Essay Nasional HARI POHON SEDUNIA 2017 oleh Muhammad Rezki

PENGOLAHAN GAS BUANG INDUSTRI ( SO₂ DAN NO_x) MENGGUNAKAN ELECTRON BEAM FLUE GAS TREATMENT UNTUK MENGATASI PENCEMARAN LINGKUNGAN SEKALIGUS MENGHASILKAN PUPUK PERTANIAN

Karya Ini Disusun untuk Mengikuti Lomba Essay Nasional

HARI POHON SEDUNIA 2017

Penulis :

Muhammad Rezki                               (24040115120035)

UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

2017

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kualitas udara yang semakin memburuk khususnya di daerah industri dan perkotaan menjadikan kehidupan manusia mengalami berbagai permasalahan baik dari segi kesehatan, kenyamanan, maupun masalah kelestarian lingkungan. Salah satu faktor penyebabnya adalah emisi SO₂ dan NO_x dari pembakaran bahan bakar fosil pada pembangkit listrik maupun idustri(Namba,H.,1995). Polutan tersebut dikenal sebagai gas asam yang menyebabkan terjadinya hujan asam serta secara tidak langsung menyebabkan terjadinya efek rumah kaca(Sudjatmoko, 2008). Selain itu, gas SO₂ dan NO_x dapat menyebabkan gangguan pernafasan kronis serta kerusakan paru-paru dan hati pada manusia dan hewan(Anwar dan Sullartin, 1999). Gas-gas beracun tersebut dapat bergerak hingga ribuan kilometer bahkan melewati batas negara, sehingga masalah tersebut tidak hanya menjadi masalah suatu negara saja melainkan sudah menjadi masalah dunia yang harus dihadapi bersama

Menurut sudjatmoko (2008) Jenis polutan yang diemisikan ke atmosfer sangat dipengaruhi oleh jenis bahan bakar fosil. Tergantung pada kandungan sulfurnya (bervariasi antara 0,2 − 10%), pelepasan SO₂ ke lingkungan dapat mencapai puluhan ton per jam(Markovic,v.,1987). Sejumlah negara telah menetapkan batas emisi polutan dari gas buang yang bergantung pada situasi dan kondisi masing-masing negara. Namun faktanya hasil emisi tidak selalu memenuhi batas yang ditetapkan. Hal ini mendorong usaha untuk mendapatkan solusi yang murah, efektif dan efisien guna mengendalikan emisi SO₂ dan NO_x.

Di sisi lain menurut Purna dkk(2009) kondisi perpupukan di Indonesia dihadapkan pada berbagai permasalahan yang serius. Permasalahan pabrik pupuk yang sudah berusia tua mengakibatkan efisiensi produksinya semakin menurun. Pasokan gas bumi untuk produksi pupuk juga sangat terbatas. Dengan demikian pabrik tidak dapat beroperasi optimal. Di tambah lagi kebutuhan pupuk yang semakin meningkat, sementara produksinya terbatas, sehingga terjadi kelangkaan pupuk, dan hal ini diperparah dengan harga pupuk yang cenderung semakin mahal karena pupuk kimia yang beredar di pasar Indonesia sangat begantung pada bahan

baku impor yang harganya terus merangkak naik mengikuti kurs dollar di pasar mata uang internasional.

Dari berbagai problematika diatas penulis menawarkan solusi dan memaparkanya dalam karya tulis essay dengan judul : Pengolahan Gas Buang Industri (SO₂ dan NO_x) Menggunakan Electron Beam Flue Gas Treatment untuk Mengatasi Pencemaran Lingkungan Sekaligus Menghasilkan Pupuk Pertanian. Teknik iradiasi berkas elektron atau yang lebih dikenal dengan istilah EBFGT (Electron Beam Flue Gas Treatment) merupakan suatu teknologi baru yang mulai diterapkan pada skala industri dalam proses pembersihan gas buang SO₂ dan NO_x. Energi elektron yang dipancarkan diserap oleh komponen utama gas buang yaitu nitrogen, oksigen, dan uap air sehingga terbentuk spesi aktif yaitu radikal OH,O, dan H₂O yang dapat mengoksidasi SO₂ dan NO_x. Hasil oksidasi tersebut diubah menjadi H₂SO₄ dan HNO₃. Sejumlah NH₃ yang diinjeksikan akan mengubah asam tersebut menjadi ammonium sulfat ((NH₄)₂SO₄) dan ammonium nitrat ((NH₄)₂SO₄) yang dapat digunakan sebagai pupuk pertanian(Radoiu,2003). Diharapkan inovasi ini dapat menjadi solusi dalam upaya mengatasi permasalahan pencemaran lingkungan oleh gas buang SO₂ dan NO_x sekaligus menyediakan alternatif pasokan pupuk bagi petani.

Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penulisan karya ini adalah memberikan solusi berupa inovasi sistem pengolahan gas buang industri SO₂ dan NO_x terpadu menggunakan teknik iradiasi berkas elektron EBFGT untuk menghasilkan pupuk pertanian siap guna sekaligus sebagai upaya mengatasi permasalahan pencemaran lingkungan

Manfaat penerapan teknologi ini yaitu, 1).Memberikan alternatif teknologi pengolahan gas buang SO₂ dan NO_x menjadi pupuk pertanian 2).Memberi sumbangan pemikiran kepada Pemerintah untuk mengatasi masalah pencemaran lingkungan akibat gas buang SO₂ dan NO_x. 3).Menunjukkan aplikasi sains dan teknologi dalam mengatasi masalah lingkungan.

Urgensi Masalah

Dunia dihadapkan pada permasalahan perubahan iklim yang ekstrem serta pemanasan global yang semakin mengkhawatirkan. Faktor penyebab utamanya

adalah emisi gas buang yang tidak terkendali. Permasalahan tersebut tentu harus segera dicari solusinya karena menyangkut kelestarian lingkungan dan kelangsungan kehidupan umat manusia. Disisi lain sudah menjadi masalah kelasik jika dunia pertanian di Indonesia mengalami kesulitan dalam hal pemenuhan kebutuhan pupuk, yang berdampak pada hasil produksi yang tidak maksimal. Sehingga perlu adanya solusi pasokan pupuk alternatif dengan harga yang terjangkau bagi kalangan petani kecil.

ISI

Pengolahan Gas Buang Industri Berbasis EBFGT

Teknologi Electron Beam Flue Gas Treatment untuk pengolahan gas buang SO₂ dan NO_x pada umumnya terdiri dari lima komponen utama, yaitu spray cooler, sistem injeksi ammonia, sistem iradiasi (bejana proses dan mesin berkas elektron), sistem pengumpul produk samping, dan sistem instrumentasi kendali(Chmielewski, A.G, et al.,1996). Dalam proses pengolahannya, pada gas buang yang telah difilter, diinjeksikan sejumlah ammonia sebelum masuk ke dalam bejana proses (process vessel). Di dalam bejana proses gas buang diiradiasi dengan berkas elektron energi tinggi yang menyebabkan SO₂ dan NO_x teroksidasi dan masing-masing membentuk H₂SO₄(asam sulfat) dan HNO₃(asam nitrat), selanjutnya asam sulfat dan asam nitrat tersebut bereaksi dengan ammonia yang diinjeksikan membentuk ammonium sulfat dan ammonium nitrat. Garam-garam tersebut diproses menjadi serbuk kering menggunakan suatu kolektor partikel konvensional (dry ESP), dan serbuk kering yang terkumpul dapat di olah lebih lanjut untuk menghasilkan pupuk (Sudjatmoko,2006).

Berikut merupakan komponen beserta proses pengolahan gas buang industri menggunakan EBFGT :

1.       ESP (Electrostatic Precipitator)

Perlakuan awal pada gas buang sebelum memasuki proses pengolahan menggunakan EBFGT, gas buang dari sistem pembangkit listrik maupun industri yang mengandung particulates SO₂ dan NO_x dilewatkan pada suatu ESP untuk membersihkan abu-Iayang.

2.         Sistem spray cooler

Gas buang yang telah melewati ESP pada suhu sekitar 125°C selanjutnya masuk ke dalam evaporative spray cooler untuk mencapai suhu sekitar 65 °C (suhu proses) dalam suatu pendinginan adiabatic dengan kandungan uap air hingga 11,5% dalam volume gas buang. Kabut air diinjeksikan ke dalam aliran gas buang dan pada setiap spray cooler menggunakan single fluid water nozzles dengan pompa hidraulik.

3.         Sistem injeksi ammonia

Setelah melewati sistem spray cooler, gas buang mengalir ke dalam bejana iradiasi. Pada sisi masuk dari bejana iradiasi, gas ammonia diinjeksikan ke dalam gas buang. Ammonia disimpan dalam suatu tangki penyimpanan yang terletak di dalam suatu gedung tersendiri. Pada saat diinjeksikan ammonia diuapkan menggunakan pemanasan listrik, dan agar supaya terdistribusi dengan baik ke dalam gas buang, maka ammonia didistribusikan menggunakan multi-nozzle assembly.

4.         Sistem iradiasi

Di dalam bejana proses, gas buang yang mengandung SO₂, NO_xdan NH₃ diiradiasi dengan berkas elektron energi tinggi dari MBE yang dipasang di atas bejana proses dan tegak lurus dengan aliran gas buang. Dosis radiasi dipilih dalam jangkau 0-8 kGy untuk mendapatkan removal efficiency SO₂~ 90% dan removal efficiency NO_x ~ 55%. Sedangkan parameter lainnya: energi elektron 0,6 - 0,9 MeV, arus berkas maksimum 110 mA, daya berkas elektron 90 kW, efisiensi energi 70% dan laju aliran gas buang 20.000 Nm³/jam. Fasilitas MBE ditempatkan di dalam ruangan dengan struktur beton sebagai sistem perisai radiasi agar supaya tidak ada radiasi yang diemisikan ke lingkungan di sekitarnya.

5.         Sistem pengumpul produk samping

Setelah melewati sistem iradiasi, gas buang dilewatkan ke dalam sistem pengumpul produk samping (by-product collection system) berupa dry ESP yang berfungsi menangkap produk samping dengan emisi partikulat kurang dari 30 mg/Nm.1. Pada umumnya produk samping tersebut terdiri dari ammonium suifat 88%. ammonium nitrat 10 dan abu-Iayang 2%.

Proses Pengolahan Menjadi Pupuk ZA

Selain menghasilkan gas bersih yang aman untuk dilepas kelingkungan, teknik EBFGT juga mengahasilkan produk samping yang bermanfaat. Produk samping yang dihasilkan dari proses EBFGT merupakan produk kering berupa abu yang kemudian dikumpulkan menggunakan dry ESP(Electrostatic Precipitator). Prinsip kerja ESP yaitu dengan melewatkan gas buang melalui suatu medan listrik yang terbentuk antara discharge electrode dengan collector plate, gas buang yang mengandung butiran debu pada awalnya bermuatan netral dan pada saat melewati medan listrik, partikel debu tersebut akan terionisasi menjadi negatif (-). Partikel debu yang bermuatan negatif (-) selanjutnya menempel pada pelat-pelat pengumpul collector plate( Sepfitrah dan Yose Rizal, 2015).

Debu yang dikumpulkan di collector plate dipindahkan kembali secara periodik dari collector plate melalui suatu getaran. Debu ini kemudian jatuh ke bak penampung, dan dipindahkan (transport) ke ash silo dengan cara dihembuskan (vacuum). Penggunaan dry ESP ditujukan untuk menangkap gas buang yang telah diiradiasi dan berikatan dengan amonia. Didalam dry ESP tersebut produk samping dikumpulkan pada bak penampungan produk samping untuk diproses lebih lanjut. Dari proses ini dihasilkan produk samping yang terdiri dari ammonium suifat 88%. ammonium nitrat 10 % dan abu-Iayang 2% yang dapat dimanfaatkan sebagai pupuk pertanian(Anwar,E.,1992).

Selanjutnya dilakukan penambahan kadar nitrogen dan penyetabilan kandungan sulfat serta kadar air agar pupuk yang dihasilkan dapat  bermanfaat secara optimal bagi tanaman. Kemudian dilakukan penghilangan abu layang mengunakan wet cyclone agar debu atau abu layang dari proses sebelumnya dapat terhisap. Setelah pupuk memenuhi standar, selanjutnya dapat dilakukan proses bagging atau pengepakan dan produk siap untuk didistribusikan

Efektivitas Reduksi Gas Buang SO₂ dan NO_x

Menurut Sudjatmoko (2008), Jumlah SO2 dan NOxdalam gas buang yang dapat direduksi (removal efficiency) setelah proses iradiasi berkas elektron dipengaruhi oleh beberapa parameter yang berbeda, antara lain adalah suhu dan kelembaban gas buang, dosis terserap, konsentrasi awal NOx, energi dan daya berkas elektron. Anwar(1992) melaporkan bahwa pada simulasi pengolahan gas buang SO₂ dan NO_x hasil pembakaran batu bara didapatkan hasil penurunan yang cukup tinggi untuk dosis sebesar 1-1,6 Mrad. Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan,

Hasil  yang  diperoleh   memperlihatkan   bahwa   konsentrasi   SO₂   dan  NO_x dalam gas buang sisa pembakaran batubara berkurang sesuai dengan penambahan dosis iradiasi. Iradiasi gas buang mencapai optimal pada dosis 1,3-1,6 Mrad dengan pengurangan konsentrasi SO₂ dan NO_x masing-masing di atas 95%  dan 80%. Percobaan ini juga menunjukkan bahwa SO₂sudah mulai berkurang saat iradiasi dimulai (Anwar,E.,1992). Metode EBFGT terbukti sangat efektif untuk mereduksi kandungan SO₂ dan NO_x dalam gas buang tanpa mengahasilkan limbah baru, bahkan dari penerapan metode ini diperoleh produk samping yang dapat dimanfaatkan sebagai pupuk.

PENUTUP

Kesimpulan dan Saran

Teknologi EBFGT (Electron Beam Flue Gas Treatment) mampu mengurangi konsentrasi SO₂ dan NO_x dalam gas buang sampai lebih dari 90%. Produk Samping dari proses pengolahan gas buang ini dapat digunakan sebagai pupuk pertanian karena mengandung ammonium sulfat dan ammonium nitrat yang baik bagi tanaman. Pengolahan gas buang industri menggunakan EBFGT mampu mengatasi permasalahan emisi gas buang SO₂ dan NO_x sekaligus memberikan keuntungan berupa pupuk pertanian yang dapat dimanfaatkan sebagai alternatif pasokan pupuk bagi petani.

Perlu adanya penelitian lebih lanjut untuk menerapkan teknologi pengolahan gas buang industri menggunakan EBFGT sebelum diimplementasikan dalam sekala besar. Dibutuhkan pula dukungan dari berbagai pihak khususnya pemerintah maupun kalangan industri untuk berinvestasi dalam penerapan teknologi ini mengingat biaya yang dibutuhkan cukup besar.

DAFTAR PUSTAKA

Anwar, E dan Sullartin, M.1999. Pengolahan S02 dan NOx dalam Gas Buang Industri dengan Menggunakan Iradiasi Berkas Ellkeron. Penelitian dan Pengembangan Aplikasi Isotop dan Radiasi, BATAN

Anwar, E., Tokunaga,O., Hirota ,K., And Namba,H. 1992. Chemical Reactioning Electron Beam Processing of Flue Gas, Scientist Exchange Program. Takasaki

Chmielewski, A.G.,Iller, E., Tyminski, B., Zimek, Z., 1996. Industrial Implementation of Electron Beam Flue Gas Treatment Process. Third International Symposium and Exhibition on Environmental Contamination in Central and Eastern Europe. Warsaw

Markovic, V. 1987. Electron Beam Processing of Combustion Flue Gases. lAEA Bulletin, Vol. 29 No.2, 25, Vienna

Namba, H., et al. 1995. Pilot-scale Test for Electron Beam Purification of Flue Gas from Coal Combustion Boiler. Radiation Physics Chemistry, Vol. 46, No. 4-6, pp. 1103-1106.

Purna, I., Hamidi, Prima. 2009. Permasalahan Pupuk dan Langkah-langkah Penanganannya.http://www.setneg.go.id/index.php?option=com_content&task= view&id=3369. diakses pada 11 Maret 2017.

Radoiu, M.T., Martin, D.I., Calinescu, I. 2003. Emission control of SO2 and NOx by Irradiation Methods.Journal of Hazardous Materials,Vol. B97,pp.145-158

Sepfitrah dan Yose Rizal. 2015. Analisis Electrostatic Precipitator (ESP) untuk Penurunan Emisi Gas Buang Pada Recovery Boiler. JURNAL APTEK Vol. 7 No. 1 Januari 2015. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Pasir Pengaraian.

Sudjatmoko.2006.Aplikasi Mesin Berkas Elektron untuk Pengolahan Gas Buang.

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan. BATAN.

Sudjatmoko.2008. Analisis Aspek Teknis Dan Ekonomis Pengolahan Gas Buang Dengan Berkas Elektron. GANENDRA, Vol. 11, No. 2 (69-79).