PENYUSUN
Cindy
UNIVERSITAS
UNIVERSITAS TANJUNGPURA
Pendahuluan
Permasalahan limbah plastik menjadi permasalahan yang cukup serius di Indonesia. Dilansir dari laman Tempo, Indonesia menduduki peringkat tiga sebagai negara yang menghasilkan sampah plastik terbesar di dunia. Data dari Badan Pusat Statistik (BPS) menyebutkan, Indonesia menghasilkan 66 juta ton limbah plastik pada tahun 2021. Bahkan, limbah plastik sudah mulai mencemari perairan Indonesia. Data hasil penelitian dari University of Georgia menyatakan, Indonesia menempati peringkat ke-2 dalam pembuangan sampah plastik ke laut dengan jumlah 187,2 juta ton limbah plastik. Satu peringkat di bawah Tiongkok dengan 262,9 juta ton limbah plastik. Jika melimpahnya limbah plastik ini tak bisa diatasi, ada beberapa dampak yang akan terjadi, mulai dari dampak kesehatan, pencemaran lingkungan, hingga terganggunya ekosistem mahkluk hidup. Parahnya lagi, limbah plastik yang ada berpotensi menjadi mikroplastik berukuran kurang dari 5 mm dengan proses degradasi. Mikroplastik dapat berupa limbah plastik yang rusak setelah tumpah, potongan spons dan ban, serat sintetis atau kapsul untuk bahan kimia. Bahkan, mikroplastik ini dapat mempertahankan aditif dalam produk aslinya saat memasuki rantai makanan, seperti makanan laut (Stewart, 2021).
Untuk menyikapi banyaknya limbah plastik yang dihasilkan di Indonesia dan mengurangi dampak yang akan terjadi, ada dua metode pengolahan limbah plastik yang sudah dikenal luas, yaitu insinerasi dan pirolisis. Insinerasi mampu mengurangi volume limbah plastik cukup signifikan pada suhu minimal 800⁰C dengan memanfaatkan lahan tidak terlalu luas. Akan tetapi, insinerator justru berpotensi menghasilkan limbah berbahaya (residu APC), terak, gas buang dengan volume besar (Quina et al., 2011). Sementara itu, pirolisis adalah teknologi yang memecah suatu bahan tanpa menggunakan oksigen. Namun, proses ini masih menghasilkan berbagai polutan, seperti hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), SOx, dan NOx (Ghosh et al., 2020). Bahkan ada beberapa sumber yang menyebutkan teknologi berbasis pirolisis mahal dan mungkin tidak terjangkau dibandingkan dengan metode pengolahan limbah komersial
(Rajendran et al., 2019). Selain insinerasi dan pirolisis, ada juga metode daur ulang plastik dengan proses 3R (Reuse, Reduce, Recycle). Akan tetapi, metode ini dinilai kurang solutif untuk mengatasi banyaknya limbah plastik di Indonesia.
Pembahasan
Berdasarkan permasalahan yang ada, lahir sebuah inovasi bernama Luisan (Fluida Superkritis Skala Perumahan). Luisan adalah teknologi pengolah limbah plastik dengan memanfaatkan fasa fluida superkritis yang terintegrasi oleh internet of things. Inovasi ini menjadi teknologi yang tepat guna mengingat begitu banyak limbah plastik yang dihasilkan di Indonesia setiap tahunnya. Secara pemakaian, Luisan difokuskan pada pengolahan skala perumahan guna menjangkau limbah-limbah plastik yang dihasilkan pada skala rumah tangga sehingga limbah plastik yang dihasilkan di tiap-tiap rumah tangga bisa tertangani dengan baik. Selain itu, skala perumahan sudah paling tepat untuk mengoptimalkan kinerja alat dalam mengolah limbah plastik yang ada.
Dalam perancangan desain reaktor Luisan, digunakan software Fusion untuk menggambarkan bentuk visual dari Luisan. Dengan desain sedemikian rupa, Luisan memiliki kapasitas pengolahan sebesar 100 liter.
Gambar 2. Desain reaktor Luisan
Pada desain, terdapat dua tabung dengan fungsi berbeda. Tabung pertama adalah tempat terjadinya reaksi antara fluida superkritis dengan limbah plastik, sedangkan tabung kedua adalah tempat penyimpanan hasil gas dari reaksi yang terjadi di tabung pertama. Material yang digunakan untuk reaktor Luisan adalah beberapa lembar stainless steel 304 karena material tersebut memiliki ketahanan yang baik pada suhu dan tekanan yang tinggi, serta lebih ekonomis dibanding paduan-paduan lain yang biasanya digunakan untuk material reaktor. Untuk memastikan ketahanan beberapa lembar stainless steel 304 sebagai material Luisan, dilakukan simulasi menggunakan Fusion dengan konsep tekanan internal dan suhu tinggi. Dari desain yang telah diuji dengan tekanan 22,1 MPa dan temperatur 374,15℃ diperoleh nilai safety factor sebesar 9,16-15 yang berarti stainless steel 304 aman digunakan sebagai material dari reaktor Luisan.
Gambar 3. Safety factor Luisan
Luisan bekerja dengan kondisi anaerobik pada suhu dan tekanan operasi sebesar 374.15℃ dan 22.1 MPa (Supercritical Fluids State). Sebagai alat pengolah limbah plastik yang memanfaatkan fluida superkritis jenis H2O, Luisan mampu mendekomposisi polimer plastik menjadi monomer-monomernya. Fluida superkritis ini akan digunakan sebagai pelarut sekaligus media reaksi gasifikasi dari plastik yang akan menghasilkan produk berupa gas dan liquid.
Mekanisme kerja Luisan adalah sebagai berikut
Gambar 4. Mekanisme kerja Luisan
Sebelum limbah dimasukkan ke dalam reaktor, limbah harus dipilah untuk memisahkan limbah plastik dan non-plastik. Setelah melalui proses pemisahan, limbah plastik langsung dimasukkan ke dalam reaktor berisi H2O yang sudah mencapai fasa superkritis. Reaksi akan berlangsung selama beberapa menit dan dari reaksi tersebut terdapat hasil cair dan hasil gas (beberapa jenis plastik ada juga yang meninggalkan hasil padat). Hasil gas dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik dengan menggunakan steam turbine, sedangkan hasil cair bisa dimanfaatkan lagi dengan catatan pemilahan limbah yang dilakukan di awal harus lebih dispesifikasi.
Gambar 5. PET waste (bahan baku botol minuman) ketika bereaksi dengan fluida superkritis dan hasilnya.
Untuk perhitungan matematis diperoleh konsumsi daya yang dibutuhkan Luisan dengan asumsi waktu operasi 5 jam perhari dan kapasitas 100 liter pada rentang suhu 30℃- 374,15℃.
= . ∆
= 0,1 × 4187 × (374,15 − 30)
= 144096 Joule
Kemudian perhitungan dilanjutkan menggunakan formula berikut.
=
= 144096 / 5 × 3600
= 8,0053 kWh
Sehingga diperoleh daya yang dibutuhkan selama 5 jam waktu operasi sebesar
8,0053 kWh
Dalam pengaplikasiannya, Luisan terintegrasi internet of things berbasis web server yang memungkinkan operator untuk mengontrol sistem operasi Luisan remotely. Implementasi sistem ini digunakan untuk mengetahui kondisi dari Luisan secara realtime serta untuk mengetahui jumlah limbah plastik yang telah diolah. Dengan menggunakan Arduino Atmega sebagai ope source microcontroller, sensor tekanan, dan sensor temperatur, diharapkan Luisan dapat lebih mudah dalam pengontrolannya.
Dilihat dari segi ekonomi, Luisan memiliki fisibilitas ekonomi yang baik. Analisis ekonomi terhadap Luisan dilakukan menggunakan metode pendekatan perkiraan (approximate estimates). Diasumsikan sistem operasi pada kondisi optimal selama 1 tahun penuh (365 hari) adalah 1.825 jam operasi per tahun. Sistem Luisan akan berkelanjutan selama 10 tahun operasi. Kebutuhan air sebagai bahan baku dasar fluida superkritis selama 1.825 jam operasi adalah 21,9 m3. Diasumsikan juga harga air PDAM dan listrik PLN stabil untuk 10 tahun kedepan, yaitu Rp6.000,00 dan Rp1.444,70/kWh. Pengolahan limbah plastik akan dikenakan tarif sebesar Rp10,000.00/bulan untuk satu kartu keluarga (KK) dengan asumsi 1 rukun warga (RW) terdiri dari 400 KK.
Berikut merupakan tabel perhitungan biaya pengeluaran modal/Capital
Expenditure (CapEx) yang dapat dilihat pada tabel 1
Tabel 1. Capital Expenditure (CapEx) Luisan
| CapEx | |||||
| No | Item | Qty | Price/Unit | Total | |
| 1 | Stainless steel 304 | 2 | 7.372.600 | 14.745.200,00 | |
| 2 | Komputer | 1 | 5.750.000,0 0 | 5.750.000,00 | |
| 3 | Arduino Atmega328 | 1 | 474.000 | 474.000 | |
| 4 | Sensor Tekanan | 1 | 158.215 | 158.215 | |
| 5 | Sensor temperatur | 1 | 143.000 | 143.000 | |
| 6 | Manufacturing cost and piping | 1 | 1.217.000 | 1.217.000 | |
| TOTAL | 22.487.415,00 | ||||
Adapun biaya operasional/Operating Expenditure (OpEx) dapat dilihat pada tabel 2 Tabel 2. Operating Expenditure (OpEx) Luisan
| OpEx | ||||
| No | Item | Qty | Price/Unit | Total |
| 1 | Power Consumption (kWh) | 23375, 476 | 1.444,70 | 33.770.550,18 |
| 2 | Operation & Maintenance | 12 | 69.113 | 829.356,00 |
| 3 | Raw Material (water) (m^3) | 21,9 | 6.000,00 | 131.400,00 |
| Total | 34.731.306,18 |
Adapun revenue dapat dilihat pada tabel 3
Tabel 3. Revenue Luisan
| Revenue | ||||
| No | Item | Jumlah KK | Iuran/Tahun | Total |
| 1 | Iuran pembayaran pengolahan sampah | 400 | 120.000 | 48.000.000,00 |
| Total | 48.000.000,00 | |||
Setelah dilakukan perhitungan, didapatkan data-data penting yang dapat dilihat pada tabel
4
Tabel 4. Data BEP, BCR, NPV, dan IRR
| Item | Nilai |
| BEP | 1,69 |
| BCR | 1,11 |
| NPV | 53.675.422,36 |
| IRR | 58% |
Dari data yang didapatkan, terlihat jelas bahwa Luisan memiliki fisibilitas ekonomi yang baik. Luisan mencapai break even point (BEP) pada 1,69 tahun. Luisan juga memiliki rasio BCR yang bagus (>1) yaitu 1,11. Lalu, dengan mengasumsikan discount rate 10%, didapatkan nilai Net Present Value (NPV) sebesar Rp53.675.422,36. Nilai NPV > 0, artinya pengaplikasian Luisan sebagai alat pengolah limbah plastik tergolong menguntungkan. Terakhir, didapatkan juga data Internal Rate of Return (IRR) yang bagus, yaitu 58%.
Dilihat dari segi ramah lingkungan, Luisan menjadi teknologi yang lebih ramah lingkungan jika dibandingkan teknologi yang sudah ada, seperti insinerasi dan pirolisis. Insinerasi menghasilkan gas berupa hidrokarbon, SO2, HCl, CO, NOx, dan gas-gas berbahaya lainnya. Tak jauh berbeda dengan insinerasi, gas yang dihasilkan pada proses pirolisis antara lain hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), SOx, dan NOx. Sedangkan gas yang dihasilkan pada Sufter adalah hasil dekomposisi berupa monomer seperti CO2, CH4, H2, C2H6, CO, dan C2H4.
Penutup
Berdasarkan permasalahan yang ada dan analisis yang telah diberikan, Luisan memiliki peluang yang cukup tinggi guna signifikansi pengolahan limbah plastik, terutama pengolahan limbah plastik pada skala rumah tangga di Indonesia. Reaktor Luisan telah didesain secara kompleks, serta telah dilakukan simulasi dengan perolehan nilai safety factor pada rentang 9,16-15 sehingga dapat dikategorikan aman dalam pengoperasiannya. Dengan demikian, Luisan dapat membantu integrasi pengolahan limbah plastik ramah lingkungan pada skala rumah tangga, serta menjadi solusi pengolahan limbah plastik dengan fisibilitas ekonomi yang baik di Indonesia.
Saran dari penelitian ini adalah diperlukan adanya penelitian lebih lanjut mengenai riset-riset atau tambahan inovasi untuk meningkatkan efektivitas dan efisensi dari Luisan. Dengan demikian, Luisan benar-benar dapat direalisasikan untuk membantu mengatasi banyaknya limbah plastik di Indonesia.
Daftar Pustaka
Andryanto, S. D. (2021, October 26). 5 Negara Ini Penyumbang sampah Plastik Terbesar di Dunia, Indonesia urutan ke-3. Tempo. Retrieved March 5, 2022, from https://tekno.tempo.co/read/1521617/5-negara-ini-penyumbangsampah-plastikterbesar-di-dunia-indonesia-urutan-ke-3
Ghosh, P., Sengupta, S., Singh, L., & Sahay, A. (2020). Life cycle assessment of wasteto-bioenergy processes: A Review. Bioreactors, 105-122. doi:10.1016/b978-012-821264-6.00008-5
Media Indonesia. (2017, April 9). Indonesia Negara terbesar kedua pembuangan sampah plastik. Media Indonesia. Retrieved March 4, 2022, from
Merdeka. (2021, November 10). Indonesia produksi 66 Juta Ton Limbah Plastik per Tahun, Apa Solusinya? merdeka.com. Retrieved March 4, 2022, from
Pusat Penelitian Oseoanografi LIPI. (2017). Mikroplastik, Ancaman Tersembunyi bagi Tubuh dan Lingkungan. Pusat Penelitian Oseanografi Lipi. Retrieved March 5, 2022, from http://oseanografi.lipi.go.id/shownews/131
Quina, M., C.M., J., & M., R. (2011). Air Pollution Control in municipal solid waste incinerators. The Impact of Air Pollution on Health, Economy,
Environment and Agricultural Sources. https://doi.org/10.5772/17650
Stewart, T. (2021, June 03). Japan’s plastic footprint is larger than you may think. Retrieved March 4, 2022, from