kisi difraksi yang terdiri dari lembaran gelas atau logam spekulum dengan garis-garis sejajar yang berjumlah sangat banyak dan memiliki jarak yang sama pada lembaran tersebut.

## Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)
Spektrofotometer  serapan  atom  adalah  alat  yang  digunakan  untuk  mengukur  perubahan intensitas radiasi suatu atom, menggunakan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda sebagai  penghasil  spektrum  cahaya  yang  diserap  dan  dipantulkan  oleh  atom  tersebut. Spektrum  tersebut  berbentuk  energi.  Cahaya  yang  dipancarkan  berasal  dari  sebuah  sumber yaitu  sebuah  lampu  monokromator  yang  berfungsi  sebagai  sumber  radiasi  sampel.  Biasanya lampu yang dipakai adalah lampu tungsten halogen (W).

## Gambar 4. Skema spektrofotometer serapan atom

## 2. Eksperimen dan hasil
Batubara  yang  digunakan  dalam  pengujian  energi  dan  logam  berat  ini  berasal  dari  beberapa tempat  di  Indonesia.  Pengumpulan  sampel  dilakukan  oleh  PT  Sucofindo  cabang  Padang. Persiapan  sampel  dilakukan  di  labor  pengujian  kualitas  batubara  milik  PT  Sucofindo  di  jalan raya  Pagang  no  16,  Nanggalo,  Padang,  Sumatera  Barat,  yaitu  dengan  menjemur  dan menggiling  sampel  sampai  kadar  ukuran  baku,  kemudian  memdiamkan  sampel  selama beberapa jam agar kondisi sampel sesuai dengan kelembaban dan keadaan laboratorium.
Pengujian kadar energi sampel batubara dilakukan oleh PT Sucofindo, cabang Padang dengan melibatkan tiga macam sampel dari lokasi penambangan yang berbeda. Sampel tersebut diberi
sumber monokromator
Sampel uji
detektor + sistem pengukur + keluaran
ISSN     2549-3698                                                                                                Hadi Kurniawan e-ISSN  2549-3701
inisial  A,  B  dan  C  untuk  menjaga  kerahasian  penelitian  perusahaan.  Dari  pengujian  tersebut didapatkan nilai energi batubara dan kadar sulfur (S) yang terkandung di dalamnya.
Pengujian  logam  berat  dilakukan  dengan  melarutkan  batubara  dengan  cara  dibakar  dengan furnace  dengan  tiga  tahap,  tahap  pertama  pada  suhu  105  0C  selama  1  jam  untuk menghilangkan kadar air, kemudian batubara ditimbang kembali. Tahap kedua pada suhu 600 0C  selama  1  jam  untuk  menghilangkan  material  pengotor  (volatile  material),  kemudian ditimbang kembali. Tahap ketiga pada suhu 1000 0C selama 1 jam untuk pengabuan.
Batubara  yang  telah  menjadi  abu  ditimbang  kembali  dan  dimasukkan  ke  dalam    5  ml  larutan HNO3  pekat,  kemudian  ditambahkan  aquades  sampai  volume  50  ml.  Larutan  didestruksi selama  8  jam,  kemudian  disaring  dengan  kertas  saring.  Volume  larutan  dicukupkan  100  ml dengan menambahkan akuades.
Perbandingan Logam Berat Pada  Sampel Batubara A, B dan C
Gambar 5. Logam berat pada sampel A, B dan C
Pada  9  sampel  logam  yang  diteliti  didapatkan  4  sampel  yang  jika konsentrasinya  tinggi,  maka energi  yang dihasilkan akan semakin kecil. Sampel tersebut adalah Fe, K, Mn dan Pb dengan persentase sebesar 50 %. Kemudian 2 sampel yang apabila konsentrasinya tinggi maka energi yang  dihasilkannya  juga  akan  semakin  besar,  sampel  tersebut  adalah  Al  dan  Cu    dengan persentase  25 %. Dua sampel berikutnya  yaitu Ca  dan Mg  sebanyak 25 % sama sekali tidak berpengaruh.

## 3. KESIMPULAN
Dari  perbandingan  data  energi  batubara  dengan  konsentrasi  logam  beratnya  maka  dapat diambil kesimpulan;
1.  Untuk  logam  besi,  mangan,  kalium  dan  timbal,  energi  pembakaran  batubara  kecil dengan konsentrasi logam yang semakin besar
2.  Untuk  logam  aluminium  dan  tembaga,  energi  pembakaran  batubara  besar  dengan konsentrasi logam yang semakin besar
3.  Logam  kalsium  dan  magnesium  tidak  berpengaruh  pada  energi  pembakaran  sampel batubara
4.  Besarnya  energi  batubara  pada  sampel  A,  B  dan  C  juga  dipengaruhi  oleh  kadar  air, material pengotor, jumlah karbon dan kadar abu.
5.  Logam  berat  sebagai  parameter  energi  pembakaran  batubara  kurang  signifikan karena konsentrasinya sangat kecil yaitu dalam ukuran ppm (part per million).

## REFERENSI
[1] Bishop, R.J.S. Metalurgi Fisik  Modern dan Rekayasa Material .  Erlangga . Jakarta. 2000
[2] Ewing, G.W. Instrumental Methods of Chemical Analysis . Mcgraw-Hill.  New York. 1990
[3] Kittel, C. Introduction to Solid State Physics . Jhon Wiley & Sons. New York. 1996
[4] Krull,  J.  S. The  Use  Complexing  Eluents  for  The  High  Performance  Liquid  Chromatographic Determination of Metal Species . Jhon Willey & Sons.  New York. 1991
[5] Kusumoyudo, W. Mineralogi Dasar . Bina cipta. Bandung. 1986
[6] Lajunen,  L.H.J. Spectrochemical  Analysis  by  Atomic  Absorption  and  Emission .    Royal  Society  of Chemistry . Findland. 1992
[7] Tippler,  P.A. Fisika Untuk Sains dan Teknik . Erlangga . Jakarta. 1991
[8] Vlack, L.H. I lmu dan teknologi bahan . Erlangga. Jakarta. 1983
[9] Himdika. Spektrofotometri  Serapan  Atom .  8  hal.  http://www.spektrofotometri.com.  25  november 2008, pk.18.54. 2008
[10]  Fariz  Tirasonjaya. Fundamental  of  Coal  Petrology .  8  hal.  http://www.tekmira.esdm.go.id/  ,  16 september 2008.
[11]  Wikipedia. Besi,  tembaga,  aluminium,  mangan,  timbal,  kalium,  kalsium,  magnesium .  8  hal. http://www.toksikologilogamberat.go.id/ , 12 desember 2008.
[12]  Optik. 2009. http://www.hyperphysics.com
[13]  Chrisye  Dewi  Puspita. Spektroskopi  Serapan  Atom. 8  hal.  http://www.spectroscopy.com.  25 november 2008