Cekricek.id — Dua saringan diuji berdampingan pada knalpot yang sama. Yang pertama karbon aktif murni, yang kedua karbon aktif yang dicampur titanium dioksida.
Bahan bakunya sama, yaitu tandan kosong kelapa sawit. Bedanya hanya tambahan 15 persen titanium dioksida pada saringan kedua.
Hasilnya berbeda pada ketiga gas yang diukur. Saringan bertitanium selalu unggul, meski selisihnya tidak sama besar untuk tiap gas.
Percobaannya dikerjakan Wahyu Nur Aqni, Mega Nurhanisa, dan Dwiria Wahyuni. Ketiganya dari Jurusan Fisika Universitas Tanjungpura, Pontianak.
Laporannya terbit di Jurnal Ilmu Fisika Volume 17 Nomor 1 edisi Maret 2025, halaman 19 sampai 30.
Naskahnya diterima 1 Desember 2024 dan direvisi 12 Januari 2025. Disetujui sehari sesudahnya, lalu terbit daring 1 Februari 2025.
Daftar Isi
Tandan Kosong yang Menumpuk di Kalimantan Barat
Alasan memilih bahan bakunya soal jumlah. Kalimantan Barat pada 2022 punya kebun sawit 1,4 juta hektare, atau 11 persen luas kebun sawit Indonesia.
Tiap satu ton sawit menyisakan limbah yang besar. Rinciannya 23 persen tandan kosong, 6,5 persen cangkang, 13 persen serat, 4 persen lumpur, dan 50 persen limbah cair.
Tandan kosong sebetulnya bisa jadi pupuk. Jumlahnya yang berlimpah membuat penulisnya mencari pemakaian lain.
Isi tandan kosongnya cocok untuk karbon aktif. Kandungannya 22,6 persen lignin, 45,8 persen selulosa, 71,8 persen hemiselulosa, 25,9 persen pentosa, dan 1,6 persen abu.
Prosesnya tiga tahap berurutan. Dehidrasi, karbonisasi, lalu aktivasi.
Dehidrasinya di oven pada 110 derajat Celsius selama dua belas jam. Massanya susut dari 2,2 kilogram menjadi 1,885 kilogram.
Karbonisasinya pada 500 derajat Celsius selama tiga jam. Dilakukan lima kali dengan total massa 239 gram.
Rendemen karbonisasinya rendah. Rata-ratanya hanya 13,09 persen, artinya 86,91 persen massanya hilang.
Penulisnya menyebut dua sebabnya. Suhu dan lama karbonisasi melepas zat terbang, sementara tutup wadah yang kurang rapat memicu reaksi dengan oksigen dan menyisakan abu.
Baca juga Fly Ash Batubara di Gambut dan Baris Nol yang Diukur Duluan
Lima Puluh sampai Dua Ratus Mesh, Empat Ukuran yang Dibandingkan
Karbonnya lalu dihaluskan dan diayak. Ukuran yang dipakai 50, 100, 150, dan 200 mesh.
Angka mesh berbanding terbalik dengan ukuran butir. Semakin besar angkanya, semakin halus butirannya.
Aktivasinya memakai gelombang mikro berdaya 600 watt. Perbandingan karbon dan akuades yang dipakai satu banding enam.
Perbandingan itu punya fungsi ganda. Selain memaksimalkan aktivasi, air mencegah karbonnya terbakar selama dipanaskan.
Ada satu selisih keterangan pada bagian ini. Bagian metode menulis aktivasi berlangsung satu menit, sedangkan bagian hasil dan keterangan gambar menulis lima belas menit.
Selisih itu tidak dipertemukan di bagian mana pun. Tulisan ini tidak menandainya sebagai salah ketik.
Sesudah aktivasi, karbonnya dicuci sekali dengan akuades. Lalu dikeringkan lagi di oven pada 150 derajat Celsius selama tiga jam.
Saringannya dicetak berbentuk silinder pejal berongga. Pengikatnya larutan polivinil alkohol sepuluh persen, dan tiap saringan dilubangi lima titik berdiameter 0,3 sentimeter.
Bentuk itu meniru karbon aktif sarang lebah untuk penjernih air. Rongganya dimaksudkan agar gas buang bisa mengalir baik di dalam tabung uji.
Pencampuran titanium dioksidanya diakui kurang rata. Pengaduk mekanis dinilai belum optimal, sehingga penulisnya mengaduk ulang dengan sendok secara manual.
Akibatnya terlihat pada citra mikroskop elektron. Titanium dioksidanya tidak tersebar merata dan menggumpal di beberapa titik permukaan.
Pori 6,33 Mikrometer Lawan 14,59 Mikrometer
Ukuran pori diukur dari citra mikroskop elektron. Perangkat yang dipakai ImageJ.
Pada karbon aktif tanpa titanium, porinya berbeda menurut ukuran butir. Yang 50 mesh rata-rata 6,33 mikrometer dan yang 200 mesh rata-rata 8,61 mikrometer.
Pada komposit bertitanium, angkanya lebih besar. Yang 50 mesh 10,45 mikrometer dan yang 200 mesh 14,59 mikrometer.
Pola keduanya searah. Butir yang lebih halus menghasilkan pori yang lebih besar dan lebih banyak.
Penjelasannya soal paparan selama aktivasi. Butir halus lebih terbuka terhadap perlakuan panas, sehingga zat terbangnya lebih mudah lepas dan pori baru terbentuk.
Luas permukaannya diukur dengan metode Brunauer-Emmett-Teller. Pada 200 mesh, karbon aktif tercatat 3,265 meter persegi per gram dan kompositnya 8,174 meter persegi per gram.
Dua angka itu perlu dibandingkan dengan pembukanya sendiri. Di bagian pendahuluan, karbon aktif disebut lazim memiliki luas permukaan 300 sampai 3.500 meter persegi per gram.
Selisihnya dua sampai tiga tingkat besaran. Tulisan ini tidak membahas jarak sebesar itu.
Angka pembanding dari penelitian lain juga jauh lebih besar. Zhang dan kawan-kawan pada 2013 mencatat 900 meter persegi per gram untuk tempurung kelapa.
Pembanding kedua lebih dekat tetapi tetap jauh. Awitdrus dan kawan-kawan pada 2018 mencatat 153 meter persegi per gram untuk kulit kacang.
Baca juga Mahasiswa Unair Kembangkan AI Deteksi Kegagalan Implan
Tiga Gas, Dua Saringan, Satu Motor Tahun 2008
Pengujiannya memakai sepeda motor Honda Revo keluaran 2008. Mesinnya dihidupkan lima menit dalam keadaan langsam sebelum diukur.
Tabung uji lalu disambungkan ke knalpot. Probe penganalisis gas dimasukkan ke dalam tabung itu.
Tiap pengujian berlangsung lima menit. Datanya diambil tiap tiga puluh detik dengan lima kali ulangan.
Gas hidrokarbon yang paling sulit ditekan. Karbon aktif menurunkannya 34,49 sampai 43,56 persen dari ukuran 50 sampai 200 mesh.
Kompositnya lebih baik pada rentang yang sama. Angkanya 42,38 sampai 46,57 persen.
Karbon monoksida justru yang paling mudah ditekan. Karbon aktif menurunkannya 70,29 sampai 74 persen dan kompositnya 71,24 sampai 76,9 persen.
Karbon dioksida berada di tengah. Karbon aktif menurunkannya 52,6 sampai 58,54 persen dan kompositnya 54,93 sampai 63,05 persen.
Ada satu angka yang memutus polanya. Pada karbon dioksida, komposit 100 mesh tercatat 54,25 persen, lebih rendah daripada komposit 50 mesh yang 54,93 persen.
Angka 54,25 persen itu juga muncul di deret karbon aktif. Di sana ia menjadi nilai untuk ukuran 100 mesh.
Penulisnya menyimpulkan 200 mesh sebagai yang terbaik. Untuk ketiga gas, ukuran itu memang memberi angka tertinggi pada kedua saringan.
Karbon Monoksida yang Berubah Jadi Karbon Dioksida
Keunggulan komposit dijelaskan lewat dua jalur. Jalur pertama luas permukaan yang bertambah karena sisipan titanium dioksida.
Jalur kedua reaksi katalitik. Titanium dioksida disebut mengubah hidrokarbon menjadi air dan karbon dioksida dengan bantuan oksigen.
Buktinya disebut terlihat langsung. Butiran air menempel di saringan dan tabung uji selama pengujian berlangsung.
Reaksi kedua mengubah karbon monoksida. Dua molekul karbon monoksida ditambah oksigen menjadi dua molekul karbon dioksida.
Di sinilah muncul persoalan yang tidak dibahas. Kalau kedua reaksi itu menghasilkan karbon dioksida, saringan yang sama tidak bisa sekaligus menekan karbon dioksida.
Penulisnya justru mencatat karbon dioksida ikut turun. Angkanya bahkan mencapai 63,05 persen pada komposit 200 mesh.
Pada bagian lain, penulisnya menyebut hal sebaliknya. Karbon dioksida disebut naik relatif pada tiap selang waktu pengujian sebagai bukti reaksi katalitik berjalan.
Dua pernyataan itu berdiri di bagian yang berbeda. Keduanya tidak pernah dipertemukan.
Titanium dioksidanya sendiri punya tiga bentuk. Anatase, rutil, dan brookit, dengan celah pita 3,2, 3,02, dan 2,96 elektronvolt.
Tulisan ini tidak menyebut bentuk mana yang dipakai. Padahal celah pita itu yang menentukan sifat katalitiknya.
Baca juga Dosen UMY Jelaskan Risiko Kesehatan Abu Anak Krakatau
Lima Kali Pakai, Lalu Retak
Kedua saringan juga diuji untuk pemakaian berulang. Sesudah tiap pengujian, saringannya dipanaskan ulang di oven pada 150 derajat Celsius selama lima belas menit.
Tujuannya membuka kembali pori di permukaan. Pengujiannya diulang sampai lima kali.
Hasilnya berbeda antargas. Kemampuan menekan hidrokarbon menurun pada tiap pengulangan, baik pada karbon aktif maupun kompositnya.
Sebabnya disebut dua hal. Saringannya jenuh oleh hidrokarbon dan pemanasan berulang merusak pori karbon.
Untuk karbon monoksida dan karbon dioksida, hasilnya justru tetap. Kedua saringan disebut stabil sepanjang lima kali pengulangan.
Penjelasannya soal ukuran molekul. Molekul karbon monoksida dan karbon dioksida lebih kecil daripada pori saringan, sehingga lebih mudah terserap.
Ada satu batas fisik yang dilaporkan terbuka. Sesudah dipanaskan lima kali, saringan kompositnya retak.
Penyebabnya disebut tingkat kekeringan yang terlalu tinggi. Retakan itu muncul pada saringan komposit, bukan pada karbon aktif biasa.
Kadar awal gas buangnya sendiri sudah dilaporkan. Karbon monoksida dan hidrokarbon disebut masih di bawah baku mutu, sedangkan karbon dioksida disebut sudah melewatinya.
Baku mutu yang dipakai dari Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan tahun 2017. Aturan itu berlaku untuk motor keluaran sebelum 2010.
Ambangnya dua angka. Empat setengah persen untuk gas karbon dan 6.000 bagian per juta untuk hidrokarbon.
Satu hal tidak diuji dalam percobaan ini. Berapa lama saringan itu sanggup bekerja pada motor yang benar-benar dikendarai, bukan yang dibiarkan langsam lima menit.
