Atasi Polusi dengan PlasmaKata Kunci: limbah, plasma, polusiDitulis oleh Anto Tri Sugiarto pada 20-03-2003

Selama ini teknologi pengolahan limbah kurang mendapatkan perhatian serius di

Indonesia. Padahal, tidak sedikit permasalahan limbah cair maupun gas terbentur pada

permasalahan penggunaan teknologi. Dengan semakin berkembangnya perindustrian di

Indonesia, sudah selayaknya pemilihan serta penggunaan teknologi yang tepat dalam mengatasi

masalah limbah segera diterapkan.

Melalui artikel ini penulis ingin memperkenalkan sebuah teknologi yang kerap disebut

teknologi plasma. Di berbagai negara maju termasuk Jepang, teknologi plasma mulai banyak

dipergunakan untuk mengolah limbah gas dan cair dari berbagai kegiatan industri domestik, serta

dari asap kendaraan bermotor. Sedangkan di negara Eropa dan Amerika berbagai penelitiaan dari

penggunaan teknologi plasma untuk mengolah limbah juga banyak dikembangkan.

Plasma

Plasma adalah zat keempat di samping zat klasik: padat, cair, dan gas. Zat plasma ini

bukanlah plasma seperti pada kata plasma darah, kata yang paling umum digunakan berkaitan

dengan plasma dalam bidang Biologi. Plasma zat keempat ini ditemukan pada tahun 1928 oleh

ilmuwan Amerika, Irving Langmuir (1881-1957) dalam eksperimennya melalui lampu tungsten

filament.

Plasma ini sangat mudah dibuat, caranya dengan pemanfaatan tegangan listrik. Contoh,

hadapkan dua electrode di udara bebas. Seperti kita ketahui udara adalah isolator, materi yang

tidak menghantarkan listrik. Namun, apabila pada dua electrode tadi diberikan tegangan listrik

yang cukup tinggi (10 kV<), sifat konduktor akan muncul pada udara tersebut, yang bersamaan

dengan itu pula arus listrik mulai mengalir (electrical discharge), fenomena ini disebut eletrical

breakdown.

Mengalirnya arus listrik menunjukkan akan adanya ionisasi yang mengakibatkan

terbentuknya ion serta elektron pada udara di antara dua elektrode tadi. Semakin besar tegangan

listrik yang diberikan pada elektrode, semakin banyak jumlah ion dan elektron yang terbentuk.

Aksi-reaksi yang terjadi antara ion dan elektron dalam jumlah banyak ini menimbulkan kondisi

udara di antara dua electrode ini netral, inilah plasma. Singkat kata plasma adalah kumpulan dari

electron bebas, ion dan atom bebas.

Polusi udara

Mengatasi polusi dengan plasma sebenarnya bukan sebuah hal yang baru. Pada tahun

1907 Frederick Cottrell memperkenalkan electrostatic precipitator (EP) untuk mengatasi polusi

akibat aerosol (sampah udara) dari asap pabrik hasil pembakaran. EP dapat digunakan untuk

mengumpulkan aerosol. Prinsip kerja dari EP adalah perpaduan dari medan electrostatic dan

aliran ion yang dihasilkan oleh corona discharge. Mekanisme kerjanya adalah partikel aerosol

ditangkap atau dikumpulkan oleh aliran ion, kemudian kumpulan partikel tadi diangkut oleh

medan electrostatic lalu dipisahkan. Sekarang EP banyak digunakan untuk mengatasi aerosol

dari asap pabrik termasuk di antaranya, di Indonesia.

Namun, asap hasil pembakaran dari pabrik maupun kendaraan bermotor tidak hanya

mengandung aerosol saja, tetapi didapati juga gas NOx, SOx, CO, dan Dioxin yang diketahui

sangat berbahaya pada kesehatan. Kita mengenal hujan asam (HNO3 dan H2SO4) yang dapat

mengakibatkan kanker. Juga gas CO yang dapat mematikan apabila kita menghirupnya secara

langsung. Kita juga dapat merasakan bertambah suhu bumi akibat pertambahan CO2.

Baru-baru ini kita mendengar Dioxin yang muncul dari pembakaran sampah plastik, yang

walaupun kadarnya sedikit namun berbahaya bagi kesehatan kita. Hal ini mendorong Dr Seiichi

Masuda dari Tokyo University untuk mencari teknologi yang dapat mengatasi gas beracun hasil

pembakaran pabrik. Pada tahun 1986 Seiichi Masuda mempublikasikan teknologi plasma

sebagai teknologi untuk mengatasi kandungan gas NOx, SOx dari asap pembakaran pabrik.

Prinsip dari teknologi plasma dalam mengatasi kandungan gas NOx atau SOx sangatlah

mudah. Seperti di jelaskan pada penjelasan di atas, plasma terbentuk dari kumpulan electron

bebas, ion serta atom. Aksi-reaksi pada ion dan electron dalam plasma seperti reaksi ionisasi,

excitasi, dan dissociasi dengan udara bebas disekitarnya berlanjut dengan terbentuk species aktif

(ion, electron, molekul yang mudah bereaksi) seperti Ozone, OH, O, NH3 yang memiliki sifat

radikal sangat mudah bereaksi dengan senyawa-senyawa yang ada disekitarnya. Species aktif

yang terbentuk ini kemudian bereaksi dengan gas NOx atau SOx kemudian mengubah serta

menguraikannya.

Dewasa ini di Jepang teknologi plasma berkembang sangat pesat. Di mana teknologi

plasma memiliki beberapa kelebihan yaitu pembuatan peralatan dan maintenance yang sangat

mudah, namun memiliki efektivitas penguraian yang cukup tinggi. Struktur yang mudah dari

peralatan teknologi plasma memungkinkan untuk dipasang langsung pada kendaraan bermotor,

untuk mengurangi kadar NOx yang timbul pada asap kendaraan hasil dari pembakaran bensin

atau solar. Selain untuk mengatasi NOx dan SOx teknologi plasma dapat dipergunakan juga

untuk menguraikan berbagai macam senyawa beracun seperti Dioxin, gas VOC (Volatile organic

compounds) seperti, CFC, trichloroethylene, toluene, benzene, serta gas dari hasil pembakaran

lainnya.

Mengatasi polusi

Seperti halnya pencemaran udara, pencemaran air sangatlah kompleks. Dalam proses

produksi sebuah industri pada umumnya dipergunakan berbagai bahan material dari berbagai

jenis dan bentuk. Limbah cair industri, pertanian, perkotaan dan rumah tangga selain

mengandung senyawa berat (Cd, Cu, Hg, Zn dll.), juga mengandung berbagai macam senyawa

organik, seperti dioxin, phenol, benzene, PCB, dan DDT.

Sistem pengolahan limbah cair yang ada sekarang umumnya mempergunakan cara

kombinasi antara pemakaian chlorine serta sistem condensasi, sedimentasi, dan filtrasi.

Sedangkan untuk pengolahan limbah organik banyak mempergunakan microbiologi, karbon aktif

atau membran filtrasi.

Namun, limbah organik semakin banyak yang sulit untuk diuraikan dengan microbiologi

atau membran filtrasi, serta membahayakan keselamatan makhluk hidup, meskipun dalam

kandungan konsentrasi yang sangat kecil (ppm/ppb) seperti, senyawa dioxin, furan, dan atrazine.

Sehingga sistem pengolahan limbah cair yang ada sekarang tidaklah cukup. Apabila hal ini kita

biarkan, tanpa kita sadari, air minum yang dipergunakan akan banyak mengandung senyawa

organik, yang selain membahayakan kesehatan manusia juga dapat merusak ekosistem makhluk

hidup lainnya.

Untuk mengatasi masalah limbah organik ini, teknologi ozone mulai dipergunakan dalam

proses pengolahan limbah cair. Teknologi ini dikenal dapat membersihkan limbah cair hingga

mendekati 100 persen (Japan Engineering newspaper, 1996). Ozone yang dikenal sebagai

oksidant kuat, selain dapat menghancurkan senyawa-senyawa organik, juga sekaligus dapat

membunuh bakteri yang terkandung dalam limbah tadi. Meskipun demikian masih ada beberapa

kendala yang harus diselesaikan pada teknologi ozone ini, seperti tingginya biaya operasional

serta adanya sisa ozone yang tertinggal dalam air setelah proses pengolahan berlangsung. Sisa

ozone yang memiliki kadar cukup tinggi, akan dapat membahayakan manusia.

Teknologi yang kemudian diperkenalkan untuk mengatasi limbah cair setelah teknologi

ozone ini adalah teknologi plasma. Sebelum kita jelaskan lebih lanjut tentang teknologi plasma,

perlu disampaikan disini bahwa ozone sendiri dapat dibuat dengan mempergunakan teknologi

plasma (Siemens 1857). Dewasa ini teknologi plasmalah yang paling banyak dipergunakan untuk

membuat ozone. Jadi, secara tidak langsung teknologi ozone adalah pemanfaatan dari teknologi

plasma itu sendiri.

Selanjutnya, teknologi plasma juga dapat dipergunakan secara langsung dalam proses

pengolahan limbah cair. Salah satu cara adalah dengan membuat plasma dalam air. Seperti

halnya plasma di udara, plasma dapat juga dibuat dalam air. Proses pembuatannya sendiri hampir

sama, hanya saja pembuatan plasma dalam air memerlukan energi sedikit lebih besar

dibandingkan pembuatan plasma di udara, mengingat air adalah materi yang dapat mengalirkan

arus listrik.

Plasma dalam air dapat menyebabkan timbulnya berbagai proses reaksi fisika dan kimia,

seperti sinar ultraviolet, shockwave, species aktif (OH, O, H, H2O2), serta thermal proses.

Banyaknya reaksi fisika dan kimia yang dihasilkan oleh plasma dalam air, membuat teknologi ini

dapat merangkum beberapa proses yang dibutuhkan dalam pengolahan air limbah. Sinar

ultraviolet yang dihasilkan mampu mengoksidasi senyawa organik sekaligus membunuh bakteri

yang terkandung dalam limbah cair. Shockwave yang ditimbulkan mampu menghasilkan proses

super critical water yang juga berperan dalam proses pengoksidasian senyawa organik. Dan,

yang paling penting banyak dihasilkan species aktif seperti OH, O, H, dan H2O2 yang merupakan

beberapa oksidant kuat yang dapat mengoksidasi berbagai senyawa organik sekaligus juga

membunuh bakteri dalam limbah cair tersebut. Dan, tidak ketinggalan panas yang dihasilkan

oleh plasma ini pun berperan dalam berbagai proses pengoksidasian.

Dari berbagai kelebihan proses yang dimilikinya, teknologi plasma dalam air mulai

mendapat perhatian khusus terutama untuk mengolah limbah organik yang umumnya

mengandung berbagai macam jenis senyawa organik. Dari berbagai percobaan laboratorium,

teknologi plasma dalam air sangat efektif untuk menguraikan senyawa organik seperti TNT,

phenol, trichloroethylene, atrazine, dan berbagai jenis zat warna (dye).

Teknologi plasma untuk mengolah limbah cair baik dengan teknologi ozone maupun

dengan teknologi plasma dalam air memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan cara

konvensional, microbiologi maupun membran filtrasi. Di antaranya proses penguraian senyawa

organik berlangsung sangat cepat, pembuatan peralatan serta maintenance yang mudah, serta

species aktif yang dihasilkan dapat menguraikan hampir seluruh senyawa organik.

Di Jepang dalam sepuluh tahun terakhir, penggunaan teknologi ozone maupun teknologi

plasma berkembang sangat pesat. Terlebih lagi setelah ditetapkannya perundangan tentang

Dioxin dan sejenisnya (January 2001). Di mana dioxin dapat diuraikan dengan mempergunakan

kombinasi dari ozone dan sinar ultraviolet atau ozone dan hydrogen peroxide.

——–

Artikel ditulis oleh Anto Tri Sugiarto Peneliti KIM-LIPI, Sekjen ISTECS (Institute for Science

and Technology Studies) Chapter, Japan

Artikel dapat juga dibaca di www.plasmatech-indonesia.ws)

Suatu hal yang baru terdapat suatu alternatif lain untuk mengatasi pencemaran lingkungan yang diterapkan di negara-negara maju seperti di Jepang dengan teknologi plasma. Plasma secara spesifik dapat mengolah limbah berupa cair dan gas ini bisa menjadi cara mengatasi pencemaran di Indonesia namun tentunya kita harus siap dengan kendala yang dihadapinya, seperti tingginya biaya operasional dan pengetahuan seputar teknologi plasma itu sendiri.

Cara penanganan pencemaran lingkungan dengan teknologi plasma ini sangat baik seperti dengan bisa mengatasi masalah pengolahan limbah cair sampai dengan 100 persen, proses penguraian senyawa organik yang sangat cepat, spesies aktifnya dapat menguraikan hampir seluruh senyawa organik hanya dengan peralatan mudah. Ini lebih baik dibandingkan dengan penanganan pencemaran udara dengan cara konvensional seperti mikrobiologi dan membran vibrasi.