PLPC-5. GAS-GAS PENCEMAR UDARA

                              PENGENDALIAN LINGKUNGAN INDUSTRI-5

                                           

1. Karbon Monoksida atau CO

Karbon monoksida atau CO adalah suatu gas yang tak berwarna, tidak berbau danjuga tidak berasa. Gas CO dapat berbentuk cairan pada suhu di bawah -1920 C. Gas CO sebagian besar berasal dari pembakaran bahan bakar fosit dengan udara, berupa gas buangan. Kota besar yang padat lalu lintasnya akan banyak menghasilkan gas CO sehingga kadar CO dalam udara relatif tinggi dibandingkan dengan daerah pedes,aan. Selain dari itu gas CO dapat pula terbentuk dari proses industri. Secara alamiah gas CO juga dapat terbentuk, walaupun jumlahnya relatif sedikit, seperti gas hasil kegiatan gunung berapi, proses biologi dan lain-lainnya. Secara umum terbentuknya gas CO adalah melalui proses berikut ini:

1. Pembakaran bahan bakar fosil dengan udara yang reaksinya tidak stoikhiometris adalah pada harga ER > 1.

2. Pada suhu tinggi terjadi reaksi antara karbon dioksida (CO₂) dengan karbon C yang menghasilkan gas CO.

3. Pada suhu tinggi, CO, dapat terurai kembali menjadi CO dan oksigen.

Pada pembakaran dengan harga ER > 1, bahan bakar yang digunakan lebih banyak dari udara. Hal ini memungkinkan terjadinya gas CO. Reaksinya adalah sebagai berikut:

2C       + O₂     à 2CO

Kalau jumlah udara (oksigen) cukup atau stoikiometris maka akan terjadi reaksi lanjutannya, yaitu:

CO      0,5 O₂              à  CO₂

Reaksi pembentukan CO lebih cepat dari pada reaksi pembentukan CO₂, sehingga pada hasil akhir pembakaran masih  mungkin terdapat gas CO. Apabila pencampuran bahan bakar dan udara tidak rata, maka masih ada bahan bakar (karbon) yang tidak berhubungan dengan oksigen dan keadaan ini menambah kemungkinan terbentuknya gas CO yang terjadi pada suhu tinggi dengan mengikuti reaksi berikut ini:

CO₂     + C              à  2CO

Selain dari pada itu, pada reaksi pembakaran yang menghasilkan panas dengan suhu tinggi akan membantu terjadinya penguraian (disosiasi) gas CO, menjadi gas CO yang mengikuti reaksi berikut

ini:

            CO₂   à          CO + O

Semakin tinggi suhu hasil pembakaran maka jumlah gas CO₂ yangterdisosiasi menjadi CO dan O akan semakin banyak. Suhu tinggi merupakan pemicu terjadinya gas CO. Sumber pencemaran gas CO terutamaberasal dari pemakaian bahan bakar fosil (minyak maupun batubara) pada mesin-mesin pengerak transportasi. Untuk melihat andil transportasi sebagai sumber utama pencemaran gas CO2 hasil penelitian di negara industri (terutama Amerika), seperti tercantum pada Tabel 9, dapat dipakai

sebagai acuan.

Penyebaran gas CO di udara tergantung pada keadaan lingkungan. Untuk daerah perkotaan yang banyak kegiatan industrinya dan lalu-lintasnya padat, udaranya sudah banyak tercemar oleh gas CO. Sedangkan daerah pinggiran kota atau desa, cemaran CO di udara relatif sedikit. Ternyata tanah yang masih terbuka di mana belum ada bangunan di atasnya, dapat membantu penyerapan gas CO. Hal  ini disebabkan mikroorganisme yangada di dalam tanah mampu menyerap gas C0 yang terdapat di udara. Angin dapat mengurangi konsentrasi gas CO pada suatu tempat karena dipindahkan ke tempat lain.

Tabel 9.  Sumber pencemaran gas CO

Sumber pencemaran	% bagian	% Total
Transportasi		63,8
- mobil bensin	59,0
- mobil diesel	0,2
- pesawat terbang (dapat diabaikan)	2,4
- kereta api	0,1
- kapal laut	0,3
- sepeda motor dll.	1,8
Pembakaran stasioner		1,9
- batubara	0,8
- minyak	0,1
- gas alam (dapat diabaikan)	0,0
- kayu	1,0
Proses lndustri		9,6
Pembuangan limbah padat		7,8
Lain-lain :		16,9
- kebakaran hutan	7,2
- pembakaran batubara sisa	1,2
-pembakaran limbah pertanian	8,3
-pembakaran lain-lain	0,2
Jumlah total	100	100

2. Nitrogen Oksida atau NO₂

Nitrogen oksida sering disebut dengan NO, karena oksida nitregen mempunyai 2 macam bentuk yang sifatnya berbeda, yaitu gas NO₂ dan gas NO. Sifat gas NO₂ adalah berwarna dan berbau, sedang kan gas NO tidak berwarna dan tidak berbau. Warna gas NO₂ adalah merah kecoklatan dan berbau tajam menyengat hidung.

Kadar NO, di udara daerah perkotaan yang berpenduduk padat akan lebih tingi dari daerah pedesaan yang brpenduduk sedikit. Hal ini disebabkan karena berbagai macam kegiatanyangmenun jang kehidupan manusia akan menambah kadar NO di udara, seperti transportasi, generator pembangkit listrik,  Pencemaran gas NO di udara terutama berasal dari gas buangan hasil pembakaran yang keluar dari generator pembangkit listrik stasioner atau mesin-mesin yang menggunakan bahan bakar gas alam. Sumber pencemaran NO, dapat dilihat pada Tabel 10 yang

merupakam data dari hasil penelitian di Amerika.

 

Gambar 5. Daur reaksi fotolitik nitrogen oksida

Keberadaan NOx di udara dapat dipengaruhi oleh sinar matahari yang mengikuti daur reaksi fotolitik NO₂ sebagai berikut:

NO2    + sinar mahatahari  à NO      + O

O         + O₂                        à O₃ (Ozon)

O3       + NO                     à  NO₂ + O₂

Daur reaksi fotolitik nitrogen oksida dapat pula digambarkan sebagai berikut: Daur reaksi fotolitik tersebut di atas dapat terganggu apabila dalam terdapat HC (hidrokarbon), karena hidrokarbon akan

bereaksi dengan O maupun O₂. Reaksi HC dengan O akan menghasil radikal bebas HC yang sangat reaktif. Radikal bebas HC akan menyerang NO menjadi NO₂ sehingga jumlah NO akan berkurang. Harikal brebas HC dapat juga bereaksi dengan HC lainnya dan menghasilan €senyawa-senyawa organik. Di samping itu radikal bebas HC yang bereaksi dengan O2 dan NO2 akan rnenghasilkan Percxy Acetyl nitrotes atau disingkat PAN.

Campuran 0₃, CO, PAN dan senyawa senyawa organik di udara disebut sebagai Photo Chemistry Smog atau kabut foto kimia. Reaksi pembentukan PeroxyAcetyl Nitrates atau PAN akan mengikuti model reaksi foto kimia yang rumit sebagai berikut:

a.mengikuti daur reaksi NOx:

1. NO2 + sinar matahari    à NO + O

2. O     + O2    à O3

3. O3   + NO   à NO2 + O2

b. pembentukan asam nitrat

4. O3   + NO2 àNO3 + O2

5. NO3            + NO2 + H2O à 2 HNO3

6.NO   + NO2 + H2O à 2 HNO2

7. HNO2+  matahari à NO + OH

c.pembentukan aldehida dan radikal peroksida:

8. CO + OH   + O2 à CO2 + HO2

9. H2O            + NO   à NO2           + OH

10. HC            + O      à R^.    + RO^.

11. HC            + O3      à 1 RO2^. + m RCHO

12. HC            + OH   à n RO2^. + o RCHO

13. HC            + RO2 à p RO2^. + q RCHO

d. oksidasi NO menjadi NO2:

14. RO2 + NO            à NO2 + RO^.

e.pembentukan P A N:

15. RO2 + NO2          à PAN

Catatan:

HC                  = Hidrokarbon , sering pula ditulis sebagai RR.

.                       =tanda sebagai radikal.

l,m,n,o,p,g       =adalah koefisien stoikiometris reaksi tersebut.

R                     =dapat berupa gugus metil ( CH3 )

PAN                =Peroxy Acetyl Nitrates, dapat ditulis dengan rumus struktur (molekul):

  R-COO NO2

  Il

  o

Peroxy Acetyl Nitrates dapat berupa cairan tak berwarna yang mempunyai berat molekul 121. PAN menyebabkan iritasi terhadap mata sehingga terasa pedih. Terhadap tanaman, PAN dapat merusak pertumbuhan tanaman dan mengakibatkan kerugian.

                                     Tabel 10: Sumber Penremaran NOx di udara

Sumber pencemaran	% bagian	% Total
Transportasi		39,3
- mobil bensin	32,0
- mobil diesel	2,9
- pesawat terbang (dapat diabaikan)	0,0
- kereta api	1,9
- kapal laut	1,0
- sepeda motor dll.	1,5
Pembakaran stasioner		48,5
- batubara	19,4
- minyak	4,8
- gas alam (dapat diabaikan)	23,3
- kayu	1,0
Proses lndustri		1,0
Pembuangan limbah padat		2,9
Lain-lain :		8,3
- kebakaran hutan	5,8
- pembakaran batubara sisa	1,0
-pembakaran limbah pertanian	1,5
-pembakaran lain-lain	0,0
Jumlah total	100	100

3. Belerang Oksida atau S02

Gas belerang oksida atau sering ditulis dengan SOx terdiri atas gas SO2 dan gas SO3 yang keduanya mempunyai sifat berbeda. Gas SO2 berbau tajam dan tidak mudah terbakar, sedangkan gas SO3 bersifat sangat reaktif. Gas SO3 mudah bereaksi dengan uap air yang ada di udara untuk membentuk asam sulflat atau H2SO4. Asam sulfat ini sangat reaktif, mudah bereaksi (memakan) benda-benda lain yang mengakibatkan kerusakan, seperti proses pengkaratan (korosi) dan proses kimiawi lainnya.

Konsentrasi gas SO2 di udara akan mulai terdeteksi oleh indera manusia (tercium baunya) manakala konsentrasinya berkisar antara 0,3 - 1 ppm. Gas buangan hasil pembakaran pada umumnya mengandung gas SO2 lebih banyak dari pada gas SO3. Jadi dalam hal  ini yang dominan adalah gas SO2. Namun demikian gas tersebut akan bertemu dengan oksigen yang ada di udara dan kemudian membentuk gas SO2 melalui reaksi berikut:

2SO2 + O2 (udara) à 2SO3

 

Gambar 6. Terjadinya hujan asam

Gas SO2 juga dapat membentuk garam sulfat apabila bertemu dengan oksida logam, yaitu melalui proses kimiawi berikut ini:

4MgO  + 4 SO2 à3MgSO4   + MgS

Udara yang mengandung uap air akan bereaksi dengan gas SO2 sehingga membentuk asam sulfit:

SO2     + H2O à H2SO3 (asam sulfit)

Udara yang mengandung uap air juga akan bereaksi dengan gas SO3 membentuk membentuk asam sulfat:

SO3     + H2O             à H2SO4 (asam sulfat)

Pemakaian batubara sebagai bahan bakar pada beberapa kegiatan industri seperti yang terjadi di beberapa negara Eropa Barat dan Amerika, menyebabkan Uaar gas SOx di udara meningkat. Seperti  tampak pada uraian di atas, reaksi antara gas SOx dengan uap  air yang terdapat di udara akan membentuk asam sulfit maupun asam sulfat. Apabila asam sulfit dan asam sulfat turun ke bumi bersama-sama dengan jatuhynya hujan, terjadilah apa yang dikenal dengan Acid Rain atanhujan asam.  Hujan asam sangat merugikan karena dapat merusak tanaman maupun kesuburan tanah.  Pada beberapa negara industri, hujan asam telah menjadi persoalan yang sangat serius sarena sifatnya yang merusak. Hutan yang gundul akibat jatuhnya hujan asam mengakibatkan lingkungan menjadi semakin parah. Gambar  6 menunjukkan bagaimana terjadinya hujan asam yang

renyebabkan kerusakan lingkungan tersebut.

Pencemaran SOx di udara terutama berasal dari pemakaian ratubara yang digunakan pada kegiatan industri, transportasi dan lain sebagainya. Bagaimana peranan batubara dalam menyumbang pencemaran sox telah  banyak diteliti di negara-negara industri seperti yang tampak pada Tabel 11 yang merupakan data hasil penelitian di  Amerika Pada tahun 1968.

Berdasarkan Tabel 11 dapat diketahui bahwa sumber utama pencemaran SOx bukanlah dari transportasi,  akan tetapi dari pembakaran stasioner (generator listrik dan mesin-mesin) yang memakai bahan bakar batubara.  Sumber pencemaran SOx yang kedua adalah dari Proses industri.

Belerang dalam batubara berupa mineral besi pirits atau FeS2 dan  dapat pula berbentuk mineral logam sulfida lainnya seperti PbS,  HgS, ZnS, CuFeS, dan Cu2S.  Dalam proses industri besi dan baja (tanur logam) banyak dihasilkan SOx, karena mineral-mineral logam banyak terikat dalam bentuk sulfida. Pada proses peleburan logam sulfida Iogam diubah menjadi oksida logam. Proses ini juga sekaligus menghilangkan belerang dari  kandungan logam karena belerang merupakan pengotor logam. Pada suhu tinggi sulfida logam mudah dioksidasai menjadi logam melalui reaksi sebagai berikut:

2 ZnS  + 3O2  à 2 ZnO + 2 SO2

2 PbS   + 3 O2 à 2 PbO + 2 SO2

                                                     Tabel 7 Sumber pencemaran SOx

Sumber pencemaran	% bagian	% Total
Transportasi		2,4
- mobil bensin	0,6
- mobil diesel	0,3
- pesawat terbang (dapat diabaikan)	0,0
- kereta api	0,3
- kapal laut	0,9
- sepeda motor dll.	0,3
Pembakaran stasioner		73,5
- batubara	60,5
- minyak ( distilasi )	1,2
- minyak ( residu )	11,8
- gas alam (dapat diabaikan)	0,0
- kayu	O,0
Proses lndustri		22,0
Pembuangan limbah padat		0,3
Lain-lain :		1,8
- kebakaran hutan	0,0
- pembakaran batubara sisa	1,8
Jumlah total	100	100

Selain terbentuk oksida logam, ada kemungkinan pula untuk membentuk logamnya secara langsung seperti yang terjadi pada tembaga. Reaksinya adalah:

Cu2S + 2 O2   à s CuO         + SO2

Cu2S +            O2       à 2CU           + SO2

Melihat reaksi oksidasi tersebut di atas mudah dipahami kalau pada proses industri besi dan baja (tanur peleburan logam) akan banyak dihasilkan gas sox yang akan menyebar ke lingkungan seki tarnya.  Selain tergantung dari pemecahan batubara yang dipakai sebagai bahan bakar, penyebaran gas SOx ke lingkunganluga tergantungdari keadaan meteorologi dan geografi setempat. Kelembaban udara akan mempengaruhi kecepatan perubahan SOx menjadi asam sulfat maupun asam sulfit yang akan berkumpur bersama awan yang pada akhirnya akan jatuh sebagai hujan asam. Hujan asam inilah yang menyebabkan terjadinya kerusakan hutan di Eropa (terutama di Jerman) karena banyak industri peleburan besi dan baja yang melibatkan pemakaian batubara maupun minyak bumi di negeri itu.

4. Hidrokarton atau HC

Hidrokarbon atau sering disingkat dengan HC adarah pencemar udara yang dapat berupa gas, cairan maupun padatan. Dinamakan hidrokarbon karena penyusun utamanya adarah atom karbon dan atom hidrogen yang dapat terikat (tersusun) secara ikatan lurus (ikatan rantai) atau terikat secara ikatan cincin (ikatan tertutup). Jumlah atom karbon (atom c) daram senyawa hidrokarbon akan menentukan bentuknya, apakah akan berbentuk gas, cairan ataukah padatan. Pada suhu kamar umumnya hidrokarbon suku rendah (jumlah atom c sedikit) akan berbentuk gas, Hidrokarbon suku menengah (jumlah atom c sedang) akan berbentuk cairan dan hidrokarbon suku tinggi (jumlah atom C banyak) akan berbentuk padatan.

Contoh dari beberapa macam hidrokarbon yang dibagi berdasarkan bentuk ikatannya adalah sebagai berikut:

Hidrokarbon yang terikat secara ikatan lurus (ikatan rantai):

Kelompok senyawa Alkana dengan rumus molekul CnH2n+2, antara lain: Etana  ,Propana , Pentana, Oktana. Hidrokarbon yang terikat secara ikatan cincin (tertutup): Benzena, Siklo-Heksana. Sedangkan pembagian  hidrokarbon berdasarkan jumlah atom C yang dikandungnya adalah sebagai berikut:

a. HC suku rendah:

Jumlah atom c nya antara 1 sampai dengan 4 berbentuk gas, contoh:

C= 1=Metana CH4

C= 2=Etana C2H6

C= 3=Propana C3H8

C= 4=Butana C4H10

b.HC suku sedang:

Jumlah atom C-nya antara 5 sampai 15, berbentuk cairan, contohnya:

C= 5=Pentana C5H12

C= 6=Heksana            C6H14

C= 7 =Heptana           C7H16

C= 8=Oktana  C8H18

C= 9=Nonona C9H20

C=10=Dekana C10H22

C = 13 = Propa dekana           C13H28

C = 15 = Penta dekana           C15H32

c.HC suku tinggi:

Jumlah atom C-nya lebih dari 15, berbentuk padatan. Contoh:

C = 16 = Heksa dekana C16H34

C = 18 = Okta dekana C18H38

C = 20 = Eta kontana C20H42

C = 30 = Propa kontana C30H62

Selain dengan pembagian seperti tersebut di atas, sebenarnya hidrokarbon masih dapat dibagi lagi berdasarkan jumlah ikatan rangkap yang ada pada hidrokarbon tersebut. Hidrokarbon yang mempunyai ikatan rangkap sering disebut dengan hidrokarbon tak jenuh karena jumlah atom hidrogennya kurang bila dibandingkan dengan kelompok senyawa alkana tersebut di atas. Adapun hidrokarbon yang mempunyai ikatan rangkap 2 disebut kelompok senyawa alkena dengan rumus molekul CnH2n. Sedangkan hidrokarbon yang mempunyai ikatan rangkap 3 disebut alkuna dengan rumus molekul  CnHsn-2. Contoh hidrokarbon dengan ikatan rangkap adalah sebagai berikut:

Kelompok senyawa alkena atau CnH2n:

C=1, Metena CH2

C=2, Etena C2H4

C=5, Pentena C5H10

C=8, Oktena C8H16

Kelompok senyawa Alkuna atau C2Hn2-2 :

C= 2 =Etuna C2H2

C= 4 =Butuna C4H6

C= 6 =Heptuna C6H10

C = 10 = Dekuna C10H18

            Tabel 7. Sumber pencemaran HC

Sumber pencemaran	% bagian	% Total
Transportasi		51,9
- mobil bensin	47,5
- mobil diesel	1,3
- pesawat terbang (dapat diabaikan)	0,9
- kereta api	0,9
- kapal laut	0,3
- sepeda motor dll.	1,0
Pembakaran stasioner		2,2
- batubara	0,6
- minyak	0,3
- gas alam (dapat diabaikan)	0,0
- kayu	1,3
Proses lndustri		14,4
Pembuangan limbah padat		5,0
Lain-lain :		26,5
- kebakaran hutan	6,9
- pembakaran batubara sisa	0,6
-Pembakaran limbah pertanian	5,3
-Penguapan solven organik	9,7
-Pemasaran bahan bakar	3,7
-lain lain	0,3
Jumlah total	100	100

Melihat akan jumlah hidrokarbon yang begitu banyak jenis dan macamnya, sudah barang tentu gas buangan hasil pembakaran hidrokarbon dengan oksigen juga akan banyak macam dan  jenisnya. Apabila dalam pembakaran hidrokarbon jumlah oksigen yang digunakan tepat stoikiometris, gas buangan gas, pembakaran hanyalah CO2 dan H2O. Akan tetapi keadaan stoikiometris seringkari sulit dipenuhi sehingga gas buangan hasil pembakaran jadi bermacam-macam.

Dalam keadaan ideal (stoikiometris) pembakaran terhadap hidrokarbon, sebagai contoh diambil pembakaran terhadap oktana C8H18, akan mengikuti reaksi sebagai berikut:

C8H18, + 12,5 02 -----> 8 CO2 + 9 H2O + Energi (panas)

Apabila ada hidrokarbon yang tidak tercampur rata pada saat pembakaran, sehingga tidak bereaksi dengan oksigen,maka hidrokarbon ini akan ikut keruar dengan gas buangan hasil pembakaran dan menjadi bahan pencemar udara. Kemungkinan lain, hidrokarbon yang tidak ikut terbakar dengan oksigen akan mengalami pemecahan (cracking) akibat adanya suhu (panas) yang tinggi dari hasil pembakaran. Peristiwa pemecahan (cracking) pada suhu tinggi tersebut akan menghasilkan beberapa kemungkinan reaksi. Sebagai  contoh pemecahan (cracking) terhadap oktana C8H18 akan  menghasilkan reaksi-reaksi berikut:

1.      1.C8H18 à C4H9+C4H9

2.      1.C8H18  C4H10+C4H8

3.      1.C8H18 à C6H14+C2H4

4.      1.C8H18 à C4H10+CH4 +C2H4+C

5.      1.C8H18 à C8H16+H2

                                

Dengan melihat peristiwa pemecahan (cracking) tersebut di atas maka gas buangan yang keluar dari hasil pembakaran hidrokarbon  akan menghasilkan banyak sekali bentuk-bentuk senyawa hidrokarbon lainnya, baik yang berupa gas, cairan maupun berupa padatan. Contoh hasil padatan yang keruar dari peristiwa pemecahan (cracking) tersebut di atas adalah arang atau karbon (c) seperti tampak pada reaksi nomor 4 di atas. Karenayang keruar adalah arang maka pada peristiwa tersebut sering pura disebut sebagai pengarangan. Peristiwa pengarangan selain dapat mengganggu kelancaran jalannya mesin-mesin, karena dapat menimbulkan penyumbatan (oleh arang), juga mengganggu lingkungan berupa pencemar partikel (padat).

Keberadaan HC sebagai bahan pencemar di udara dapat berupa gas apabila HC termasuk suhu rendah, atau berupa cairan apabila HC termasuk suku sedang, atau berupa padatan apabila  HC termasuk suku tingi.  Apabila HC berupa gas maka akan bercampur bersama gas-gas hasil buangan lainnya. Kalau berupa cairan, HC tersebut akan membentuk semacam kabut minyak (droplet)yang sangat mengganggu. Kalau HC yang keluar berupa padatan, maka HC padat  tersebut akan membentuk asap yang pekat dan akhirnya menggumpal menjadi debu. Dalam keadaan seperti ini pencemar HC termasuk kelompok pencemar partikel. selain hal tersebut di atas, keberadaan HC di udara akan dapat membentuk kabut foto kimia karena bereaksi dengan NOx mupun dengan oksigen.

Sumber pencemaran HC seperti halnya pada CO sebagian besar berasar dari transportasi. untuk melihat berapa besar prosentase sektor transportasi daram memberikan bahan pencemar HC dapat dilihat pada tabael di atas.

Kepustakaan

[1] Wisnu Arya Wardhana.2004. Dampak Pencemaran Lingkungan. Yokyakarta. Andi Ofset.459 hal.

[1] Undang-Undang Nomor 32 tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup

[2] Peraturan Pemerintah Nomor 41 tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara

[3] Perdana Ginting. 2007.  Sistem Pengelolaan Lingkungan dan Limbah Industri. Bandung, Yrama Widya, 224 hal,

[4] Archie W. Culp. penterjemah Darwin Sitmpul.1989. Prinsip-Prinsip Konversi Energi.  Jakarta: Erlangga, 496 hal.

Tugas Mandiri:

1.      Jelaskan ciri-ciri gas Karbon Monoksida (CO), bagaimana proses kehadiran gas CO dan dampaknya bagi kesehatan?

2.      Jelaskan ciri-ciri gas Nikrogen Oksida  (NO₂), bagaimana proses kehadiran gas NO₂ dan dampaknya bagi kesehatan?

3.      Jelaskan ciri-ciri gas Belerang Oksida (SO₂), bagaimana proses kehadiran gas SO₂ dan dampaknya bagi kesehatan?

4.      Jelaskan ciri-ciri gas Hidro Karbon (HC), bagaimana proses kehadiran gas HC dan dampaknya bagi kesehatan?