pemanfaatan emisi gas co2 untuk budidaya spirulina

Pemanfaatan Emisi Gas Co2 Untuk Budidaya Spirulina... (Yusup Setiawan, dkk)

83

PEMANFAATAN EMISI GAS CO2 UNTUK BUDIDAYA SPIRULINAPLATENSIS DALAM UPAYA PENURUNAN GAS RUMAH KACA

(GRK)

UTILIZATION OF CO2 GAS EMISSIONS FOR SPIRULINA PLATENSISCULTIVATION IN REDUCING EFFORTS OF GREENHOUSE GAS (GHG)

Yusup Setiawan, Aep Surachman, Prima Besty Asthary, dan SaepullohBalai Besar Pulp dan Kertas, Kementerian Perindustrian,

Jl. Raya Dayeuh Kolot No. 132 Bandung – Indonesiae-mail: [email protected]

diajukan: 04/07/2014, direvisi: 06/08/2014, disetujui: 26/08/2014

ABSTRACT

CO2 gas of boiler emissions is one of the main greenhouse gas (GHG) which should be minimized its emissionsinto the atmosphere. At this time, the boiler emissions discharged into the atmosphere has not been utilized.Spirulina platensis cultivation experiment in laboratory scale with the addition of CO2 gas from boiler emissionshas been carried out. CO2 gas emission of coal-fired boilers of paper industry using waste paper as a rawmaterial was used in this experiment. CO2 gas boiler emissions with a flow rate of 250-750 ml/min are added intothe growing medium of Spirulina platensis. Spirulina platensis biomass, temperature and pH were observedduring the experiment. Content of protein, fat, fiber, ash and amino acids of harvested Spirulina platensis wereanalyzed. The results shows that the CO2 gas emissions of coal-fired boilers of paper industry can be utilized forthe Spirulina platensis cultivation . Spirulina platensis biomass concentration of 222 mg/L can be achieved withthe addition of CO2 gas boiler emissions at a rate of 750 mL/minute. Biomass of Spirulina platensis containprotein of 35.97 %, crude fat of 2.16 %, crude fiber of 5.75 %, moisture of 9.80%, and ash of 13.55 %. Spirulinaplatensis also contains amino acids, sodium and calcium and it does not contain heavy metals (Cd). Therefore, itcould potentially be used as a feed raw material for animal. Utilization of CO2 boiler emissions in the cultivation ofSpirulina platensis can reduce Greenhouse Gases (GHG).

Keywords: CO2 emissions, Spirulina platensis , Greenhouse Gases, Proteins , Amino acids

ABSTRAK

Gas CO2 emisi boiler merupakan salahsatu Gas Rumah Kaca (GRK) harus diminimisasi emisinya ke atmosfir.Pada saat ini emisi boiler dibuang ke atmosfir belum termanfaatkan. Percobaan budi daya Spirulina platensisskala laboratorium dengan penambahan gas CO2 emisi boiler telah dilakukan. Emisi CO2 boiler berbahan bakarbatubara industri kertas berbahan baku kertas bekas digunakan dalam percobaan ini. Gas CO2 emisi boilerditambahkan ke dalam media tumbuh Spirulina platensis dengan laju alir 250 – 750 mL/menit. Pertumbuhanbiomassa Spirulina platensis, suhu dan pH selama percobaan diamati. Kadar protein, lemak, serat, abu danasam amino Spirulina platensis hasil panen di analisa. Hasil menunjukan bahwa gas CO2 emisi boiler berbahanbakar batubara industri kertas dapat dimanfaatkan untuk budidaya Spirulina platensis. Kadar biomassa Spirulinaplatensis sebesar 222 mg/L dapat dicapai dengan penambahan gas CO2 emisi boiler dengan laju 750 ml/menit.Biomassa Spirulina platensis mengandung protein 35,97%, lemak kasar 2,16%, serat kasar 5,75%, kadar air9,80%, dan kadar abu 13,55%. Spirulina platensis juga mengandung asam amino, Natrium dan Kalsium tetapitidak mengandung logam berat Cd. Oleh karena itu Spirulina platensis berpotensi digunakan sebagai bahanpakan ternak. Pemanfaatan gas CO2 emisi boiler pada budidaya Spirulina platensis dapat menurunkan GasRumah Kaca (GRK).

Kata kunci: Emisi CO2, Spirulina platensis, Gas Rumah Kaca, Protein, Asam amino

PENDAHULUAN

Pembakaran bahan bakar fosil sepertibatubara, minyak dan gas adalah sumberterbesar emisi CO2 secara global. Emisi gasbuang dari pembakaran bahan bakar fosil

mengandung CO2, CO, NOx, SOx danpartikulat. Emisi gas buang daripembakaran batubara mengandung gasCO2 sebanyak 5 - 15% (Kanhaiya, et.a.l,2011). Sudhakar et al. (2011) melaporkanbahwa 80% CO2 di atmosfir berasal dari

Jurnal Riset Industri (Journal of Industrial Research) Vol. 8 No. 2, Agustus 2014, Hal. 83 - 89

84

hasil pembakaran bahan bakar fosil.Peningkatan kandungan gas CO2 di atmosfirdapat mengakibatkan terjadinya kenaikansuhu bumi dan perubahan iklim/pemanasanglobal.

Penghilangan gas CO2 dari industriadalah suatu kebutuhan pada saat ini.Penurunkan gas CO2 ke atmosfir dapatdilakukan melalui mitigasi CO2.Penghilangan gas CO2 dengan cara biologiadalah salahsatu alternatif yang menarik.Mikroalgae telah menarik perhatian untukfiksasi CO2 yang mengubahnya menjadibiomassa melalui fotosintesa (Kumar, et.al.,2010). Satu kilogram algae keringmenggunakan sekitar 1,83 kg CO2 (Li, et.al.,2006; Kanhaiya, et.a.l, 2010). Selain gasCO2, emisi gas buang mengandung gasSOx dan NOx yang mempengaruhipertumbuhan mikroalgae. Toleransimikroalgae terhadap gas-gas tersebutsangat bervariasi tergantung spesiesnya.Mikroalgae Spirulina platensis dapat toleranterhadap gas SOx dan NOx dan gas CO2yang konsentrasinya < 12% (Kanhaiya,et.a.l, 2011).

Sumber CO2 untuk mikroalgae antaralain dari atmosfir, emisi gas buang industridan karbonat terlarut (NaHCO3, Na2CO3).Konsentrasi CO2 dari atmosfir (≈ 0,0387%)tidak cukup untuk mendukung kecepatanpertumbuhan mikroalgae dan produktivitasyang diperlukan untuk skala produksi bahanbakar bio dari mikroalgae. Emisi gas buangdari proses pembakaran yang mengandunggas CO2 5 -15% dapat mendukung untukproduksi mikroalgae skala besar (Kanhaiya,et.a.l, 2011).

Spirulina platensis adalah salahsatumikroalgae yang dapat tumbuh dengan baikdalam air kualitas rendah seperti air limbahdalam kondisi basa dengan ketersediaannutrisi serta sinar matahari yang cukup(Kumar, et.al., 2010; Varma, et.al., 2012).Pertumbuhan Spirulina platensisdipengaruhi oleh faktor suhu yang optimumpada kisaran 35 - 37oC dan pH padakisararan 8,3 – 11 (Habib, et al., 2008).Spirulina platensis mempunyai kandunganprotein, asam amino, vitamin, mineral danpigmen yang dapat dimanfaatkan sebagaibahan makanan tambahan (suplemen) bagimanusia, hewan, dan akuakultur (Ono,2004). Budidaya Spirulina platensis dengan

fiksasi CO2 dari pembakaran bahan bakarfosil dapat mengurangi emisi CO2 keatmosfir dan menyediakan alternatifsuplemen makanan bagi manusia ataupakan ternak (Benemann, 1997).

Dalam makalah ini diuraikan pengaruhpenambah gas CO2 dari emisi boilerterhadap pertumbuhan biomassa Spirulinaplatensis dalam media efluen instalasipengolahan air limbah (IPAL) industrikertas. Produktivitas biomassa, penggunaanCO2 dan absorpsi CO2 emisi boiler dalamupaya penurunan Gas Rumah Kaca (GRK)juga dibahas. Kualitas Spirulina platensisyang dihasilkan juga disajikan.

METODE

BahanBibit mikroalga Spirulina platensis

diperoleh dari Puslit Bioteknologi, LIPI,Cibinong. Emisi boiler berbahan bakarbatubara sebagai sumber CO2 dan efluenInstalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)sebagai media tumbuh Spirulina platensisdiambil dari industri kertas berbahan bakukertas bekas. Emisi CO2 boiler dan efluenIPAL masing-masing dikarakterisasi dilaboratorium pengujian udara danlaboratorium air limbah Balai Besar Pulpdan Kertas BBPK) Bandung. Gas CO2 murnijuga digunakan sebagai kontrol. Ureasebagai sumber Nitrogen (N) dan KH2PO4sebagai sumber Posfor (P) digunakansebagai nutrisi. CaCO3 juga digunakanuntuk meningkat pH air media tumbuhSpirulina platensis.

MetodePercobaan dilakukan dengan sistem

batch dalam reaktor terbuat dari kacaberukuran panjang 39 cm, lebar 29 cm dantinggi 39 cm. Reaktor ditempatkan dalambangunan yang atapnya tembus cahayasinar matahari dengan rata-rata intensitascahaya sekitar 4.000–5.000 lux selamapencahayaan 12 jam. Ke dalam reaktordiisikan air media kultur sebanyak 18 L danbibit mikroalga Spirulina platensis sebanyak2 L. Urea dan KH2PO4 masing-masingditambahkan ke dalam reaktor sebanyak0,05 g/l dan 0,05 g/l. Emisi boiler dialirkanke dalam reaktor menggunakan pompadosis melalui diffuser dengan laju alir 250,


85

500 dan 750 ml/menit masing-masingselama 17 menit setiap hari. Penambahangas CO2 murni dengan laju alir 250 ml/menitselama 17 menit setiap hari juga dilakukanyang digunakan sebagai kontrol. Fotorangkaian percobaan budidaya Spirulinaplatensis dapat dilihat pada Gambar 1.Selama percobaan parameter pH dantemperatur diukur, dan pertumbuhanbiomassa Spirulina platensis di analisadengan metoda gravimetri. pH diukurmenggunakan pH meter sebelum dansesudah penambahan gas CO2 baik dariemisi boiler maupun dari gas CO2 murni.Pada tahap akhir, Spirulina platensisdipanen dengan cara disaringmenggunakan jaring plankton. BiomassaSpirulina platensis basah kemudiandikeringkan dengan panas sinar matahari.Biomassa Spirulina platensis hasil panendianalisa proksimat di laboratorium FakultasPeternakan, Universitas Padjadjaran dankandungan asam amino di laboratorium PT.Saraswanti Indo Genetech, Bogor .

Gambar 1. Rangkaian percobaanbudidayaSpirulina platensis

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Efluen IPAL Dan EmisiBoiler Industri Kertas

Berdasarkan hasil pengamatan secaravisual efluen IPAL industri kertas terlihatbening sedikit berwarna kekuningan yangmana penetrasi sinar matahari masihmemungkinkan terjadi. Hasil analisakarakteristik efluen IPAL industri kertasditunjukkan pada Tabel 1. pH efluen IPALbersifat netral dengan kandungan COD,BOD dan TSS nya cukup rendah.Karakteristik efluen IPAL industri kertastersebut telah memenuhi baku mutu limbahcair menurut Keputusan Menteri Lingkungan

Hidup No. 51 tahun 1995 tentang BakuMutu Limbah Cair Industri Pulp dan Kertas.

Tabel 1. Karakteristik air limbah terolahindustri kertas

No Parameter Konsentrasi1. pH 7,312. COD 107 mg/L3. BOD5 84 mg/L

4. Nitrogen total(N total) 3,43 mg/L

5. Posfor (P) 0,014 mg/L

6. Total SuspendedSolid (TSS) 21 mg/L

Efluen IPAL industri kertas tersebutmasih mengandung nitrogen (N) dan Posfor(N) walaupun relatif rendah, yaitu masing-masing sebesar 3,43 mg/l dan 0,014 mg/l.Dalam pertumbuhan Spirulina platensis,nitrogen (N) dan Posfor (N) diperlukansebagai unsur hara makro. Nitrogenberperan pada proses sintesis asam aminosebagai penyusun protein di dalam sel(Colla, et al, 2005), sedangkan fosfor (P)berfungsi untuk metabolisme energi,transfer energi, serta sebagai stabilisatormembran (Wijoseno, 2011). Kekurangannitrogen dalam medium dapat diatasidengan memperkaya medium dengan urea(Sari, et al., 2012).

Hasil analisa emisi boiler berbahanbakar batubara yang digunakan dalampercobaan ini mengandung gas CO24,8%v/v, CO 343 ppm, SO2 8 ppm, NO2 8,5ppm. Emisi boiler mengandung gas CO2yang rendah < 12% v/v, gas SO2 dan NO2yang rendah sehingga Spirulina platensismasih dapat tumbuh dengan baik.Kandungan gas SO2 dan NO2 dalam emisiboiler tersebut termasuk dalam kategorikonsentrasi rendah sehingga kurangberpengaruh terhadap penurunan pH yangdrastis (Kanhaiya, et.al., 2011).

Pertumbuhan Spirulina platensis

Spirulina platensis dapat tumbuhdengan baik pada pH basa 8,3 -11 (Li,et.al., 2006). Melihat pH dari media tumbuhSpirulina platensis dari efluen IPAL pH nyasekitar 7,3, maka ditambahkan larutanCaCO3 ke dalam media tumbuh Spirulina


86

platensis sampai pH nya sekitar 9 (Li, et.al.,2006). Didalam percobaan, penambahangas CO2 baik dari emisi boiler maupun darigas CO2 murni dibatasi waktu pengalirannyayaitu selama 17 menit/hari. Hal ini untukmencegah terjadinya penurunan drastis pHmedia tumbuh Spirulina platensis < 8,3karena kelarutan CO2 dan SO2 yangberlebihan (Westerhoff, et.al., 2010). Hasilpengamatan pH sebelum dan sesudahpenambahan dan CO2 masing-masingditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.Gambar 2b menunjukkan bahwa pada saatpenambahan gas CO2 emisi boiler adasedikit penurunan pada pH media tumbuhSpirulina platensis. Sedangkan pada saatpenambahan gas CO2 murni penurunanpada pH media tumbuh Spirulina platensiscukup besar, penurunan pH nya bisa dari 9menjadi 8. Akan tetapi pada keesokanharinya, pH semua reaktor bisa meningkatlagi sampai antara pH 9-10. Penurunan pHpada saat penambahan gas CO2 baik darigas CO2 emisi boiler maupun gas CO2murni dikarenakan terjadinya reaksi antaragas CO2 dengan air membentuk asamH2CO3

Gambar 2. pH media tumbuh Spirulinaplatensis sebelum penambahanCO2

Gambar 3. pH media tumbuh Spirulinaplatensis sesudah penambahanCO2

Pertumbuhan dan laju produktivitasbiomassa Spirulina platensis dari masing-masing variasi penambahan gas CO2seperti pada Gambar 4 dan Gambar 5.Gambar tersebut menunjukkan bahwa

Gambar 4. Konsentrasi pertumbuhanbiomassa

Gambar 5. Laju produktivitas biomassa

Secara umum, pertumbuhanbiomassa Spirulina platensis denganpenambahan gas CO2 emisi boiler lebihbesar dari pertumbuhan biomassa Spirulinaplatensis dengan penambahan gas CO2murni.

Rendahnya pertumbuhan biomassaSpirulina platensis dengan penambahangas CO2 murni dapat disebabkan olehpenurunan nilai pH yang besar pada saatpenambahan sehingga untuk mencapai pHyang optimum kembali (> 8,3) untukpertumbuhan Spirulina platensis perlu adapenambahan bahan kimia yang menaikkanpH tidak dapat tercapai dengan pemulihan


87

penambahan pH dengan sendirinya.Konsentrasi biomassa Spirulina platensisyang terbesar yaitu 222 mg/L (Gambar 4)dengan laju produktivitas biomassaSpirulina platensis yaitu 39,3 g/m2.hari(Gambar 5) dapat dicapai pada hari ke 7dengan penambahan gas CO2 emisi boilerdengan laju 750 ml/menit. Produktivitasbiomassa Spirulina platensis tersebut sedikitlebih besar nilai teoritis yaitu 30 g/m2.hari(Li, et.al., 2006).

Pada awal pertumbuhan Spirulinaplatensis, gas CO2 yang terlarut dalammedia tumbuh Spirulina platensis yangdigunakan untuk pertumbuhan Spirulinaplatensis cukup tinggi. Selanjutnya menurunpada hari beikutnya sampai hari ke 7 padasaat panen. Banyaknya penggunaan CO2per biomassa Spirulina platensis padapenambahan gas CO2 emisi boiler denganlaju 750 ml/menit adalah berkisar antara0,36 – 1,78 g CO2/g biomassa dengan rata-rata 0,78 g CO2/g biomassa (Gambar 6).Adapun pada saat panen, penggunaan CO2nya adalah 0,36 g CO2/g biomassa Nilaitersebut lebih kecil dari yang dilaporkan Li,et.al., 2006 dan Kanhaiya, et.al., 2011 yaitu1,8 g CO2/g biomassa. Foto Spirulinaplatensis yang dihasilkan dapat dilihat padaGambar 7.

Banyaknya kelarutan gas CO2 emisiboiler dalam media tumbuh Spirulinaplatensis dan efisiensi absorpsi CO2ditunjukkan masing-masing pada Gambar 6dan Gambar 8. Kelarutan gas CO2 dalammedia tumbuh Spirulina platensis terbesardicapai pada penambahan gas CO2 emisiboiler dengan laju 750 ml/menit yaituberkisar antara 0,09 – 0,14 kg CO2/m3 airmedia tumbuh dengan rata-rata 0,11 kgCO2/m3 air media tumbuh (Gambar 6a).Pada laju penambahan gas CO2 emisi boilertersebut, efisiensi absorpsi CO2 nya berkisarantara 0,14 – 0,25% dengan rata-rata0,20% (Gambar 9). Gas CO2 dari emisiboiler dapat dimanfaatkan untuk budidayaSpirulina platensis dan berkontribusi dalammenurunkan gas CO2 emisi boiler sebagaigas rumah kaca (GRK) sebesar 0,20 %.

Gambar 6. Penggunaan CO2 padapertumbuhan Spirulina platensis

Gambar 7. Foto Spirulina platensisyang dihasilkan

Gambar 8. Kelarutan CO2 dalam mediatumbuh Spirulina platensis


88

Gambar 9. Efisiensi absorpsi CO2

Kualitas Biomassa Spirulina platensis

Spirulina platensis yang dihasilkanmemiliki kadar lemak rendah tetapi kadarabu tinggi (Tabel 2). Hal ini, disebabkanoleh penambahan CaCO3 pada mediumuntuk meningkatkan pH. Sedangkankandungan protein nya cukup tinggi.

Tabel 2. Kandungan Proksimat padaSpirulina platensis

No Komponen Konsentrasi1. Protein 35,97 %2. Lemak kasar 2,16 %3. Serat kasar 5,75 %4. Air 9,80 %5. Abu 13,55 %6. BETN 35,19 %7. TDN 63,36 %8. Energi bruto 3.258 Kkal/kg

Hasil analisa asam amino dan mineralSpirulina platensis pada Tabel 3. Spirulinaplatensis yang ditumbuhkan dalam mediaefluen IPAL mengandung asam aminowalaupun kadarnya lebih rendahdibandingkan dengan hasil budidayaSpirulina platensis Siam Algae Co. Ltd.,Thailand dan IPGSR-Malaysia (Habib,2008).

Selain mengandung asam amino,Spirulina platensis yang ditumbuhkan dalammedia efluen IPAL juga mengandungNatrium dan Kalsium tetapi tidakmengandung logam berat Cd. Dengankandungan protein dan asam amino yangcukup tinggi, Spirulina platensis tersebutberpotensi digunakan sebagai suplemen

pakan ternak (Panji, 2001; Kumar, 2010;Habib, 2008 ).

Tabel 3. Hasil Analisa Asam AminoSpirulina platensis, mineral danlogam

No. Parameter

Satuan

Hasil penelitian

1. AsamAmino BBPK

*)SiamAlgaeCo. Ltd.Thailand

*)IPGSR,Malaysia

L-asparticacid % 2,36 5,20–6,00 5,37

L-serine % 1,36 - 3,84

L-glutamicacid % 2,28 7,30–9,50 7,04

Glycine % 1,62 - 6,66

L-histidine % 0,56 - 2,81

L-agrinine % 1,99 - 4,94

L-threonine % 1,52 - 3,35

L-alanine % 1,97 - 10,81

L-proline % 1,68 - 4,11

L-Cystine % 0,08 0,50–0,70 0,6

L-Tyrosine % 0,99 2,60–3,30 3,42

L-Valine % 1,81 - 4,02

L-Metheonine % 0,19 1,30–2,00 2,75

L-LysineHCl % 1,17 2,60–3,30 4,63

L-Isoleucine % 1,42 - 3,85

L-Leucine % 2,25 5,90–6,50 8,37

L-Phenylalanine % 1,34 2,60–3,30 4,10

2. Na mg/100g 566 - -

3. Ca mg/100g 2.204 - -

4. Mg mg/100g 367 - -

5. Cd ppm **)tt - -*) Sumber : Habib, 2008**) tt:tidak terdeteksi

KESIMPULAN

Efluen IPAL industri kertas dapatdimanfaatkan sebagai media tumbuhSpirulina platensis. Emisi boilermengandung gas CO2 yang rendah < 12%v/v, serta gas SO2 dan NO2 yang rendah,sehingga Spirulina platensis masih tumbuhbaik. Kandungan gas SO2 dan NO2 dalamemisi boiler yang rendah kurangberpengaruh terhadap penurunan pH mediatumbuh. Penambahan gas CO2 emisi boilerdengan laju 750 ml/menit ke dalam mediatumbuh menghasilkan biomassa Spirulinaplatensis sebesar 222 mg/L denganproduktivitasnya sebesar 39,3 g/m2.haripada saat panen. Besarnya penggunaanCO2/biomassa Spirulina platensis berkisarantara 0,36 – 1,78 g CO2/g biomassa


89

dengan rata-rata 0,78 g CO2/g biomassa.Gas CO2 dari emisi boiler dapatdimanfaatkan untuk budidaya Spirulinaplatensis dan berkontribusi menurunkan gasCO2 emisi boiler sebagai gas rumah kacasebesar 0,20%. Spirulina platensis yang ditumbuhkan dalam media efluen IPALdengan penambahan gas CO2 emisi boilermengandung protein, asam amino danmineral yang cukup tinggi, dan tidakmengandung logam berat Cd berpotensisebagai suplemen pakan ternak.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasihyang sebesar-besarnya kepada BapakKepala Balai Besar yang telah memberikandan menyediakan fasilitas percobaan dansumbangan pikiran dalam penyusunanmateri ini.

DAFTAR PUSTAKA

Beneman, J.R. & Hughes, E. 1997.Biological Fossil CO2 Mitigation.Energy Conversion. Management 38:S467–S473.

Colla, L. M. Reinehr, C.O. Rechert, C. CostaJ.A.V. 2007. Production of Biomassand Nutriceutical Compound bySpirulina platensis Under DifferentTemperature ad Nitrogen Regimes.Bioresource Technology, Vol. 98,Issue 7:1489-1493.

Habib, M. Ahsan B. Parvin, Mashuda.Hutington, Tim C. Hasan, MohammadR. 2008. FAO Fisheries andAquaculture Circular No. 1034,FIMA/C101034(En). Rome-Italy. FAOFiat Panis

Kanhaiya Kumar, Chitralekha Nag Dasgupt,.Bikram Nayak, Peter Lindblad,Debabrata Das. 2011. Development ofsuitable photobioreactor for CO2sequestration addressing globalwarming using green algae andcyanobacteria. BioresourceTechnology 102 (2011): 4945 – 4953.

Kumar, Amit. Sarina Ergas, Xin Yuan, AshisSahu, Qiong Zhang, Jo Dewulf, F.Xavier Malcata, Herman vanLangenhove.2010. Trends inBiotechnology. Vol.28 No 7:371-380.

Li, Yan. Markley, B. Mohan, A.R. Rodriguez-Santiago, V. Thompson, D. & VanNiekerk, D. 2006. Utilization of CarbonDioxide from Coal-Fired Power Plantfor the Production of Value-AddedProducts, 27 April2006.http://www.ems.psu.edu/~elsworth/courses/egee580/utilization_final_report. Pdf. [5 Desember 20011].

Ono, E. & Cuello, J.L. 2004. DesignParameters of Solar ConcentratingSystems for CO2 Mitigating AlgalPhotobioreactors. Energy. 29: 1651–1657.

Panji, Tri. Suharyanto, Zain Tanto. 2001.Optimization Media from Low-costNutrient Sources for Growing Spirulinaplatensis and Carotenoid Production.Menara Perkebunan, 2001 69(1): 18-28.

Sari, F. A. S. Suryajaya, I Made S.Hadiyanto. 2012. Kultivasi MikroalgaSpirulina platensis dalam MediaPOME dengan Variasi KonsentrasiPOME dan Komposisi Jumlah Nutrien.Jurnal Teknologi Kimia dan Industri1(1): 487-494

Sudhakar, K. Suresh, S. & Premalatha, M.2011. An Overview of CO2 MitigationUsing Algae Cultivation Technology.International Journal of ChemicalResearch. Vol. 3, Issue 3: 110-117.

Varma, V. Sudharsan., Srinivasa, S.V.,Suthanthararajan, R., Ravindranath,E. 2012. Algal Symbiosis in Reductionof Greenhouse gas (GHG) Emissionand Bio-Energy Production.Proceeding of InternationalConference on Control of IndustrialGaseous Emission : 89-93.

Westerhoff,P., Hu, Q., Esparza-Soto, M.,Vermaas, W. 2010. GrowthParameters of microalgae tolerant tohigh levels of carbon dioxide in batchand continuous-flow photobioreactors.Environ. Technol. 31: 523 - 532.

Wijoseno, Tangguh. 2011. Uji PengaruhVariasi Media Kultur terhadap TingkatPertumbuhan dan Kandungan Protein,Lipid, Klorofil, dan Karotenoid padaMikroalga Chlorella vulgarisBuitenzorg. Tesis. UniversitasIndonesia. Depok. Indonesia


90

Halaman sengaja dikosongkan

Venturi-Packed Scrubber Sebagai Pengendali... (Januar Arif, dkk)

91

VENTURI-PACKED SCRUBBER SEBAGAI PENGENDALI CEMARANPARTIKULAT PADA INDUSTRI PENGECORAN LOGAM TUNGKU

INDUKSI

VENTURY-PACKED SCRUBBER AS PARTICULATE POLLUTION CONTROLON INDUCTION FURNACE METAL CASTING INDUSTRY

Januar Arif Fatkhurrahman dan Ikha Rasti JuliasariBalai Besar Teknologi Pencegahan Pencemaran Industri, Kementerian Perindustrian

Jl. Kimangunsarkoro No.6, Semarang, Jawa Tengah – Indonesiae-mail : [email protected] dan [email protected]


ABSTRACT

Induction furnace metal casting industry on small medium scale needs some attention, especially on itsparticulate pollution. By today, particulate pollution from this industrial process remain unhandling.Particulatepollution handling research on this activity, mainly focused on the design and construction of equipment venturipacked scrubber with construct support facilities, liked: exhaust hood, settling basin and stack. Location of thestudy conducted at the Metal Casting workshop owned Metal Industry Development Center (BBLM) Bandung toshow a decrease in the effectiveness of the inhalableparticulateparameters and respirable particulate parametersduring the metal casting process takes place. The results of the trial showed a decrease of inhalable particulateis 0.5745 mg/Nm3 and respirable particulate is 0.2357 mg/Nm3,the efficiency of venturi packed scrubber is 57.26% for inhalable particulateand 61.73 % for respirable particulate.

Keywords: Induction Furnace Metal Casting, Venturi-Packed Scrubber, Inhalable Particulate, RespirableParticulate

ABSTRAK

Industri pengecoran logam tungku induksi skala kecil menengah memerlukan perhatian khusus mengingatsampai saat ini belum ada penanganan cemaran partikulat pada kegiatan produksinya. Kegiatan penelitian iniberupa rancang bangun peralatan venturi packed scrubber beserta fasilitas pendukung yaitu: bangunanpenangkap partikel, pengendap air dan cerobong. Lokasi penelitian dilaksanakan di bengkel pengecoran milikBalai Besar Logam dan Mesin (BBLM) Bandung untuk melihat efektifitas penurunan parameter partikulatinhalabel dan partikulat respirabel selama proses pengecoran berlangsung. Hasil ujicoba alat menunjukkanpenurunan partikulat inhalabel sebesar 0,5745 mg/Nm3 dan partikulat respirabel sebesar 0,2357 mg/Nm3.Efisiensi pengikatan venturi packed scrubber untuk partikulat inhalabel sebesar 57,26% dan partikulat respirabelsebesar 61,73%.

Kata Kunci: Pengecoran Logam Tungku Induksi, Venturi-Packed Scrubber, Partikulat Inhalabel, PartikulatRespirabel

PENDAHULUAN

Berkembangnya sejumlah industriseperti otomotif, alat berat dan elektronikdan permesinan tak urung menggerekpermintaan di industri pengecoran logam.Industri pengecoran logam merupakanindustri hulu yang ke depan mempunyaiprospek cukup bagus sejalan denganpeningkatan permintaan pada industrihilirnya. Menurut Anwar (2010), berbagaikendala dihadapi oleh industri ini,mengingat sebagian besar merupakan

industri skala kecil menengah mulai darikualitas cetakan yang masih rendah danbelum memenuhi standar internasionaldengan tingkat penolakan produk (rejectionrate) pada industri baja skala kecil masihsekitar 10-15%. Sedangkan rata-rata secarainternasional rejection rate hanya 3%.Permasalahan ini disebabkan olehperalatan yang sudah tua dan kualitassumber daya manusia yang rendah.

Permintaan bahan baku scrap yangtinggi tidak sejalan dengan keterbatasanjumlahnya, menyebabkan naiknya harga

Jurnal Riset Industri (Journal of Industrial Research) Vol. 8 No. 2, Agustus 2014, Hal. 91 – 100

92

scrap. Sehingga banyak industripengecoran logam skala kecil menengahmenggunakan campuran besi rongsoksebagai pengganti bahan baku, tidak hanyapada pengecoran logam dengan tungkukupola, namun juga pada industripengecoran logam berbasis tungku induksi.Kandungan pengotor dalam besi rosok akanmenghasilkan cemaran bagi udara ruangkerja dalam bentuk gas dan partikulat ketikadilakukan proses peleburan.

Kondisi industri pengecoran logamskala kecil menengah, khususnya yangberbasis tungku induksi yang menggunakanbahan baku besi scrap, menghasilkanproduk samping berupa limbah padat dancemaran udara yang berbahaya untukkesehatan baik lingkungan maupun pekerja.Hal ini ditambah dengan belum adanyaperangkat pengendali cemaran udara padaunit proses pengecoran logam tungkuinduksi (Juliasari, 2013).

Berdasarkan data karakteristikpencemaran udara ruang produksi padaindustri pengecoran logam tungku induksi(Juliasari, 2013), pencemar untuk parametergas SO2 dan NO2 masih berada jauh dibawah limit deteksi metode pengujianparameter tersebut, sementara hasilpemantauan lingkungan di ruang prosesindustri pengecoran logam didapatkonsentrasi partikulat inhalabel pada ruangkerja mencapai 1,593 mg/Nm3 dan partikulatrespirabel sebesar 0,5185 mg/Nm3. Denganmelihat cemaran partikulat yang cenderungberdampak negatif dibandingkan bakumutunya sebesar 10 mg/Nm3 untukpartikulat inhalabel dan 3 mg/Nm3 untukpartikulat respirabel (PermenakertransNo.13/Men/X/2011), kegiatan ini dibatasipada pengendali cemaran partikulat,meliputi partikulat inhalabel dan partikulatrespirabel. Dari batasan masalah tersebut,dirumuskan dua hal, yaitu; kemampuanventuri-packed scrubber sebagai solusicemaran partikulat di IKM pengecoranlogam berbasis tungku induksi, dan efisiensipengikatan venturi-packed scrubber.Sedangkan untuk konsentrasi logam ruangkerja didominasi oleh Mn. Cu, Fe, Cr, Coyang berbahaya untuk kesehatan.

Melihat karakteristik cemaran partikelyang dihasilkan, dipilih kombinasi venturiscrubber yang dilengkapi packed material

Coulson (2002) menyatakan bahwaperancangan wet scrubber denganpengikatan partikel, disarankanmenggunakan 2 tahap proses;a. Primary Stage, menggunakan venturi

scrubber, untuk mengabsorbsi gas –gas emisi yang terbentuk danmengeliminasi sebagian partikulat.Konstruksi venturi scrubber secaraumum dapat dijabarkan sebagaiberikut; karakteristik dimensimempunyai pengecilan diameter lalupembesaran kembali. Bagian yangmemiliki diameter terkecil disebutventuri throat, dengan adanya throataliran gas akan mengalami prosesthroating, sehingga akan terjaditumpukan partikel pada bagiantersebut.. Aliran air yang mengalirmelalui throat seperti diperlihatkan padaGambar 1. berikut ini.

Gambar 1. Venturi Scrubber

Kecepatan aliran gas dengan kondisipencekikan pada bagian throatmenghasilkan efisiensi tinggi pada tipeini yaitu antara 70 – 99% untuk partikelberukuran > 1µm tetapi hanya > 50%untuk ukuran partikel sub µm (Purba,2010).


93

b. Secondary Stage, menggunakanpacked bed, dengan luas bidang kontakdiperluas dengan adanya packingmaterial sebagai area kontak antarapartikulat-gas dengan cairan, untukmenyempurnakan proses eliminasipartikulat. Dengan adanya pengikatanlanjutan, partikulat cemaran yang tidaklolos dengan venturi scrubber akantereliminasi oleh packed scrubber

Debu merupakan partikel – partikel zatpadat yang disebabkan oleh kekuatan-kekuatan alami atau mekanis, sepertipengolahan, penghancuran, pelembutan,pengepakan yang cepat, peledakan danlain-lain dari bahan-bahan organik maupunanorganik, misalnya batu, kayu, bijih logam,arang batu, butir-butir zat padat dansebagainya (Suma’mur, 1998). Sedangkanmenurut Sarudji (2010), dalam bukuKesehatan Lingkungan, debu (partikulat)adalah bagian yang besar dari emisi polutanyang berasal dari berbagai macam sumberseperti mobil, truk, pabrik baja, pabriksemen, dan pembuangan sampah terbuka.Ada tiga cara masuknya bahan polutanseperti debu dari udara ke tubuh manusiayaitu melalui inhalasi, ingesti, dan penetrasikulit. Kerusakan kesehatan akibat debutergantung pada lamanya kontak,konsentrasi debu dalam udara, jenis debuitu sendiri dan lain-lain (Agusnar, 2008).Partikel yang terhisap oleh manusia denganukuran kurang dari 1 µm akan ikut keluarsaat napas dihembuskan. Partikel yangberukuran 1 – 3 µm akan masuk ke dalamkantong udara paru-paru, menempel padaalveoli. Partikel berukuran 3 – 5 µm akantertahan pada saluran pernapasan bagiantengah. Partikel yang berukuran di atas 5µm akan tertahan di saluran napas bagianatas (Sunu, 2001).

METODE

Kegiatan penelitian ini secara garisbesar, dibagi menjadi empat tahapan,meliputi analisis karakteristik, konstruksiperalatan, uji operasional, dan analisisperalatan, seperti digambarkan dalamsistematika penelitian (Gambar 2.)

Gambar 2. Sistematika Penelitian

Peralatan yang digunakan untuk penelitiandibedakan atas :a. Peralatan Konstruksi Venturi Packed

ScrubberMeliputi : exhaust, venturi scrubber,packed scrubber dan bak pencemar,dengan layout penempatan unit prosesseperti gambar 3 di bawah ini :

Venturi ScrubberDasar perancangan venturiscrubber mengacu pada debitpartikel yang masuk ke dalamperalatan proses, estimasitetesan/ droplet air(PDHEngineer, 2006). Dariparameter tersebut digunakanuntuk menentukan diameterventuri, dimensi per bagian, danleher (throat) venturi untukkapasitas tungku induksi diBBLM, dengan tahapan sebagaiberikut (US-EPA,1977); Prediksipenangkapan partikel,Perhitungan korelasi Calvertuntuk prediksi penangkapanpartikel di bagian throat.Perhitungan pressure drop.


94

Gambar 3. Layout Unit Proses Venturi-Packed Scrubber

Packed AbsorberSelain venturi scrubber, packedabsorber menjadi peralatanproses utama yangperancangannya disesuaikandengan kapasitas produksi tungkuinduksi. Luas permukaan packedmaterial menjadi acuan utamasaat menentukan packed materialyang digunakan. Dengan melihatnilai ekonomis dari kelereng, danfaktor luas permukaan yang relatifbesar. Selain itu, jika mengacupada referensi (Coulson, 2002),untuk packed material padaabsorber dengan diameter kurangdari 30 cm, diameter packedmaterial yang disarankan kurangdari 2,5cm. Pada venturi-packedscrubber di tungku induksi BBLMini dipilih kelereng sebagaipacked material.

Exhaust Particle

Peralatan proses yang digunakanuntuk menangkap cemaranpartikel/ debu dari tungku induksi,dirancang dengan menggunakanpertimbangan data area bebas diatas tungku, posisi tata kerjaperalatan tungku induksi danyang utama adalah diamatertungku. Sehingga didapatkanluasan maksimal dari exhaustparticle yang mampu menangkapcemaran udara yang keluar daritungku induksi.

b. Peralatan Pengambilan SampelCemaran PartikulatMerupakan peralatan yang digunakanuntuk pengambilan sampel cemaranudara ruang kerja untuk parameterpartikel debu total dan debu respirabel.Peralatan pengambilan data tersebutmeliputi :Low Volume Air Sampler, Rollkabel, Weather Station (Thermometerdan Hygrometer) Pompa vacuum, danRotameter.


95

Pengambilan sampel parameterpartikel dengan metode gravimetri, padapengambilan sampel partikulat dibagimenjadi dua, partikulat total / inhalabeldan partikulat respirabel (Lestari, 2007); Partikulat total / inhalabel adalah

fraksi partikulat terbang (airbornematerial) yang mampu melewatihidung dan nafas, namun tertahan disaluran pernafasan atas, partikulatinhalabel mempunyai dimensi 10µm -100 µm

Partikulat Respirabel adalah fraksipartikulat terbang yang mampumencapai paru – paru, dengandimensi < 4µm.

Dari dua parameter partikulattersebut, pengambilan secara gravimetridapat dijelaskan sebagai tahapan berikut; Persiapan media / filter

Media atau filter dalam hal ini berupamicrofibre filter yang disesuaikandengan dimensi tertahan duaparameter partikulat

Penimbangan media / filterPenimbangan media dilakukansebelum dan sesudah pengambilansampel partikulat

Koleksi sampelSampel diambil dengan laju udara2L/menit untuk partikulat respirabeldan laju udara 5L/menit untukpartikulat inhalabel

Analisis dan perhitunganKonsentrasi partikulat yang adaditentukan total volume udara yangmelewati filter, berdasarkan padaberat akhir media / filter setelahanalisis, seperti yang ditunjukkanpada persamaan (1)

…...............……. (1)Dengan;M1 : berat media sebelum

pengambilan sampel (mg)M2 : berat media setelah

pengambilan sampel (mg)B : berat media sebagai blank

sample (mg)V : Volume udara yang melewati

media selama periodepengambilan (m3)

Data yang diperoleh berupa datasekunder dan data primer. Data sekunderyaitu: data kapasitas proses, dimensitungku, lay out proses. Sementara dataprimer digunakan sebagai dasarperancangan peralatan proses;

Bahan penelitian yang digunakan untukpenelitian dibedakan atas :1. Bahan penelitian untuk membuat

konstruksi alat penelitian.2. Bahan penelitian yang digunakan

untuk ujicoba proses dan analisislaboratorium.


Uji Karakteristik Awal Partikulat

Uji karakteristik awal dilakukanuntuk mengetahui profil partikulat sebagaihasil cemaran proses produksi di bengkelpengecoran, uji karakteristik dilaksanakanmenjadi dua tahapan, yaitu karakteristikpartikulat secara gravimetri dan diameterpartikel dengan SEM. Karakteristik awalpartikulat sebelum pengecoran dilakukansecara gravimetri dengan hasil sepertiterlihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Hasil Uji Karakteristik Awal di Ruang Kerja Bengkel Pengecoran BBLM

sumber : Juliasari, 2013

No. TanggalPengambilan Contoh

KeteranganPengambilan

Partikulat Inhalabel(mg/Nm3)

Partikulatrespirabel (mg/Nm3)

1. 26 Juni 2013 Uji Karakteristik awal 1 0,6980 0,53402. 13 September 2013 Uji Coba Peralatan 1 0,9777 0,79083. 14 November 2013 Uji Coba Peralatan 2 1,9850 0,14804. 15 November 2013 Uji Coba Peralatan 3 1,8540 0,14805. 26 November 2013 Uji Coba Peralatan 4 0,2510 0,5130

Konsentrasi Rata – Rata Partikulat 1,1531 0,4268


96

Gambar 5. Hasil Analisis SEM pada Media sebagai Blanko (SKC, Inc.)

Sedangkan untuk mengetahuidiameter partikulat pada proses produksitersebut, dilaksanakan analisismenggunakan SEM pada blanko filter, danfilter setelah pengujian awal, hal inidimaksudkan untuk mengetahui kondisilingkungan kerja bengkel pengecoran diBBLM tanpa ada proses pengecoran.

Gambar 5 menunjukkan hasil analisispada filter blanko menggunakan SEM, hasilanalisis filter blanko merupakan spesifikasifilter dari SKC, Inc. Hasil analisis SEM padablanko dijadikan sebagai pembanding

dengan Filter / media yang diujikan sepertiterlihat pada Gambar 6, sebagai hasil ujikarakteristik.

Berdasarkan uji karakteristik awal,cemaran udara (partikulat) pada tungkuinduksi di unit pengecoran logam BBLM,didapatkan data analisis SEM, dengan rata– rata dimensi partikel pada range 10µm -50µm (Juliasari, 2013), seperti terlihat padaGambar 7 yang ditunjukkan dengan garismerah yang menunjukkan diameterpartikulat yang menempel pada filter hasiltangkapan pengujian.

Gambar 6. Filter / Media Penangkap Partikel


97

Perbesaran 1000 kali Perbesaran 2000 kali

Gambar 7. Hasil Analisis SEM pada Karakteristik Awal Dimensi Partikulat Cemaran UdaraTungku Induksi Pengecoran Logam BBLM

Berdasarkan data analisis tersebut,dan diperkuat oleh literatur yangmenyatakan efisiensi pengikatan padapenggunaan venturi scrubber mencapai 70– 99% untuk partikel berukuran > 1µm(Purba, 2010), hal ini memperkuatpenggunaan venturi scrubber sebagaiprimary stage pengendali cemaran partikelpada unit tungku induksi di bengkelpengecoran BBLM. Dari kesimpulan analisiskarakteristik awal cemaran ini, studikapasitas pengecoran, digunakan sebagaidasar perancangan desain venturi-packedscrubber, exhaust particulate, dan waterresirculating tank.

Setelah tahapan konstruksi selesai,dilanjutkan uji peralatan pengendali

cemaran partikulat. Uji peralatan inidilaksanakan pada saat bengkelpengecoran BBLM beroperasi untuk melihatefisiensi pengikatan peralatan. Tahapanpenentuan efisiensi pengikatan peralatanpengendali cemaran partikulat digambarkandalam kerangka proses pada Gambar 8.

Gambar 8 tersebut mendeskripsikananalisis penentuan efisiensi pengikatancemaran, dengan data cemaran partikulatdiambil sebagai hasil samping prosespengecoran. Analisis penentuan efisiensipengikatan cemaran partikulat dibandingkansebelum dan sesudah operasional venturipacked scrubber.

Gambar 8. Tahapan Analisis Penentuan Efisiensi Pengikatan Cemaran Partikulat

Analisis PenentuanEfisiensi PengikatanCemaran Partikulat

Pengambilan Data

Partikulat

OperasionalVenturi-Packed

Scrubber

Cemaran Partikulat

ProdukProses Pengecoran


98

Uji Operasional dan Pengambilan DataCemaran Partikulat

a. Pengambilan Data Partikulat tanpa AlatVenturi Packed Scrubber Beroperasi.Hasil pengambilan data partikulat, padasaat proses pengecoran yang dilakukansebelum alat venturi packeddioperasikan ditampilkan pada Tabel 2.

b. Pengambilan Data Partikulat denganAlat Venturi Packed ScrubberBeroperasi. Hasil pengambilan datapartikulat, pada saat proses pengecorandengan operasional venturi-packedscrubbersebagai pengendali cemaranpartikulat ditampilkan pada Tabel 3.

Tabel 2 dan Tabel 3 menunjukkanpola penurunan partikulat cemaran prosespengecoran seiring proses operasionalventuri-packed scrubber. Pada Tabel 3,partikulat baik inhalabel maupun repirabelmenunjukkan penurunan secara kuantitas,dan mengalami kenaikan secara kualitasberdasarkan baku mutu yang ada. Efisiensiperalatan pengendali cemaran partikulatdihitung menggunakan penurunankonsentrasi cemaran partikulat, denganmembandingkan konsentrasi partikulat padasaat proses pengecoran berlangsung,antara operasional venturi-packed scrubberdengan non-operasional venturi packedscrubber. Terlihat efisiensi operasional padaTabel 4.

Tabel 2. Pengambilan Data Partikulat Tanpa Alat Venturi-Packed Scrubber BeroperasiNo. Tanggal Pengambilan

DataKeterangan

PengambilanPartikulatInhalabel(mg/Nm3)

Partikulatrespirabel(mg/Nm3)

1. 14 November 2013 Run 1 2,3100 0,28502. 15 November 2013 Run 2 0,6050 0,68503. 26 November 2013 Run 3 1,1180 0,8780

Konsentrasi Rata – Rata Partikulat 1,3443 0,6160sumber : Data Analisis BBTPPI, 2013

Tabel 3. Kondisi Pengecoran Dengan Alat Venturi-Packed Scrubber BeroperasiNo. Tanggal Pengambilan

DataKeterangan

PengambilanPartikulatInhalabel(mg/Nm3)

Partikulatrespirabel(mg/Nm3)

1. 13 September 2013 Run 1 0,9803 0,75712. 14 November 2013 Run 2 1,6430 0,22803. 15 November 2013 Run 3 0,2050 0,01104. 26 November 2013 Run 4 0,2510 0,5250

Konsentrasi Rata - Rata Partikulat 0,7698 0,3803sumber : Data Analisis BBTPPI, 2013

Tabel 4. Efisiensi Venturi-Packed ScrubberParameter Konsentrasi (mg/Nm3) Efisiensi Penurunan

Tanpa AlatBeroperasi

Dengan AlatBeroperasi

Partikulat Inhalabel 1,3443 0,7698 57,26 %Partikulat Respirabel 0,6160 0,3803 61,73 %

Tabel 5. Hasil Analisis Kandungan LogamKondisi Parameter

Proses Pengecoran Mn (µg/g) Mn (µg/g) Fe (%) Cr (µg/g) Co (µg/g)

Tanpa scrubber 2,163 ±0,134 3336±140,4 38,81 ±1,235 1988,9 ±56,48 134,7±4,149Dengan Scrubber 0,246±0,035 141,2±50,48 2,025 ±0,068 129,2 ±5,557 13,32±1,014

sumber : Data Analisis BATAN, 2014


99

Analisis kandungan logam pada duakondisi sebelum operasional scrubber dansetelah operasional scrubber, dijadikansebagai pendukung efiensiensi operasionalventuri-packed scrubber. Analisisdilaksanakan di BATAN, dengan hasilsebagai berikut untuk masing – masinglogam.

Dari hasil analisis kandungan logamuntuk kondisi proses pengecoran tanpaoperasional venturi-packed scrubberdibandingkan dengan operasional venturi-packed scrubber, didapatkan penurunankonsentrasi logam pada saat peralatanpengendali cemaran venturi-pavkedscrubber dioperasionalkan. Hal inisebanding dengan efisiensi penurunanpartikel pada bahasan Tabel 4.

Modifikasi dengan penyesuaiankapasitas produksi pada tungku induksi,menghasilkan sebuah perangkat yangekonomis namun tetap mempunyai efisiensiyang cukup tinggi bagi industri skala kecilmenengah. Hasil penelitian ini masih perlupenyempurnaan untuk memaksimalkanefisiensi pengikatan, diantaranya yaitupenyempurnaan pada rangkaian hood(exhaust particle) dan penyangga dariexhaust. Hal ini dikarenakan desain exhaustdengan konstruksinya yang ada terdapatsedikit perubahan yang disesuaikan denganketersediaan waktu dan anggaran.Rangkaian exhaust ini merupakan faktorutama yang mempengaruhi jumlah partikelcemaran yang masuk ke alat venturi packedscrubber. Semakin banyak jumlah partikelyang tertangkap di harapkan semakin tinggitingkat efektifitas pengikatan venturi-packedscrubber. Sedangkan untuk penyanggaexhaust dapat dibuat porTabel, sehinggatidak mengganggu keleluasaan pekerjapada saat proses pemasukan bahan baku.

Meskipun terdapat perubahan padadesain, hasil penelitian sudah menunjukkanpenurunan konsentrasi partikulat inhalabeldan partikulat respirabel secara signifikansetelah alat venturi-packed scrubberdioperasikan. Hasil ujicoba menghasilkanefisiensi pengikatan yang mencapai 57,26%untuk partikulat inhalabel dan 61,73% untukpartikulat respirabel.

Keunggulan dari teknologi venturi-packed scrubberjika dilihat dari nilaiketerbaruan, penggunaan wet scrubber

secara umum digunakan pada industripengecoran logam yang menggunakantungku kupola. Namun pada industripengecoran logam tungku induksi, secaraumum masih belum ada perangkatpengendali cemaran udara. Hal yang perludicermati bahwa dampak cemaran bagikesehatan mempunyai efek jangka panjang,penggunaan kombinasi venturi-packedscrubber merupakan terobosan barupada industri pengecoran logam dengantungku induksi untuk IKM.Berdasarkandesain dan bentuk yang sederhana,porTabel dan mudah dalam operasionalmaupun perawatan merupakan keunggulandalam teknologi ini. Teknologi inimerupakan bentuk teknologi tepat gunayang sesuai bagi IKM dalam pengendalianpencemaran udara.

Industri pengecoran logam tungkuinduksi secara umum di Indonesiamerupakan jenis IKM dengan skala produksiyang relatif kecil. Sebagai contoh clasterpengecoran logam yang ada di CeperKlaten, berada di sekitar masyarakat yangpadat penduduk, sehingga dalam prosesproduksinya perlu memperhatikanlingkungan sekitar. Keberlanjutan suatuusaha industri sangat bergantung pada tigafaktor utama yaitu : ekonomi, sosial danlingkungan, dengan hubungan ketiganyaharus berjalan secara sinergi. Penanganandampak lingkungan dari proses pengecoranlogam skala IKM merupakan langkah awaluntuk meminimasi dampak kepadamasyarakat, sehingga kegiatan inikedepannya dapat berkelanjutan. Teknologiventuri-packed scrubber merupakanteknologi tepat guna bagi pengendaliancemaran udara, terutama parameterpartikulat di industri pengecoran logam padatungku induksi skala IKM.

KESIMPULAN

Berdasarkan rangkaian kegiatanpenelitian ini, dapat disimpulkan penurunankonsentrasi partikulat sebagai parameterpencemar dapat dilihat pada saat kondisipengecoran sebelum dan sesudah alatventuri packed scrubber beroperasi, denganuntuk parameter partikulat inhalabelmengalami penurunan rata – rata sebesar0,5745 mg/Nm3, sedangkan Parameter


100

partikulat respirabel mengalami penurunanrata – rata sebesar 0,2357 mg/Nm3.Sementara itu, efisiensi pengikatanperalatan venturi-packed scrubber untukparameter partikulat inhalabel dan partikulatrespirabel berturut – turut adalah sebesar57,26% dan 61,73%.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terimakasihkepada Balai Besar Teknologi PencegahanPencemaran Industri, sebagai pihak yangmemberikan dana untuk kegiatan penelitianini, tidak lupa kepada Balai Besar LogamMesin yang berkenan memberikandukungan dan kesediaan tempat penelitianini, khususnya kepada Bapak Ir. EddySiswanto, MAM dan Dr. Sri Bimo Pratomo,ST. M.Eng dan staf pengecoran Balai BesarLogam Mesin.

DAFTAR PUSTAKA

Agusnar, H. 2008.Analisa Pencemaran danPengendalian Pencemaran. Medan:USU Press.

Coulson, J.M, etc. 2002. ChemicalEngineering Design Vol.6. ElsevierButterworth-Heinemann.

Juliasari, Ikha Rasti. 2013. KarakterisasiPencemaran Udara Ruang Kerja PadaIndustri Pengecoran Logam TungkuInduksi. Prosiding Seminar NasionalTeknologi Industri Hijau 1. Semarang

PDHengineer Course. 2006. Wet Scrubberfor Particulate Matter Control Section6. Course No:EN-5009. DecaturProfessional Development : Houston,Texas

Prayudi, Teguh. 2003. Dampak IndustriPengecoran Logam Terhadap KualitasGas NO2 dalam Udara Ambien diDaerah Ceper . Pusat Pengkajian danPenerapan Teknologi LingkunganBadan Pengkajian dan PenerapanTeknologi : Jakarta

Republik Indonesia, 2011. PeraturanMenteri Tenaga Kerja DanTransmigrasi NomorPer.13/Men/X/2011 Tahun 2011Tentang Nilai Ambang Batas FaktorFisika Dan Faktor Kimia Di Tempat

Kerja. Jakarta : Kementerian TenagaKerja dan Transmigrasi

Safitri, Sari. 2006. Analisis Struktur PerilakuKinerja Industri Besi Baja di Indonesia.Skripsi. Departemen Ilmu Ekonomi.Bogor : Institut Pertanian Bogor.

Sarudji. 2010. Kesehatan Lingkungan,cetakan pertama. CV Karya PutraDarwati : Bandung

Suma’mur P.K. 1998. Higene PerusahaanDan Kesehatan Kerja. Jakarta:Gunung Agung

Sunu, Pramudya. 2001. MelindungiLingkungan Dengan Menerapkan ISO14000. Jakarta: GramediaWidiasarana Indonesia

United States – Environmental ProtectingAgency. EPA-452/F-03-017. 1992. AirPollution Control Technology FactSheet. United States of America

Unites States – Environmental ProtectingAgency. 1977. Venturi ScrubberPerformance Model – ResearchReporting Series.

Pemanfaatan Limbah Serat Kelapa… (Kuntari Adi Suhardjo, dkk)

101

PEMANFAATAN LIMBAH SERAT KELAPA DAN BAGAS SEBAGAIPENGISI PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API DARI

KOMPOSIT BERSTRUKTUR SANDWICH

UTILIZATION OF WASTE COCONUT AND BAGASSE FIBER AS A FILLER OFRAILWAY CROSSING BARRIER FROM SANDWICH STRUCTURE COMPOSITE

Kuntari Adi Suhardjo dan Ariyadi BasukiBalai Besar Bahan dan Barang Teknik, Kementerian Perindustrian

Jl. Sangkuriang No.14, Bandung - Indonesiae-mail: [email protected]


ABSTRACT

Railway crossing barrier is made of wood, often hit by a vehicle that cause short lifetime. For wood substitutionhas done a research railway crossing barrier of composite sandwich structure using coconut /bagasse fiberboardas fillers, which aims to substitute wood. The experiment used WR200 and stichbonded fiberglass. Preliminaryexperiments have been done by making glass fiber and polyester resin composite test specimens with threevariations: First 4WR200 + 4Stitchbonded + polyester resin with a total thickness of 10 mm, second 2WR200 +6Stitchbonded + polyester resin with a total thickness of 14 mm and third 6WR200+ 2Stitchbonded resin with atotal thickness of 6 mm. The best results are the first variation. Furthermore, the experiment of making railwaycrossing barrier with the first variation [(2WR200+2Stitchbonded) + polyester resin] + coconut/bagasse fiberboard + [(2WR200 + 2Stich bonded) + polyester resin]. From the calculation of Techno Economics: Price ofwooden railway crossing barrier is Rp 7.589.500,-/unit with investment in equipment and price is Rp 2.532.000,-/unit without investment in equipment, Price of crossing barrier sandwich composite is Rp 12.811.430,-/unit withinvestment in equipment and price is Rp 2.419.180, - / unit without investment in equipment. The overall weightof wooden railway crossings product 52.62 kg, product of railway crossing barrier sandwich composites usingcoconut fiberboard filler 57.71 kg, and using bagasse fiberboard filler 54.25 kg

Keywords: railway crossings barrier, composites, fiberglass, polyester resin, coconut fiberboard and bagassefiberboard.

ABSTRAK

Palang pintu perlintasan kereta api terbuat dari kayu, pada umumnya sering tertabrak kendaraan sehingga umurpakai menjadi pendek. Telah dilakukan penelitian pembuatan palang pintu dari komposit berstruktur sandwichdengan menggunakan pengisi fiberboard serat kelapa atau bagas yang bertujuan untuk substitusi kayu.Percobaan ini menggunakan serat gelas WR200 dan Stichbonded. Tahapan percobaan pendahuluan membuatspesimen komposit serat gelas dan resin poliester dengan tiga variasi yaitu pertama 4WR200 + 4Stitch Bonded+ resin poliester dengan total tebal 10 mm; kedua 2WR200 + 6Stitch Bonded + resin dengan total tebal 14 mmdan ketiga 6WR200 + 2Stitch Bonded+ resin dengan tebal total 6 mm yang hasil terbaik adalah variasi pertama.Selanjutnya dilakukan percobaan pembuatan palang pintu kereta api menggunakan variasi pertama, hal inipercobaan yang pertama memberikan hasil terbaik Proses pembuatan meliputi layup serat gelas dan resinpoliester dengan menyisipkan fiberboard serat kelapa/serat bagas pada molding [(2WR200 + 2Stitch bonded)+resin poliester] + fiber board serat kelapa/ bagas + [(2Stich bonded + 2WR200) + resin poliester,kemudianpengepresan, serta pengeringan.Hasil perhitungan Tekno Ekonomi: Harga palang pintu kayu dengan investasiperalatan Rp 7.589.500,-/unit, Harga palang pintu kayu tanpa investasi alat Rp 2.532.000,-/unit, harga palangpintu komposit dengan investasi peralatan Rp 12.811.430,-/unit, Harga Palang Pintu Komposit tanpa investasialat Rp 2.419.180,-/unit. Berat keseluruhan palang pintu perlintasan kereta api dari kayu 52,62 kg dari sandwichkomposit mempergunakan sandwich pengisi serat kelapa 57,71 kg, dari sandwich komposit mempergunakansandwich pengisi bagas 54,25 kg

Kata Kunci: Palang pintu perlintasan kereta api, komposit, serat gelas, resin poliester, fiber board serat kelapadan fiberboard serat bagas


102

PENDAHULUAN

Palang pintu perlintasan kereta apiyang ada saat ini umumnya terbuat darikayu dengan proteksi permukaanmenggunakan cat, umur pakai pendekkarena pengendara yang kurang disiplinsehingga kendaraan sering menabrakpalang pintu yang mengakibatkan rusakatau patah. Selain hal tersebut jugaprasarana kereta api yang tidak memadaiyaitu kurangnya sarana palang pintu dipersimpangan lintasan kereta api denganjalan raya ataupun perlintasan kereta api liardidaerah yang mengakibatkan kecelakaan,diperlukan palang pintu kereta api lebihbanyak (Kuntari 2012). Atas dasar inilahmaka dilakukan percobaan pembuatanpalang pintu kereta api dari bahan kompositberstruktur sandwich dengan pengisimenggunakan limbah dari serat kelapa atauserat bagas yang dibuat menjadi fiberboard,serat bagas adalah ampas tebu bekaspenggilingan dipabrik gula (Vilay 2007).

Kelebihan yang ditawarkan dari palangpintu dari komposit berstruktur sandwich iniadalah kuat, tahan cuaca, tahan lama danrelatif murah dengan menggunakan bahankomposit yang banyak tersedia di pasardalam negeri. Selain hal tersebut apabilapalang pintu tersebut rusak akibat tertabrakmudah diperbaiki dengan dicetak kembali.

Struktur Sandwich adalah strukturkomposit yang tersusun dari minimum tigabagian, yaitu laminate bagian atas; inti ataucore; laminate bagian bawah.

Pada struktur sandwich, core bergunauntuk mempertebal struktur dengan caramenyisipkan diantara dua laminate yaitulaminate atas dan laminate bawah. Selainmeningkatkan kekakuan lentur (flexuralrigidity) dengan susunan yang berlapistersebut secara mekanik struktur menjadilebih tahan terhadap laju kerusakan.

Pada struktur solid, jika terjadi retakawal di satu sisi maka retak tersebut akanmerambat sampai ke sisi lainnya danakhirnya struktur patah total. Namun padastruktur berlapis jika terjadi retak pada satusisi maka rambatan retak akan tertahan,retak akan berhenti paling jauh sampai padasisi lapisan lain di lapisan yang sama. Untukmelanjutkan kerusakan perlu usaha lagi

untuk membuat retak awal di lapisanberikutnya

Gambar 1. Struktur Sandwich

.Berdasarkan perhitungan denganasumsi penggunaan bahan sandwich dapatmenurunkan nilai defleksi hingga 8 kali lebihkecil dari bahan solid. Penggunaan strukturkomposit/sandwich akan meningkatkan nilaikuat lentur dari model hingga 8 kali lebihbesar bila dibandingkan memakai strukturbahan solid. Struktur laminate tersusun darilembaran-lembaran serat gelas yangditumpuk-tumpuk sedemikian rupa dicampurresin poliester, pengeras/katalis dan pigmenbila diperlukan pengeras/katalis dengancara lay-uping.

Pada saat penyusunan, orientasi seratdiatur sehingga menghasilkan kekuatanoptimal pada kuat tarik, kuat tekan dan kuatlentur. Struktur Core dalam hal inidigunakan bahan yang lebih ringan danlentur, dengan tebal yang memadai sesuaidengan perhitungan teoritis kekuatanstruktur sandwich yang diinginkan.Penggabungan antara laminate dengancore menggunakan adonan resin yangsama seperti untuk pembuatan laminatedengan cara lay-uping (Charles E, Knox2001).

Dalam percobaan ini digunakankomposit dari bahan resin poliester (matriks)dan serat gelas (reinforcement) dengansandwich pengisi fiberboard seratkelapa/serat bagas (Mulinari 2011). Faktormanufaktur yang berpengaruh terhadaphasil produksi palang pintu perlintasankereta api antara lain proses lay up, mixingantara resin epoksi atau serat poliesterdengan serat gelas accelerator agent(katalis). Selain itu teknik pengepresan,penyusunan orientasi serat (00, 450, 900),jumlah layer serat, jenis konstruksi serat

d/2

Core

d/4

Laminatebawah

b

d/4

Laminateatas


103

gelas, susunan tumpukan dan fraksi volumeserat antara serat dan matriks, sangatmempengaruhi kekuatan produk kompositpalang pintu perlintasan kereta api.Tekanan diperlukan untuk mengatur danmengontrol fraksi volume serat (Ning Pan1991). Hal lainnya untuk mengurangi udarayang terjebak didalam komposit yangmenimbulkan void memperlemah struktur.

Void tersebut akan menjadi awalretakan (crack) ataupun delaminasi padastruktur jika menerima beban siklik. Olehkarena itu untuk memperoleh produk palangpintu dilakukan percobaan dengan variabel:Raw material komposit, penyusunanorientasi serat (00.450.900), jumlah layer,susunan tumpukan, fraksi volume antaraserat dan matriks (Fan C.F et al 1989)Diharapkan dari variabel ini dapat diperolehkondisi optimum manufaktur pembuatanpalang pintu perlintasan kereta api.

Oleh karena palang pintu kereta apitidak mendapatkan beban statik dandinamik tinggi, yang diperlukan adalah kuattarik dan kuat lentur yang tinggi makadipertimbangkan untuk menggunakansandwich komposit, dengan sandwichpengisi fiberboard dari serabut kelapa ataufiberboard dari bagas (serat ampas tebu).

Keunggulan serat gelas adalahmempunyai kekuatan tarik yang sangattinggi, ratio antara kekuatan dan berat lebihkuat dari steel wire. Tahan terhadap panas,api, zat kimia dan tidak terpengaruh olehjamur.Tahan terhadap kelembaban sangatbaik, tidak swelling, stretch ataudisintegrate. Tahan dan mampu menahanmaksimum mechanical strength dalamlingkungan lembab. Mempunyai coefisienthermal linier expansion yg rendah, sertacoefisien thermal conductivity yang tinggi,karena itu mempunyai performance yangsangat baik pada lingkungan panas,khususnya untuk menghilangkan panasyang sangat cepat bila diinginkan. Sangatideal digunakan sebagai electric insulation,keuntungan dapat diambil pada kekuatandielectric yang tinggi dan constant dieletricyang rendah (George lubin, 1981).

Dari Hasil penelitian terdahulumengenai karakteristik konstruksi seratgelas telah diperoleh hasil bahwapenggunaan serat gelas WR200 dapatmemberikan sifat kuat tarik yang tinggi,

serta memberikan permukaan produk lebihhalus, sedangkan penggunaan serat gelasstichbonded dapat memberikan sifat kuatlentur dan kuat tekan yang tinggi (Kuntari etal 2011). Oleh karena itu pada percobaanpembuatan produk palang pintu perlintasankereta api pada penelitian ini digunakan WR200 dan stichbonded. Sebagai sandwichpengisi digunakan fiberboard serat kelapadan bagas karena berat jenis keduanyalebih ringan dan keduanya adalah limbahyang selama ini belum dimanfaatkanmaksimal (Zoi N 2014)

Pemanfaatan limbah serabut kelapadapat diolah lebih lanjut (Agustian et al2003) menjadi papan partikel sebagaibahan bangunan struktural/non strukturalataupun sebagai sandwich pengisi daripanel komposit yaitu dengan menambahkanmaterial pengikat urea formaldehyde,phenolic formaldehyde atau poly urethane(PU) dan perlakuan kempa panas, makaakan didapat papan partikel dengan densitysampai 800 Kg/m3.Bagas atau ampas tebu(bagasse), yaitu limbah padat berserat sisapenggilingan batang tebu. Pabrik gula rata-rata menghasilkan bagas sekitar 32% bobottebu yang digiling. Sebagian besar bagasdimanfaatkan sebagai bahan bakar danuntuk pulp kertas. Komposisi kimia daribagas: Selulosa 45 – 55%, Hemicellulose20 – 25%, Lignin 18 – 24%,Debu 1 – 4%,Lilin (wax) < 1% (Vilay V et al, 2007)..Sebagai bahan konstruksi bangunan, bagassudah dimanfaatkan sebagai bahan bakupapan atau building board serta panelkedap suara

Kegiatan penelitian ini bertujuan untukpenerapan teknologi komposit berstruktursandwich pada pembuatan palang pintuperlintasan kereta api mulai dariperencanaan rancangan produk, rancanganmould, manufaktur, pengujian spesimen danmencari kondisi optimum formula danmerupakan teknologi proses tepat guna.

Tujuan dari penelitian ini adalahmenghasilkan produk palang pintuperlintasan kereta api berbahan sandwichcomposite dari serat gelas sebagai penguatdan resin poliester sebagai matriks, dengansandwich pengisi memanfaatkan fiberboarddari serabut kelapa dan fiberboard daribagas serta menghasilkan metode


104

manufaktur yang dapat dikerjakan olehIndustri kecil Menengah (IKM).

METODE

Bahan dan Peralatan

Bahan Utama:Resin poliester: Resilient polyester resinhydrogenated bisphenol A bersifat fleksibel,Fiber glass: Jenis C-glass (sodiumborosilica)/ S-glass (magnesium aluminosilica) tahan kimia sangat baik, kekuatantarik sangat tinggi untuk struktur aircraft,electrical insulation properties yang sangatbaik, WR200: woven roving tebal 0,2mmbreaking strength (N/25x100mm) 1256Warp/1146 Wft SB: Stich Bonded glassfiberfabric, kain di bending dengan filament,breaking strength (N/25x100mm)2650Warp/2150Weft, density 1250 g/m2 (JustusSakti Raya PT, 2012)

Bahan Pembantu adalah thinner pembersih,gel coat, majun, mirror tape, double tapedan glass film.

Peralatan utama yang digunakan adalahcetakan palang pintu kereta api

Peralatan pembantu yang digunakan adalahtimbangan, gunting, jangka sorong (untukmengukur ketebalan), mistar, kape, kuas,gelas ukur, cawan, kaos tangan panjang

Cara Kerja

Percobaan pendahuluan

Desain struktur konstruksi bertujuanuntuk menemukan kondisi sifat mekanikyang optimal berupa kuat tarik, kuat tekan,kuat lentur dan kekerasan pada strukturkomposit serat gelas sebagai penguat danresin poliester sebagai matriks melaluipercobaan pendahuluan dengan variasijumlah layer, konstruksi, susunan tumpukandan fraksi volume serat gelas sebagaiberikut : Pembuatan spesimen uji proseslay-uping dengan variasi sesuai kodepercobaan:

1. 4WR200 + 4Stitch Bonded + resinpolyester dengan total tebal 10 mm.

2. 2WR200 + 6Stitch Bonded + resindengan total tebal 10 mm,

3. 6WR200 + 2Stitch Bonded + resindengan tebal total 6 mm.

Selanjutnya dilakukan pengeringandan pemotongan spesimen uji sesuaiukuran.

Pembuatan Fiberboard Serat Kelapa

Limbah serabut kelapa masuk mesincarding jarum kasar untuk menguraikanseratnya, serbuk dipisahkan dari seratnya.Masuk mesin carding dengan jarum yanglebih halus. Penyaringan untuk memisahkanserbuk, serat panjang dan serat pendek.Selanjutnya pengeringan Fiberboard yangdigunakan percobaan adalah serat pendek

Penimbangan serat pendek: 90% PolyUrethane (PU): 10% dan MC pengencer10% PU dan MC di blender, selanjutnyadimasukkan dalam tanki mixer dicampurdengan serat pendek kelapa. Masuk dalammoulding dengan penataan, di press 2menit dengan pemanasan uap 1700C untukmendapatkan density 200kg/m3, pelepasandari cetakan, curing dengan blower 260C 2hari, pemotongan packing, siap pakai(Polatique PT 2012)

Pembuatan Fiberboard Serat Bagas

Limbah bagas masuk mesin cardingdisaring dipisahkan antara bagas halus danbagas kasar. Poly Urethane (PU) 13% danMC 10% di blender. Membuat adonan seratbagas dan binder resin PU dan MC sesuaidengan jenis layer. Molding dibuat sandwichlayer I adonan bagas halus 15%, Layer IIadonan bagas kasar 70%, layer III adonanbagas halus 15% selanjutnya di press 3menit dengan steam 1700C untukmendapatkan density 250 kg/m3, pelepasandari cetakan, curing dengan blower 260C 2hari, pemotongan packing, siap pakai(Polatique PT 2012)

Pembuatan Palang Pintu Kereta Api

Persiapan cetakan, cetakan untukpalang pintu dengan dimensi ≠ 20 x 180 x3000 (mm) 2 pcs; ≠ 20 X 140 X 3500 (mm)2 pcs dan ≠ 20 x 100 x 1500 (mm) 1 pcs,


105

pembersihan dengan thinner.Perekatancetakan dengan release film dan pelapisandengan mirror grase (3 lapisan) supayaproduk mudah dilepas

Persiapan bahan, pemotongan seratgelas, fiberboard serat kelapa danfiberboard bagas sesuai ukuran.Penimbangan resin poliester dan powder.Pengadukan resin poliester dan powderuntuk gelcoat dengan perbandingan 1:1,serta resin poliester dan katalisperbandingan 9:1.

Proses lay-up

Proses lay-up serat gelas denganresin poliester, layer demi layer serat gelasWR200 dan stichbonded dan ditengah diisifiberboard serat kelapa/bagas kemudiandilapisi lagi serat gelas stichbonded danWR200 pada cetakan, selanjutnya cetakanditutup, serta dilakukan pengepresan,proses curing pada suhu kamar waktu 8jam, pembukaan cetakan dan produkdilepas.

Proses Finishing dan Assembling

Pemeriksaan perapihan bilah-bilahpalang pintu, pemotongan, pengampelasandan pengecatan selanjutnya dilakukanproses penyetelan dan assembling

Pengujian Mekanik

Tensile strength Testing, acc. to TestMethod of Tensile Properties of Plastics,ASTM D638-02a,Compression Testing, acc.to Test Method ofCompressive Properties of Rigid Plastics,ASTM D695-02a,Flexural Testing, acc.to Test Method ofFlexural Properties of Unreinforced andReinforced Plastics, ASTM D790-02a,Hardness Testing, acc.to Test Method ofRockwell Hardness Properties of Plasticsand Insulating Material, ASTM D785-02a.


Dari penelitian terdahulu mengenaikarakteristik komposit dari serat gelasdengan variasi kontruksi yaitu WR200,

WR400, WR600, WR800 dan Stich Bondedtelah diperoleh informasi bahwapenggunaan serat gelas WR200 dapatmemberikan sifat kuat tarik yang tinggi,serta memberikan permukaan produk lebihhalus, sedangkan penggunaan serat gelasstichbonded dapat memberikan sifat kuatlentur dan kuat tekan yang tinggi (Kuntari etal 2011). Oleh karena itu pada percobaanpembuatan produk palang pintu kereta apipada penelitian ini digunakan WR 200 padabagian luar supaya permukaan produkhalus, rata dan mempunyai kuat tarik tinggi,serta digunakan serat gelas stichbondedpada bagian dalam untuk memudahkanproses dan mendapatkan sifat kuat lenturdan kuat tekan yang tinggi.

Penelitian Pendahuluan

Penelitian pendahuluan yang telahdilakukan susunan layer pada spesimen ujisesuai dengan ilustrasi gambar layer sesuaidengan kode percobaan berikut ini:

1. 4WR200 + 4Stitchbonded +resinpoliester, total tebal 10 mm

2. 2WR200 + 6Stitchbonded + resinpoliester, total tebal 14 mm

3. 6WR200+2Stitchbonded+ resinPoliester, total tebal 6 mm

Spesimen uji dari penelitianpendahuluan tersebut diuji terhadap sifatmekanik yaitu kuat tekan, kuat tarik, kuatlentur dan kekerasan, hasil pengujian sifat


105



Proses lay-up




Pengujian Mekanik












105



Proses lay-up




Pengujian Mekanik












106

mekanik percobaan pendahuluan dapatdilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Hasil Pengujian Sifat Mekanikpercobaan pendahuluan

Kode

KuatTekan

(kgf/cm2)

KuatTarik

(kgf/ cm2)

KuatLentur

(kgf/ cm2)

KekerasanHRR

1A 3529,249 2600,42 0,586 116,71B 3293,621 2331,37 0,582 117,21C 3859,401 2439,26 0,541 112,71D 3933,241 2595,40 0,489 118,31E 3658,249 2471,33 0,566 114,7

3654,753 2487,56 0,553 115,92A 2865,665 1680,23 0,474 105,22B 2943,512 2139,04 0,574 104.32C 2773,532 2399,17 0,661 103,52D 2861,341 1367,83 0,701 105,72E 2797,245 2028,03 0.678 104,8

2848,259 1922,86 0,608 104,73A 1952,442 1691,16 0,651 95,43B 1879,347 2209,26 0,587 96,33C 1889,568 2485,99 0,543 97,53D 1934,761 4285,71 0,643 96,73E 1893,852 2391,90 0,616 94,9

1909,994 2612,81 0,608 96,2

Hasil Pengujian Kuat Tekan danKekerasan

Karakteristik kain ditentukan olehkonstruksi kain. Stitchbonded merupakankain dari roving serat gelas yang dilapisioleh serat panjang dan ditabur secara tidakberaturan selanjutnya di bending denganbenang filament dengan ketebalan 1,6 mm,hal ini dimaksudkan untuk meningkatkansifat fisik kain. WR200 adalah kain daribenang roving serat gelas yang mempunyaipenampang roving lebih halus daripenampang roving stichbonded denganketebalan 0,2 mm, sehingga dipakaisebagai lapisan luar komposit untukmenghasilkan permukaan yang halus.WR200 karena terdiri dari beberapa benangfilament yang dipuntir dan kuat kalau sudahmenjadi kain akan saling mendukungmempunyai kekuatan yang tinggi,sedangkan stichbonded karena terdiri dariroving acak, maka kalau ditarik menjadikurang kuat (Charles E knox, 2001).

Pada Tabel 1 dan Gambar 2 terlihatbahwa ada kesamaan korelasi antarapengujian kuat tekan dan kekerasan, artinyamempunyai kecenderungan yang sama.Pada variasi 1 komposit 4WR200, 4SB +resin poliester mempunyai kuat tekan dan

kekerasan tertinggi, variasi 2. komposit2WR20, 6SB + resin poliester mempunyaikuat tekan dan kekerasan lebih kecil darivariasi 1 dan variasi 3: 6WR200, 2SB +resin poliester mempunyai kuat tekan dankekerasan terkecil.

Gambar 2. Hasil Pengujian Kuat TekanRata-rata Pada PercobaanPendahuluan

Percobaan ini digunakan matriksresilient polyester resin adalah tipepolyester resin dengan tujuan penggunaanantara kaku dan fleksibel yang mempunyaikandungan ester linkages lebih kecil,sehingga lebih tahan terhadap alkali. Jenisresin ini dipakai untuk manufaktur peralatanproses kimia seperti fume-hood, reactionvessels, tanks dan pipes. Struktur molekulResilient polyester resin denganpenambahan gugus hydrogenatedbisphenol A

Gambar 3. Struktur molekul Resilientpolyester resin

Serat gelas stitchbonded (1,6mm)lebih tebal dan lebih bulky dari WR200(0,2mm), serat gelas lebih solid daripadaresin.

Pada saat resin poliester diimpregnasipada serat gelas, maka pada kain seratgelas jenis stichbonded, pada saat lay-upingresin poliester akan terdispersi dengan baik


106



Kode

KuatTekan

(kgf/cm2)

KuatTarik

(kgf/ cm2)

KuatLentur

(kgf/ cm2)

KekerasanHRR

1A 3529,249 2600,42 0,586 116,71B 3293,621 2331,37 0,582 117,21C 3859,401 2439,26 0,541 112,71D 3933,241 2595,40 0,489 118,31E 3658,249 2471,33 0,566 114,7

3654,753 2487,56 0,553 115,92A 2865,665 1680,23 0,474 105,22B 2943,512 2139,04 0,574 104.32C 2773,532 2399,17 0,661 103,52D 2861,341 1367,83 0,701 105,72E 2797,245 2028,03 0.678 104,8

2848,259 1922,86 0,608 104,73A 1952,442 1691,16 0,651 95,43B 1879,347 2209,26 0,587 96,33C 1889,568 2485,99 0,543 97,53D 1934,761 4285,71 0,643 96,73E 1893,852 2391,90 0,616 94,9

1909,994 2612,81 0,608 96,2










0

1000

2000

3000

4000

1N

ilai K

uat

Teka

n (k

g/cm

2 )Kode Sampel

Karakteristik Kuat Tekan


106



Kode

KuatTekan

(kgf/cm2)

KuatTarik

(kgf/ cm2)

KuatLentur

(kgf/ cm2)

KekerasanHRR

1A 3529,249 2600,42 0,586 116,71B 3293,621 2331,37 0,582 117,21C 3859,401 2439,26 0,541 112,71D 3933,241 2595,40 0,489 118,31E 3658,249 2471,33 0,566 114,7

3654,753 2487,56 0,553 115,92A 2865,665 1680,23 0,474 105,22B 2943,512 2139,04 0,574 104.32C 2773,532 2399,17 0,661 103,52D 2861,341 1367,83 0,701 105,72E 2797,245 2028,03 0.678 104,8

2848,259 1922,86 0,608 104,73A 1952,442 1691,16 0,651 95,43B 1879,347 2209,26 0,587 96,33C 1889,568 2485,99 0,543 97,53D 1934,761 4285,71 0,643 96,73E 1893,852 2391,90 0,616 94,9

1909,994 2612,81 0,608 96,2










Kode Sampel

Karakteristik Kuat Tekan

1

2

3


107

diantara pori-pori mikrofibril serat gelas.Percobaan ini resin mempergunakan resinyang mempunyai fleksibilitas tinggi,terjadinya reaksi polimerisasi pada prosescuring pada suhu kamar akan membentukpolimer dengan berat molekul yang lebihbesar dan lebih kuat serta fleksibel,sehingga apabila % resin yang lebihbanyak, maka akan memberikan nilai kuattekan dan kekakuan yang lebih rendah(Chiachun Tan 2011).

Oleh karena itu pada variasi 2menggunakan 6 stitchbonded, nilai kuattekan dan kekakuan lebih rendah daripadavariasi 1 yang hanya menggunakan 4stitchbonded. Pada variasi 3 menggunakan6WR200 dan 2 stichbonded untukmenghasilkan tebal yang sama yaitu 10mm,karena WR200 tipis, maka jumlah resinpoliester yang digunakan lebih besar (NingPan 1991) sehingga nilai kuat tekan dankekakuan menjadi lebih rendah biladibandingkan dengan variasi 1 dan 2.

Hasil Pengujian Kuat Tarik

Hasil pengujian kuat tarik dapat dilihatpada Tabel 1 dan Gambar 4, terlihat bahwavariasi 1 lebih tinggi daripada variasi 2 dantertinggi adalah variasi 3.

Stitchbonded adalah kain serat gelasyang lebih bulky dibandingkan denganWR200 sehingga pada waktu lay-upingresin poliester mudah masuk ke dalam pori-pori mikrofibril, sehingga dapat terdispersikedalam serat gelas, sehingga jumlah resinpoliester yang masuk ke dalam serat lebihbanyak.

Gambar 4. Hasil Pengujian Kuat Tarik Rata-rata Pada PercobaanPendahuluan

Kain serat gelas sebagai penguat,mempunyai kekuatan yang lebih tinggi biladibandingkan dengan kekuatan resin, makakandungan serat gelas yang lebih besarmengakibatkan kekuatannya lebih tinggidari pada resin. Oleh karena itu kekuatantarik dari komposit serat gelas dan resinpoliester sebagai matriks lebih ditentukanoleh jumlah pemakaian WR200. Variasi 3mempunyai kandungan WR200 terbesar,setelah itu diikuti variasi 1 dan terkeciladalah variasi 3. Wr200 mempunyaikonstruksi yang tipis dan halus sertamempunyai kekuatan tarik tinggi. Setelahberpolimerisasi dengan resin polyestersebagai matriks, pada proses curing dengansuhu kamar selama 24 jam maka diperolehkekuatan yang tinggi karena kekuatan seratakan saling mendukung. Tetapi kain dariserat gelas dengan konstruksi tinggi/haluspada saat lay-uping harus mendapattekanan tinggi dan harus merata untukmenghindari void/buble udara/gas yangmengakibatkan initial cracking (PiotrPencezek 2005).

Hasil Pengujian Kuat Lentur

Hasil pengujian kuat lentur diperlihatkanpada Tabel 1 dan Gambar 5, Kuat lenturtidak menunjukan perubahan yangsignifikan dengan selisih sekitar 0,055kgf/cm2

Gambar 5. Hasil Pengujian Kuat Lenturrata-rata Pada PercobaanPendahuluan

0.00

1000.00

2000.00

3000.00

1Nila

i Kua

t Ta

rik

(kg/

cm2 )

Kode Sampel

Nilai Kuat Tarik Rata-Rata(kg/cm2)

123

0.5200.5400.5600.5800.6000.620

1

Nila

i Kua

t Le

ntur

(kgf

/cm

2 )

Kode Sampel

Nilai Kuat Lentur Rata-Rata(kg/cm2)

1

2

3


108

Hal ini dikarenakan jumlah layer lebihsedikit, dengan jumlah % resin yang adapada produk lebih besar dari pada variasi 1.Juga didukung didukung oleh orientasi seratpada komposit gabungan antara 0,90 dan450 (arah diagonal) maka apabila diujikelenturannya (flexural) akan mempunyainilai uji yang tinggi. Selain hal tersebutuntuk mendukung kelenturan adalah stitchbonded lebih bulky dari WR200, sehinggapada saat diimpregnasi dengan resinpolyester jenis Resilient polyester resinhydrogenated bisphenol A yang bersifatfleksibel, resin dapat terdistribusi diantarapori-pori mikrofibril serat, pada saat prosescuring akan berpolimerisasi dengan baik,karena serat dan resin lebih kompak,sehingga mempunyai hasil uji flexural /kuatlentur yang lebih baik (Piotr Penczek 2005).Hal yang harus diperhatikan adalah padasaat lay-uping harus mengontrol fraksivolume dan serat untuk mengejar tebalyang sama dan diusahakan jangan sampaiada udara/gas yang terjebak dalam voidyang akan memperlemah struktur (initialcrack)

Hasil Pengujian sifat Mekanik Sandwichpengisi Fiberboard Serat Kelapa danSerat Bagas

Hasil pengujian sifat mekanik Fiberboardserat kelapa dan serat bagas dapatdiperlihatkan pada Tabel 2

.Tabel 2. Hasil Pengujian Sifat Mekanik

Fiberboard Serat Kelapa dan SeratBagas

Filler Sampel

KuatTekan

(kgf/cm2)

KuatTarik

(kgf/ cm2)

KuatLentur

(kgf/ cm2)Seratkelapa

1 2,40 10,42 11,342 3,11 8,32 11,853 3,20 4,70 7,794 3,07 4,70 10,155 4,06 4,86 8,86

3,17 6,59 10,00Seratbagas

1 1,52 3.95 7,672 1,78 3.57 6,833 2,14 5,73 5,954 1,93 2,86 6,895 2,25 2,25 7,57

1,93 3,67 6,98

Dari Tabel 2 terlihat bahwa fiberboardserat kelapa mempunyai nilai kuat tekan,

kuat tarik dan kuat lentur yang lebih tinggidari pada fiberboard serat bagas. Seratkelapa mempunyai kekuatan tarik dan kuatlentur yang lebih tinggi dari serat bagaskarena serat kelapa mempunyaipenampang yang lebih besar, lebih ulet dankandungan selulosa dan ligninnya lebihbesar dari serat bagas, oleh sebab itufiberboard serat bagas mempunyai kuattekan, kuat tarik dan kuat lentur yang lebihrendah dari fiberboard serat kelapa (Mulinari2011,Vilay 2007).

Hasil Percobaan Pembuatan PrototypePalang Pintu Perlintasan Kereta Api

Kondisi optimum percobaan diambilpada kondisi percobaan pada komposisi 1dengan urutan layup 2 layer WR200, 2 layerstich bonded, fiberboard serat kelapa 10mmsebagai central line, 2 layer stichbonded, 2layer WR200. Pemilihan ini dikarenakan Kuattarik dan kuat tekan tertinggi dan kuatlenturnya hanya sedikit lebih rendah. Dalampengerjaan lebih mudah dan lebih cepat,serta memberikan performance yang lebihbaik. Berat palang pintu komposit sedikitlebih berat dari pada kayu, karena resinpoliester masuk dalam fiberboard seratkelapa, pada proses manufaktur perlu diberilapisan gel coat, supaya resin tidak masukkedalam fiberboard.

Tabel 3. Hasil Pengukuran Berat PalangPintu Kereta Api

Palang Pintu KA dari KayuJumlah(buah)

Panjang(m) Ukuran (mm) Berat(kg)

2 3 20x180x3000 23,762 3,5 20x140x3500 21,561 1,5 20x100x1500 3,30

asesoris 4,00Berat total 52,62

Sandwich komposit filler fiberboard serat kelapa2 3 20x180x3000 25,402 3,5 20x140x3500 24,541 1,5 20x100x1500 3,77

asesoris 4,00Berat total 57,71

Sandwich komposit filler fiberboard serat bagas2 3 20x180x3000 25,782 3,5 20x140x3500 20,781 1,5 20x100x1500 3,69

asesoris 4.00Berat total 54,25


109

Berat keseluruhan produk palang pintuperlintasan kereta api dari kayu 52,62 kg darisandwich komposit mempergunakansandwich pengisi serabut kelapa 57,71 kg,dari sandwich komposit mempergunakansandwich pengisi bagas 54,25 kg. Hargapalang pintu sandwich komposit lebih murahdari palang pintu kayu, karena lebih kuatumur pakai lebih lama, sehingga secaraekonomi akan lebih menghemat. Investasiperalatan molding untuk pembuatan palangpintu kereta api dari sandwich komposit lebihmahal dari pada kayu.

Proses lay-uping fiberboard serat kelapadiberi lapisan gelcoat supaya resin poliestertidak masuk ke dalam fiberboard. Sehinggadiperoleh palang pintu KA yang lebih ringan.Fiberboard Bagas agak regas jadi untukmendapatkan kuat lentur yang baik, lebihbaik menggunakan fiberboard serat kelapa.Pada penelitian pembuatan produk palangpintu kereta api yang terbaik adalahpenggunaan resin poliester sebagai matriksdan serat gelas kombinasi jenis WR200 danstich bonded dengan sandwich pengisifiberboard serabut kelapa dengan tebal 10mm,

Gambar 6. Skema Desain Palang PintuKereta Api

Keterangan: Palang Pintu KA terdiri dari3 rangkaian pilah yaitu: Pilah 1 3000 mm,

pilah 2 3000mm dan pilah 3 1500 mmdengan dimensi masing-masing pilah sesuaiukuran seperti pada Gambar 6.

Gambar 7. Contoh Palang Pintuperlintasan KA

TINJAUAN EKONOMI

Untuk memproduksi palang pintu keretaapi dapat diproduksi secara komersial olehIKM industri komposit mitra B4T/PT.KAI.Perhitungan nilai ekonomis didasarkan padakriteria Net Present Value (NPV), secaramatematis, kriteria penilaian tersebutmerupakan penjumlahan dari benefit-costyang dikomulatifkan (Park et al 1990)

Gambar 8. Gross Cash Flow (b=benefitc=cost)

Keterangan:Fn: adalah net cash flow, selisih antara (B)benefit dengan (C) Cost Fn=B-CN: adalah waktu tahun ke 1,2,3 danseterusnya


110

Gambar 9. Net Cash Flow (F=B-C)

Nilai Ekonomis Palang Pintu KayuA = Investasi alat (aset) Rp. 3.557.500,-B1 = Biaya Perawatan Rp. 757.000,-B2 = Biaya Bahan Rp. 1.775.000,-C = Biaya Upah Rp. 1.500.000,-D = Penyusutan Rp 355.750,- (10% dariInvestasi awal). Dengan asumsi usia pakaipalang pintu kayu = 2 tahun, dan bungatahunan 9,75%, dan eskalasi kenaikanbahan kayu sebesar 10% per dua tahun,maka untuk usia pakai selama minimal 10tahun, pada cash flow seperti Gambar 8:

Gambar 10. Cash Flow Palang Pintu KayuPerhitungan NPV:

Th Komponen Biaya PVi (Rp)0 F0 = A+B1+B2+C 7.589.5001 F1 = D +324.1462 F2 = A+B1+(1,1 x B2) +C 6.448.2853 F3 = D +269.1114 F4 = A+B1+(1,2 x B2) +C 5.475.8115 F5 = D +223.4206 F6 = A+B1+(1,3 x B2) +C 4.647.6767 F7 = D +185.4878 F8 = A+B1+(1,4 x B2) +C 3.942.8999 F9 = D +153.994

10 F10 = A+B1+(1,5 x B2) +C 3.343.466NPV10 = 32.603.795

Untuk Palang Pintu Kayu Harga satuunit dengan investasi peralatan Rp7.589.500,-. Untuk Palang Pintu KayuHarga satu unit tanpa investasi alat Rp2.532.000,-

Nilai Ekonomis Palang Pintu sandwichcomposit filler fiberboard serat kelapaA = Investasi alat (aset) Rp. 8.892.250,-B = Biaya Bahan Rp. 2.419.180,-C = Biaya Upah Rp. 1.500.000,-D = Penyusutan Rp.889.225,-(10% dariInvestasi awal)

Dengan asumsi usia pakai palangpintu komposit sandwich = 5 tahun, danbunga tahunan 9,75%, maka untuk usiapakai selama minimal 10 tahun, pada cashflow seperti pada Gambar 9

Gambar 9. Cash Flow Palang PintuSandwich Composit FillerFiberbord Serat Kelapa

Perhitungan NPVTh Komponen Biaya PVi (Rp)0 F0 = A+B+C 12.811.4301 F1 = D 810.2282 F2 = D 738.2493 F3 = D 672.6644 F4 = D 612.9065 F5 = B+C+D 3.019.8016 F6 = D 508.8447 F7 = D 463.6398 F8 = D 422.4509 F9 = D 384.92010 F10 = A+B+C 5.053.035

NPV10 = 25.498.166

Untuk Palang Pintu Komposit Hargasatu unit dengan investasi peralatan Rp12.811.430,-Untuk Palang Pintu KompositHarga satu unit tanpa investasi alat Rp


111

2.419.180,-Dari hasil analisis tersebutterlihat bahwa nilai NPV untuk palang pintudari komposit sandwich lebih kecil (positif)dibandingkan NPV untuk palang pintu kayu,dalam pengamatan usia layan 10 tahun.Secara tekno ekonomi, penggunaan palangpintu berbahan dasar komposit sandwichmampu menekan/mereduksi biayapengeluaran (cost) selama masapemakaian.

KESIMPULAN

Pada penelitian pembuatan produkpalang pintu kereta api dari kompositberstruktur sandwich dengan menggunakanresin poliester sebagai matriks dan seratgelas sebagai penguat kondisi optimumpada kombinasi [(2 WR200 + 2 Stitchbonded) +resin poliester] + fiber board seratkelapa + [(2 Stich bonded + 2 WR200) +resin poliester dengan tebal 10 mm. Beratproduk palang pintu perlintasan kereta apidari kayu 52,62 kg dari sandwich kompositmempergunakan sandwich pengisi serabutkelapa 57,71 kg, dari sandwich kompositmempergunakan sandwich pengisi bagas54,25 kg Kayu yang biasa dipakai palangKayu pelawan Merah BJ 1,17, KayuKandole BJ+1,12, Kayu Gewaya Hutan BJ1,09. Dari hasil perhitungan Ekonomi: HargaPalang Pintu Kayu dengan investasiperalatan Rp 7.589.500,-/unit, Harga PalangPintu Kayu tanpa investasi alat Rp2.532.000,- /unit, Harga Palang PintuKomposit dengan investasi peralatan Rp12.811.430,-/unit, dan Harga Palang PintuKomposit tanpa investasi alat Rp2.419.180,-/unit

UCAPAN TERIMAKASIH

Penelitian ini didanai dari AnggaranDIPA TA 2014 Balai Besar Bahan danBarang Teknik berdasarkan No:11/Kpts/Bd/BBBBT-1/I/2012 Tanggal 06Januari 2012. Penulis mengucapkanterimakasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada Bapak Ir.Sulaefi Nasseriedan Bapak Suryadi Rachmat atas semuabantuan dan bimbingannya selakunarasumber sehingga terselesainya tulisanini.

DAFTAR PUSTAKA

Agustian et al., 2003,” Indonesia negarakepulauan penghasil kelapa terbesarno.2 di dunia,.

Charles E. Knox, 2001,“Fiber GlassReinforcement “Technical Director,Uniglass Industries New York.

Chiachun Tan, Ishak Ahmad 2011,MuichinHeng,” Characterization of polyestercomposites from recycledpolyethylene terephthalate reinforcedwith empty fruit bunch fibers” Materialsand Design Elsevier

Fan C.F, Hsu S, 1989,”Effects of FiberOrientation on The Stress, Distributionin Model Composite”, Journal OfPolymer Science: Polymer Physics.

George Lubin, 1981,”Handbook ofComposites Van Nostrand. ReinholdCompany, New York, Cincinnati,Toronto, London Melbourne

Justus Sakti Raya PT, 2002, “unsaturatedPolyester Resin Yukalac andFiberglass Fabric” Technology From:Showa High Polymer Co< Ltd-JepangLonz.

Kuntari Adi Suhardjo dkk 2012,” PenelitianSandwich Composite Untuk PalangPintu Perlintasan Kereta Api” BalaiBesar Bahan dan Barang Teknik,Nopember 2012,

Kuntari Adi Suhardjo dkk 2011, ”PembuatanInsulated Rail Joint Bertulang BajaDari Bahan Komposit SebagaiSubstitusi Impor” Jurnal Riset IndustriVol V No2 Agustus 2011

Mulinari, D.R; Baptista, C.A.R.P; Souza, J.V. C; Voorwald, H.J.C 2011,”Mechanical Properties of CoconutFibers Reinforced PolyesterComposites” Elsevier ProcediaEngineering 10 (2011) 2074–2079

Ning Pan, 1991,“The Optimal Fiber VolumeFraction and Fiber-Matrix PropertyCompatibility in Fiber ReinforcedComposite”, Division of Textile andClothing, University of California.

Park, Chan S, Sharp-Bette, Gunter P,1990,”Advance EngineeringEconomics” John Wiley &Sons Inc

Piotr Penczek, Piotr Czub, Pielichowski2005,“Unsaturated Polyester Resins”Chemistry and Technology Adv Polym


112

Sci (2005) 184: 1–95DOI10.1007/b136243 Springer-VerlagBerlin Heidelberg,Published online: 26July 2005.

Polatique Serat PT 2012 “Informasi Teknik,Standar Operasional Prosedur,Pembuatan Fiberboard serat kelapadan Fiberboard Serat Bagas”.

Vilay V, Mariatti M, Mat Taib M, MitsuguTodo 2007.“ Effect of fiber surfacetreatment and fiber loading on theproperties of bagasse fiber–reinforcedunsaturated polyester composites”Elsevier, Composites Science andTechnology 68 (2008) 631–638.

Zoi N. Terzopouloua, George Z.Papageorgioua,ElektraPapadopouloub,Eleftheria Athanassiadoub, EfiAlexopoulouc, Dimitrios N. Bikiarisa2014,“ Green composites preparedfrom aliphatic polyesters and bastfibers” Industrial Crops and Products,Elsevier

Reduksi Tembaga dalam Limbah Cair Proses Etching... (Handaru Bowo Cahyono, dkk)

113

REDUKSI TEMBAGA DALAM LIMBAH CAIR PROSES ETCHINGPRINTING CIRCUIT BOARD (PCB) DENGAN PROSES

ELEKTROKIMIA

COPPER REDUCTION IN PRINTING CIRCUIT BOARD (PCB) ETCHINGWASTEWATER WITH ELECTROCHEMISTRY

Handaru Bowo Cahyono dan Nurul Mahmida ArianiBaristand Industri Surabaya, Kementerian Perindustrian

Jl. Jagir Wonokromo 360, Surabaya - Indonesiae-mail: [email protected]


ABSTRACT

Has conducted preliminary studies of copper in the etching process wastewater Printing Circuit Board ( PCB )with electrochemical method / electrolysis. The main content of this liquid waste is dissolved copper at levels ofabout 12 %. Effective electrolysis process carried out for 60 minutes by using three (3 ) a variable distancebetween the electrodes is 1 cm , 2 cm and 3 cm , and use three (3 ) different electrodes are stainless steelplates, steel plates and aluminum plates are done with the flow around 2 to 6 Amp at a voltage of 6.0 to 12 Volts.Results of analysis of liquid waste after the electrolysis process showed that there is a relationship between thedistance between the electrodes and the duration of the process of electrolysis to removal percentage of copperin the wastewater , which as far as 2 cm electrode spacing provide the highest removal percentage and thegreater the distance , the electrode electrolysis process lasted less effective. Meanwhile, the steel plate is thebest material to use , providing a fairly high percent allowance of about 71.2 % at minute 80. copper levelsobtained at the cathode having a purity of up to 79.83 %, far above the mud purity redox process results withoutelectrolysis which is only 63.4 %. Results of laboratory tests on the filtrate after neutralization with NaOH showedcopper removal percentage was 99.9 %. The cost of procurement of chemicals released for processing withoutelectrolysis around Rp.3.861 , - / liter and if carried out by electrolysis around Rp.1.508 , - / liter but still added tothe cost of electricity for electrolysis of Rp.384 , - / liter.

Keywords: PCB wastewater, stainless steel , iron , electrolysis.

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian penyisihan tembaga dalam limbah cair proses etching Printing Circuit Board (PCB)dengan metode elektrokimia/elektrolisis. Kandungan utama limbah cair ini adalah tembaga terlarut dengan kadarsekitar 12%. Proses elektrolisis efektip dilakukan selama 60 menit dengan menggunakan 3 (tiga) variabel jarakantar elektroda yaitu 1 cm, 2 cm dan 3 cm serta menggunakan 3 (tiga) elektroda yang berbeda yaitu Pelatstainless steel, Pelat besi dan Pelat aluminium yang dilakukan dengan arus sekitar 2 hingga 6 Amp padategangan 6,0 hingga 12 Volt. Hasil analisa terhadap limbah cair setelah proses elektrolisis menunjukkan bahwaterdapat hubungan antara jarak antar elektroda dan durasi proses elektrolisis terhadap persentase penyisihantembaga dalam limbah cair, dimana jarak elektroda sejauh 2 cm memberikan persentase penyisihan paling tinggidan semakin jauh jarak elektroda maka proses elektrolisis berlangsung semakin tidak efektif. Sementara itu Pelatbesi baja adalah bahan yang paling baik digunakan, memberikan persen penyisihan yang cukup tinggi sekitar71,2% pada menit ke 80. Kadar tembaga yang diperoleh pada katoda memiliki kemurnian hingga 79,83% jauh diatas kemurnian lumpur hasil proses redoks tanpa elektrolisa yang hanya 63,4%. Hasil uji laboratorium terhadapfiltrat setelah proses netralisasi dengan NaOH menunjukkan persentase penyisihan tembaga mencapai 99,9%.Biaya pengadaan bahan kimia yang dikeluarkan untuk pengolahan tanpa elektrolisa sekitar Rp.3.861,-/liter danjika dilakukan dengan elektrolisa sekitar Rp.1.508,-/liter namun masih ditambah biaya listrik untuk elektrolisasebesar Rp.384,-/liter.

Kata kunci: Limbah cair PCB, elektrolisis, stainless steel, besi.

PENDAHULUAN

Industri papan sirkuit cetak atau lazimdisebut Printing Circuit Board (PCB) adalah

salah satu industri penunjang klasterindustri Mesin Listrik dan Peralatan Listrik -Industri elektronika konsumsi (KebijakanPembangunan Industri Nasional–


114

Departemen Perindustrian, 2005). IndustriPCB tumbuh dan berkembang seiringdinamika yang menuntut produk elektronikamemiliki bentuk yang kompak, ringkas dansederhana. Dilaporkan peningkatanpermintaan papan PCB dunia mencapai8,7% pertahun [Perry’s Chemical Engineers’Handbook, 2008].

Printing Circuit Board (PCB) atauPapan sirkuit cetak adalah sebuah papanyang berisi jalur / sirkuit konduktor yangmenghubungkan komponen elektronik satudengan komponen elektronik lainnya tanpakabel. Papan PCB dibutuhkan hampirdisetiap rangkaian peralatan elektronika,missal pada TV, Radio, rangkaian lampuLHE, HP dan sebagainya.

Material PCB berbahan isolatormengandung 40% bahan logam, 30%material inorganik dan 30% lagi adalahmaterial keramik [10].

Beberapa tahapan kegiatan dilakukandalam proses pembuatan sirkuit. Diawalidengan pemotongan papan sesuai ukuranyang telah ditetapkan kemudian dilakukanpembersihan terhadap bahan yang dapatmengganggu proses sablon misalnyalapisan minyak dan selanjutnya dilakukanproses sablon dimana pada tahap ini jalurmulai dibentuk. Tahap selanjutnya adalahproses etching atau proses pengelupasanlapisan tembaga yang tidak diperlukan.Setelah proses etching dilanjutkan denganproses pencucian dan proses pengeborandimana komponen – komponen elektronikakan ditempatkan. Pemeriksaan akhirterhadap jalur / sirkuit dilakukan sebelumdilakukan pengemasan.

Umumnya rangkaian prosespembentukan sirkuit di atas tidak

menghasilkan limbah kecuali prosesetching.

Proses etching adalah prosespengikisan lapisan tembaga pada lembaranpapan PCB. Dalam proses ini papan PCByang telah disablon direndam dalam larutanHCl.

Pada proses etching pada papan PCBakan dihasilkan limbah cair dengankandungan bahan pencemar yang sangattinggi dan tergolong dalam karakteristik B3.Volume limbah cair proses dipengaruhi olehkapasitas produksi dan perilaku industri itusendiri. Untuk industri skala IKM dengankapasitas 10 – 15 lembar papan per harijumlah limbah cair pekat yang dilepaskankisaran 20 hingga 50 liter per hari.

Dari hasil pengujian laboratoriumterhadap limbah cair sisa proses etchingmenunjukkan karakteristik yang sangatekstrim dengan angka keasaman kisaran 0– 1, konsentrasi tembaga yangdikandungnya sekitar 10% - 14% (140.000mg/liter). Sehingga jika dihitung jumlahtembaga yang terlarut dalam limbah cairminimal 4.000 gram atau 4 kg dalam sehari.Secara visual, bau asam (HCl) sangatterasa serta warna larutan hijau pekatkehitaman [Handaru B.C., 2013].

Permasalahannya adalah bahwadengan kondisi tersebut jika pengolahandilakukan dengan proses kimiawi (terlebihjika menggunakan Ca(OH)2) akanmembutuhkan banyak sekali bahan alkaliyang digunakan untuk proses netralisasidan pengendapan bahan cemar yangberakibat terhadap tingginya volumeendapan lumpur yang dihasilkan.

Jika limbah tersebut dilepaskan kelingkungan dengan tanpa penangananmaka badan air sekitar lokasi industri akanberdampak langsung dan berpotensimengalami penurunan kualitas. Antara lainpenurunan angka keasaman (pH) badan air,peningkatan cemaran logam berat, sertapeningkatan angka COD. Konsentrasi CODdi atas angka 800 mg/liter tergolong tinggi[Metcalf & Eddy, 2003].

Lebih jauh, akan sangat berbahayajika tembaga masuk dalam siklus makanan /rantai makanan manusia. Keracunan akibatpaparan tembaga pada manusia akanmengganggu fungsi otak, penurunan kerja

Gambar 1. Papan PCB dan komponenelektronika

Sumber: http://www.motionxcorp.com/through-hole-printed-circuit-board-assembly-pcb.html


115

ginjal serta pengendapan tembaga (Cu)pada kornea mata.

Maka merujuk pada UURI.No.32/2009 tentang Perlindungan danPengelolaan Lingkungan Hidup; makalimbah cair industri PCB harus dilakukanpengelolaan / pengolahan sebelum limbahcair dilepas ke lingkungan.

Umumnya industri menyukaipengolahan limbah cair yang sederhanadan tidak membutuhkan biaya operasionalyang tinggi. Pembubuhan bahan alkalidalam tangki berpengaduk adalah salahsatu cara pengolahan limbah cair yangpaling sederhana [Handaru B.C., 2011].Pengendapan tembaga pada pH 8,5dengan Basa kuat NaOH atau Ca(OH)2 lebihdisukai karena kedua bahan tersebutmudah diperoleh dipasar [Eckenfelder Jr.1999].

Endapan lumpur tembaga hidroksidayang dihasilkan akan membawapermasalahan utamanya tempatpenyimpanan / penimbunan.Karakteristiknya yang tidak banyakmembawa manfaat mengakibatkan lumpurhanya dibuang sebagai limbah padat danmemerlukan biaya kembali dalampemusnahannnya.

Elektrolisis terhadap limbah cairproses etching dapat menjadi suatu pilihan /alternatip pengelolaan, hal ini karenakarakteristik limbah cair tersebut sangatmemenuhi persyaratan sebagai larutanelektrolit dan disamping itu produkelektrolisa umumnya memiliki kemurnianyang cukup tinggi sehingga berpotensidapat dimanfaatkan kembali.

Beberapa referensi menyebutkanproses pengolahan skala laboratoriumterhadap limbah cair kandungan/unsurtembaga dengan memanfaatkan proseselektrodeposisi pada elektroda Platina (Pt)memberikan hasil yang effektip, persentaseremoval berkisar antara 96,88 – 99 %.

Namun ternyata dalam aplikasidilapangan proses ini memerlukan biayaoperasional yang sangat mahal terutamapengadaan logam platina sehingga industrienggan melakukan pengolahan limbahdengan model ini. Industri lebihmenginginkan proses pengolahan limbahyang murah dan terjangkau dengan hasiloutlet limbah cair yang optimal.

Atas dasar hal tersebut di atas makapenelitian ini bermaksud :1. merekayasa proses pengolahan limbah

cair industri PCB denganmenggabungkan proses elektrolisis danproses redoks.

2. mendapatkan elektroda yang palingeffektip dan optimal.

Dimana keduanya bertujuan untuk menekanbiaya operasional IPAL utamanyapenyediaan bahan kimia

Hipotesanya adalah bahwa limbahcair dengan karakteristik elektrolit dapatdielektrolisis untuk mengendapkan logamterlarut pada kutup katoda.

Elektrodeposisi massa tembaga padalimbah cair PCB menunjukkan adanyahubungan antara arus listrik dan perubahanmassa kimia. Pada peristiwa ini hukum yangdigunakan adalah hukum Faraday.1. Hukum I: Jumlah dari tiap elemen atau

grup dari elemen-elemen yangdibebaskan pada kedua anoda dankatoda selama elektrolisa sebandingdengan jumlah listrik yang mengalirdalam larutan.

2. Hukum II: Jumlah dari arus listrik bebassama dengan jumlah ion atau jumlahsubstansi ion yang dibebaskan denganmemberikan sejumlah arus listrikadalah sebanding dengan beratekivalennya.

Hukum II membuktikan terdapathubungan antara reaksi kimia dan jumlahtotal listrik melalui elektrolit.

Pada akhir penelitian akandibandingkan kualitas effluent masing-masing penggunaan anoda. Sementara ituakan dibandingkan pula produk outletpengolahan limbah cair tanpa proseselektrolisis sebagai blangko dengan produknetralisasi dari perlakuan proses elektrolisis.

Besarnya arus yang diperlukan untukmemindahkan sejumlah massa (gram) atauyang diendapkan oleh 1 Faraday (gramekivalen), mengikuti persamaan:

.....….. (1)


116

Sehingga dari persamaan (1) tersebutdapat ditentukan jumlah logam yang akandielektrodeposisi pada katoda dengan arusA (Ampere) selama t detik yang dihitungsecara teoritis.

METODE

Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalampenelitian ini antara lain: limbah cair pekatproses etching, aquadest, kertas saring,Pelat logam besi / baja, Pelat stainlesssteel, Pelat aluminium dan kertas pH danlarutan NaOH.

Alat

Sementara peralatan ukur danpenunjang yang digunakan antara lain pHmeter, rectifier, multitester / Tang ampere,stopwatch, bak elektrolisis, gelas ukur,ember dan pengaduk. Variabel bebas yangdipilih adalah durasi proses elektrolisis,jarak antar elektroda yaitu 1, 2 dan 3 cm.

Prosedur Penelitian

Penelitian ini dilakukan di BaristandIndustri Surabaya pada Februari hinggaNopember 2013. Penelitian inimenggunakan 3 (tiga) Pelat logam yangberlainan yang digunakan sebagai elektrodayaitu:- Pelat Stainless steel ketebalan 1 mm.- Pelat Besi / baja (tanpa lapisan seng)

ketebalan 1 mm.- Pelat Aluminium ketebalan 1 mm.

Pertimbangan penggunaan ketigabahan ini adalah karena sangat mudahdiperoleh bahkan dipasar besi tua, mudahdalam pengoperasian dan perawatan sertaharganya yang relatif murah. Dalam deretvolta ketiga jenis bahan tersebut jugamemiliki angka potensial elektroda yangsangat memadai.

Penelitian ini dibagi dalam 3 (tiga)tahapan yaitu: tahap penyiapan limbah cair,tahap elektrolisis dan tahap netralisasi yangsecara keseluruhan digambarkan dalamskema penelitian di bawah ini.

Gambar 2. Metode Penelitian

Prinsip kerja elektrolisis yaituelektrodeposisi tembaga denganmengalirkan arus listrik searah padaelektroda yang dicelup dalam larutanelektrolit.

Pada tahap penyiapan larutan limbahdilakukan pengenceran terhadap limbahpekat hingga konsentrasi turun menjadiminimal 1 % atau kisaran 10.000 mg/liter(pengenceran 10 kali).

Pada tahap elektrolisis, elektrodadicelupkan dalam limbah cair dan diberikanarus listrik yang dibangkitkan dari rectifierselama durasi waktu tertentu.

Sebelum Pelat elektroda digunakan,Pelat dibersihkan terlebih dahulu dariberbagai bahan yang diperkirakan akanmenghambat berlangsungnya proseselektrolisis.

Sisa tembaga dalam filtrat dapatdiketahui dari hasil pengujian laboratorium.Hasil proses elektrolisis kemudiandinetralkan dengan NaOH yang merupakantahapan terakhir penelitian.


Pengujian laboratorium dilakukanuntuk mengetahui karakteristik limbah cairdari proses etching. Dari hasil pengujianlimbah cair tersebut diperoleh data sebagaiberikut:


117

Tabel 1. Karakteristik limbah cair prosesetching papan PCB

Dari hasil pengujian di atas diperolehdata bahwa konsentrasi tembaga yangterlarut dalam limbah cair mencapai112.275 mg/liter atau sekitar 11,22 %.Larutan tersebut adalah larutan sisa prosesetching yang telah dibuang. Sebelumnyalarutan ini dipergunakan berulangkalisehingga jenuh oleh unsur tembaga.Perawatan larutan selama digunakan hanyadienapkan atau disaring saja. Tidak adaperalatan kontrol yang digunakan hinggadiputuskan larutan etching tidak dapat lagidimanfaatkan dan harus dibuang. Itulahsebabnya kadar tembaga dalam limbah cairproses etching sangat tinggi dan fluktuatif.

Pada penelitian ini limbah cair yangtelah diencerkan dialiri arus listrik melaluielektroda. Arus listrik mengalir dari kutuppositip masuk dalam larutan elektrolit.Sementara dalam waktu bersamaan ionCu2+ mengalir menuju kutup negatif danmenempel pada katoda.

Berapakah volume pengenceran yangeffektif. Dalam penelitian ini tidak dipilihsebagai variabel penelitian. Namunkonsentrasi bahan pencemar (Cu) dalamlimbah cair dipilih sebagai suatu variabeltetap.

Konsentrasi larutan elektrolit yangterlalu tinggi atau pekat oleh ion logamdalam hal ini Cu2+ mengakibatkan proseselektrolisis berlangsung tidak effektif. Halkarena hambatan listrik juga semakin besardan sebaliknya, semakin kecil hambatanlistrik maka arus yang mengalir melaluilarutan elektrolit akan semakin besar.Hambatan listrik berbanding terbalik dengankuat arus listrik.

Itulah sebabnya mengapa larutanpekat pada limbah cair proses etching PCBdengan konsentrasi tembaga sangat tinggihingga 140.000 mg/liter perlu di encerkanhingga pada konsentrasi yang effektip.

Dalam konsentrasi yang pekattersebut logam tembaga terlarut akanberbentuk ion Cu2+. Ion logam positiptersebut akan menempati setiap ruangandalam larutan limbah. Sehingga semakintinggi konsentrasi larutan maka akansemakin tinggi pula kerapatan yang dimiliki.Dengan kerapatan ion tembaga yang tinggiini mengakibatkan ion semakin tidak leluasadalam pergerakannya yang pada akhirnyaakan menghambat laju kecepatanelektrodeposisi pada katoda.

Sehingga proses pengenceran larutandiperlukan untuk menurunkan kerapatan ionyang berdampak terhadap keleluasaanpergerakan ion – ion dalam larutan tersebut.

Namun demikian jumlah bahanpengencer / pengenceran yang terlalu tinggijuga tidak akan membawa manfaatterhadap berlangsungnya proses. Jumlahair pengencer yang terlalu besarmengakibatkan volume limbah cair jugasemakin besar. Hal ini akan berpengaruhpada dimensi peralatan proses yangdigunakan akan semakin besar danberkorelasi langsung terhadap ongkos.Sehingga dipilih dalam penelitian inikonsentrasi larutan elektrolit (CuCl2) dalamkisaran 10.000 mg/liter.

Dari hasil analisa laboratoriumterhadap filtrat hasil elektrolisa denganmenggunakan katoda besi pada jarak antarelektroda sejauh 2 (dua) centimeter danpada menit ke 40 ditunjukkan dalam Tabel2.

Dari salah satu data awal ini dapatdievaluasi bahwa pada proses elektrolisisselama 40 menit dengan menggunakanelektroda besi persentase removal berbagaibahan cemaran telah mengalami penurunanyang cukup signifikan. Kandungan Besiturun 19,2%, Tembaga turun 38,01% danlain sebagainya. Sedangkan angka TotalSuspended Solid (TSS) justru mengalamipeningkatan. Hal ini terjadi karena padamasa tersebut mulai terbentuk suspendedsolid pada larutan elektrolit akibatterdeposisinya berbagai ion terlarut menjadisenyawa oksida. Hal ini sangat wajar dan

.......... (2)

Parameter Limbah awal(mg/liter)

Besi (Fe) 6.710Tembaga (Cu) 112.275Zink (Zn) 21,425Timbal (Pb) 0,4Nikel (Ni) 3,15pH 0,14Crom total (Cr) 3,075


118

dapat dijadikan tolok ukur keberhasilanproses elektrolisa.

Tabel 2. Hasil uji filtrat proses elektrolisa 40menit dengan katoda besi jarak 2cm.

Lebih jauh hasil pengujianlaboratorium terhadap limbah cair setelahdilakukan proses elektrolisis disajikan dalambentuk grafik. Grafik 1 hingga 3menunjukkan hubungan antara durasiproses elektrolisis terhadap jarak antarelektroda pada Gambar 3.

Dari ketiga gambar grafik di atasdapat diperoleh data bahwa proseselektrolisis berlangsung dengan effektippada jarak elektroda antara 1 cm hingga 2cm.

Tampak dalam grafik, pada awalproses elektrolisis hingga menit ke 40hingga 60, proses elektrolisis berlangsungdengan baik untuk semua perlakuan jarakdan laju elektrodeposisi tembaga semakinmeningkat hingga menit 80 dan 100terutama pada grafik 2 (perlakuan jarakantar elektroda 2 cm)

Pada grafik 1 (jarak elektroda 1 cm)pada menit ke 80 untuk seluruh katoda darihasil pengujian filtrat telah menunjukkangrafik yang melandai atau konstan.Persentase removal tembaga pada menit ke80 telah mencapai angka kisaran 50%hingga 56,6%.

Hal ini karena jarak tempuh elektrondari kutup positip (anoda) menuju kutupnegatip (katoda) sangat pendek, sehinggalaju alir elektron makin singkat. Jarak antarelektroda akan berpengaruh terhadap

keberhasilan proses elektrolisis. Dari hasilpengujian kuat arus dengan tang amperediketahui hingga menit ke 40 arus yangmengalir sekitar 1,3 Ampere dan terjadipeningkatan hingga 2,2 Amp pada menit ke60.

Gambar 3. Grafik hubungan antara durasiproses elektrolisis terhadapjarak antar elektroda

Namun ternyata pada jarak anoda –katoda 2 cm persentasi removal tembagabahkan jauh lebih tinggi hingga mencapai63% hingga 68%.

Hal ini karena terdapat ruang yangcukup antar elektroda untuk menampungdeposit tembaga yang terbentuk. Pada saatproses elektrolisis berlangsung akanterbentuk gelembung gas H2 yang terlepasdari anoda. Sebagian gelembung gastersebut kemudian terjebak dalam deposittembaga yang terbentuk dan mengapungpada permukaan larutan elektrolit. Jikagelembung gas yang terbentuk semakin

No. ParameterHasil analisa

(mg/liter)

1. Besi (mg/liter) 542,2

2. Tembaga (mg/liter) 7.521,8

3. Zink (mg/liter) 3,10

4. Timbal (mg/liter) 0,04

5. Nikel (mg/liter) 0,26

6. pH 1,4

7. TDS (mg/liter) 3.945,60

8. TSS (mg/liter) 2.070,00

9. Crom total (mg/lt) 0,10


119

banyak mengakibatkan gelembung gastidak dapat terbebas dari larutan elektrolitmaka akan menghalangi proses transferelektron atau perpindahan elektron karenabanyak terdapat ruang kosong akibatgelembung gas dan deposit tembaga yangterbentuk. Dengan kata lain bahwa mediaantar elektroda tak lagi terisi oleh larutanelektrolit. Hal inilah yang menghambat lajuproses elektrolisis.

Semakin jauh jarak antara anoda dankatoda, proses elektrolisis juga berlangsungtidak effisien. Pada grafik 3 dengan jarak 3cm antar elektroda hingga menit ke 240persentase removal hanya menunjukkankisaran 20 hingga 30 % saja.

Pada menit ke 80 dalam gambargrafik 1, 2 dan 3 menunjukkan kesamaankarakteristik yaitu % removal tembagadalam limbah cair tidak lagi berlangsungeffektif yang ditandai dengan garis grafikyang telah mulai melandai.

Pada akhir proses elektrrolisis warnalarutan limbah akan berubah. Warna biruterang larutan tembaga akan menjadisemakin pudar dari waktu ke waktu. Hal initerjadi karena sebagian besar ion tembagatelah terambil dari larutan sehingga tidaklagi memberikan warna yang dominanterhadap limbah cair.

Karena ketika proses elektrolisisberlangsung, Cu2+ tereduksi menjadi Cupada bagian katoda. Tembaga yangmenempel pada permukaan katodaberwarna merah kecoklatan [8].

Secara teoritis perhitungan besarnyaarus yang digunakan dan dibangkitkan dariperalatan rectifier dalam proses elektrolisismengacu pada Hukum Faraday dimanadalam persamaan tersebut angka ataumassa bahan logam (tembaga) yang akan

dipindahkan / dielektrodeposisi telah terlebihdahulu diketahui.

Dengan persamaan (3) tersebut dapatdihitung jika:

G = 11,22 gramt = 14.400 detik (240 menit)Masa atom relatip tembaga = 63,5Valensi = 2

Dari perhitungan persamaan di atas,maka kuat arus yang harus diberikan padalarutan elektrolit / limbah cair sekitar 2,4ampere. Artinya adalah bahwa konsumsikuat arus ini adalah jumlah arus listrik yangdiperlukan untuk mengambil habis seluruhtembaga yang terlarut dalam limbah cair.Sementara hasil pengukuran teganganmenunjukkan angka 6 hingga 7 Volt.

Namun jika dilihat dari gambar grafik1 hingga 3 juga menunjukkan bahwa proseselektrolisis tidak lagi berjalan dengan baikpada menit 60 utamanya ke 80 dan 100.Dari ketiga grafik di atas menunjukkanperolehan tembaga yang hampir konstansejak menit ke 80 atau 100. Disisi lainmenunjukkan bahwa pada masa tersebutpH larutan elektrolit telah mengalamipenurunan kisaran angka 3 hingga 4.

Kuat arus yang ditunjukkan olehperalatan Tang Ampere pada masa-masaberikutnya bahkan dapat mencapai angka2,7 hingga 2,8. Namun demikian proseselektrodeposisi terlihat stagnant dan tak lagiterjadi perubahan yang mencolok terhadapkonsentrasi tembaga dalam limbah cair(larutan elektrolit) yang berarti juga tidak lagiterjadi perubahan massa yang signifikanyang terjadi pada kutup katoda.

Hal ini terjadi karena sebagian energiyang diberikan ternyata tidak dimanfaatkan

...... (3)

Gambar 4. Deposit tembaga pada katodaSumber: Handaru, 2013


120

dalam proses elektrodeposisi namun justruberubah menjadi panas yang ditandai olehpeningkatan suhu larutan elektrolit.Peningkatan temperatur larutan telah mulaitampak sejak 1 (satu) jam prosesberlangsung.

Dari gambar grafik di atas jugatampak terlihat bahwa logam aluminiummemberikan hasil penyisihan tembaga yangpaling tinggi pada proses elektrolisis.Bahkan pada jarak 1 cm, Pelat aluminiumtampak telah memulai aktifitasnya dengancepat dan hingga proses elektrolisisdihentikan, Pelat aluminium tampakmemberikan nilai yang paling tinggi padasemua jarak yang diberikan.

Hal ini mengikuti hukum Faraday yangke dua. Jumlah massa aluminium yangdibebaskan akan sebanding dengan kuatarus yang mengalir dan sebanding puladengan elektrodeposisi yang diperoleh. Halini juga ditunjang oleh logam aluminiumadalah golongan logam yang sangat mudahterkena korosi oleh larutan asam.Sementara itu tidak demikian dengan Pelatbesi maupun stainless steel.

Jika dilihat dari data dan grafik di atas,maka Pelat aluminium memberikan hasilterbaik. Akan tetapi pengendapan logamaluminium tidaklah mudah karenaaluminium masuk dalam golongan logamamfotir. Golongan logam amfotir adalahlogam yang memiliki kemampuan dapatbereaksi kepada asam maupun basasehingga sangat sulit dalampenanganannya.

Pada tahap netralisasi, larutanelektrolit sisa proses elektrolisa dinetralkandengan NaOH dengan konsentrasi sekitar10% pada pH 7,5 hingga pH 8. Dari hasilpengujian laboratorium terhadap filtratdiperoleh data pada Tabel 3.

Dari hasil pengujian laboratoriumterhadap limbah cair setelah prosesnetralisasi dengan NaOH dapat dilihat padaTabel 3, dimana seluruh parameter limbahcair telah memenuhi baku mutu yangdiijinkan.

Logam besi yang tersisa hanya 0,208mg/liter (% Removal 99,99%) ; Tembaga0,29 mg/liter (% Removal 99,99) ; RemovalZink mencapai 97,58% demikian jugadengan yang lainnya. Sedangkan pH telahmemenuhi baku mutu yaitu 6 – 9.

Tabel 3. Hasil uji filtrat coba setelah prosesnetralisasi.

Tekno-ekonomi:

Reaksi kimia:CuCl2 + 2 NaOH = Cu(OH)2 + 2 NaClKebutuhan NaOH tanpa elektrolisa:- Per hari untuk 1 liter limbah pekat

dengan konsentrasi ion tembaga 11,22%(112,2 gram) adalah 148,5 gram (Rp.3.089,-/liter s/d Rp.3.861 / liter limbahcair pekat). Asumsi harga 1 kg NaOHRp.20.000,- sampai dengan Rp.25.000,-(http://www.purewatercare.com/pwc/index.php?productID=156)

Kebutuhan NaOH pasca elektrolisa:- Untuk mereduksi tembaga yang tersisa

(45% x 112.275 mg/liter) dari proseselektrolisa sekitar 56,8 gram (Rp. 1.206,-/liter s/d Rp.1.508,- / liter limbah cair).

Listrik yang digunakan untuk elektrolisa:- Tegangan DC 6 Volt, Kuat Arus 2,8 Amp

– 6 Amp (rerata 4 Amp), maka daya yangdikonsumsi sekitar 36 watt untuk bebantembaga 11.228 mg/liter (pengenceran10 kali). Durasi proses elektrolisa yangdiperlukan adalah 80 menit. Sehinggajumlah daya yang diperlukan untuk 1 literlimbah pekat adalah 320 watt ((24 watt x80 menit / 60 menit) x 10 (faktorpengenceran)). Biaya beban listrikRp.384,-/liter (320 watt /1000) x 1 jam xRp.1.200,-/kwh

Maka total biaya proses gabunganelektrolisa dan netralisasi adalah sekitar Rp.1.590,- hingga Rp.1.892,-/liter limbah cairpekat. Dari sini tampak selisih biayapengolahan limbah cair cukup signifikanyaitu sekitar Rp.

No. Parameter Hasil analisa(mg/liter)

1. Besi (mg/liter) 0,2082. Tembaga (mg/liter) 0,2963. Zink (mg/liter) 0,0524. Timbal (mg/liter) <0,07645. Nikel (mg/liter) 0,0826. pH 7,47. TDS (mg/liter) 2.832,68. TSS (mg/liter) 13,39. Crom total (mg/lt) <0,0091


121

KESIMPULAN

Metode elektrolisis dapat digunakanuntuk mereduksi tembaga dalam limbah cairindustri PCB. Hasil penelitian menunjukkanpelat besi yang digunakan sebagaielektroda mampu menyisihkan 66,21%tembaga pada jarak 2 cm dengan durasiproses 80 menit. Pelat stainless steel padakondisi yang sama memberikan penyisihantembaga sekitar 62 %. Jarak terbaik antarelektroda sekitar 2 cm. Tembaga yangterdeposisi pada katoda dari hasil pengujianlaboratorium memiliki kemurnian di atas81,7%. Setelah proses netralisasi denganNaOH hingga pH 7,5–8 mampumenyisihkan logam besi 99,99%. Tembagajuga 99,99% dan Zink mencapai 97,58%.Biaya yang dibutuhkan untuk proses reduksitembaga tanpa proses elektrolisa sekitarRp.3.861,-/liter limbah cair. Total biaya, bilapengolahan menggunakan metodeelektrolisa dan netralisasi sekitar Rp.1.892,-/liter limbah cair atau selisih sekitarRp.1950,-/liter limbah cair.

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih kami ucapkankepada Yth. Kepala Balai Riset danStandardisasi Industri Surabaya yang telahmemberikan sarana hingga selesainyakegiatan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad,M.A, (2011), Analisa PengaruhBesar Tegangan Listrik TerhadapKetebalan Pelapisan Krom Pada PelatBaja Dengan Proses ElektroPelating,(Universitas Hasanudin-Makasar)

Anonim, (2009), “Undang-Undang RepublikIndonesia Nomor 32 Tahun 2009Tentang Perlindungan DanPengelolaan Lingkungan Hidup”,(Kementerian Hukum Dan Hak AsasiManusia Republik Indonesia-Jakarta)

Abdul Haris, dkk., Pengendapan LogamTembaga Dengan Metode ElektrolisisInternal, (Undip-Semarang)http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa/article/download/3307/2970.Diunduh pada Juli, 2013.

Castro, L.A., ; A. H. Martins, (Dec. 2009),Recovery of tin and copper byrecycling of printed circuit boards fromobsolete computers, (Braz. J.Chem.Eng. vol.26 no.4 SãoPaulo ,Environmental Engineering),http://dx.doi.org/10.1590/S0104-66322009000400003 diunduh padaJuli 2013

Clifton Potter, Aulia Gani, (1994), “Sumber,Pengendalian dan Baku Mutu LimbahCair Berbagai Industri di Indonesia”,(Kementerian Lingkungan Hidup &Dalhousie University, Canada).

Eckenfelder Jr. (1999), “Industrial WaterPollution Control, 3th ed, (McGraw-HillScience/Engineering/Math)

Handaru B.C., (2011), Laporan PenelitianPengolahan Limbah CairPenghancuran Lampu Fluorescent diIndustri Lampu, (Baristand IndustriSurabaya).

Handaru B.C., (2013), Laporan PenelitianPerolehan Kembali Tembaga DalamLimbah Cair Industri Printing CircuitBoard Dengan Proses Elektrolisis,(Baristand Industri Surabaya)

Heryando P., (2004), “ Pencemaran danToksikologi Logam Berat”, (RinekaCipta, Jakarta).

Metcalf & Eddy, (2003), “ WastewaterEngineering – Treatment and Reuse “,Fourth Edition, (Mc Graw Hill, NewYork)

Perry’s Chemical Engineers’ Handbook,(2008), 8th Edition, (Mc Graw Hill).

Sobri S., A., H.M. Ali, (2011), “ChemicalCharacterisation of Printed CircuitBoard Wastewater “, (Department ofChemical and EnvironmentalEngineering, Faculty of Engineering,Universiti Putra Malaysia, Serdang,Selangor, Malaysia)http://iopscience.iop.org/1757-899X/17/1/012021, diunduh padaAgustus 2013.

Wiharti, dkk., Aplikasi Metode ElektrolisisMenggunakan Elektroda Pelatina (Pt),Tembaga (Cu) Dan Karbon (C) UntukPenurunan Kadar Cr Dalam Limbah CairIndustri Penyamakan Kulit Di DesaSitimulyo, Piyungan, Bantul, Yogyakarta.(UII-Yogyakarta)http://chemistry.uii.ac.id/ICJR/Wiharti.pdfdiunduh pada Oktober 2014.


122

Halaman sengaja dikosongkan

Fitoremediasi Tanah Tercemar Minyak… (Fadliah Salim, dkk)

123

FITOREMEDIASI TANAH TERCEMAR MINYAK BUMIMENGGUNAKAN EMPAT JENIS RUMPUT

PHYTOREMEDIATION OF PETROLEUM CONTAMINATED SOILUSING FOUR TYPES OF GRASSES

Fadliah Salim dan Tuti SuryatiBalai Teknologi Lingkungan, BPPT

Gedung Gesotech, Gedung no. 820, Puspiptek, Tangerang Selatan – Indonesiae-mail:[email protected]


ABSTRACT

Phytoremediation of petroleum contaminated soil study using 4 types of grasses which were Eleusine indica,Paspalum notatum, Setaria splendida, and Stenotaphrum secundatum were conducted. The main objective ofthis study is to know effectivity of those grasses as phytoremediation plants to decrease the level of totalpetroleum hydrocarbon (TPH) on petroleum contaminated soil. Parameters observed were vegetative growth ofgrasses includes dry weight of plant biomass, plant height, number of tillers, root length after 4 month planting.Besides that, analysis of TPH level of soil that had been planted by grasses were also done after 4; 9; and 12month planting. The results indicated that the four types of grasses studied were effective to be used as plantsfor phytoremediation of petroleum contaminated soil. The highest percentage fot TPH reduction were obtainedfrom grass species Paspalum notatum (38.81%), followed by Eleusine indica (38.69%), Setaria splendida(36.34%), and Stenotaphrum secundatum (29.32%).

Keywords: Petroleum contaminated soil, phytoremediation, grasses, total petroleum hydrocarbon

ABSTRAK

Penelitian fitoremediasi tanah tercemar minyak bumi menggunakan empat jenis rumput - rumputan yang terdiridari Eleusine indica, Paspalum notatum, Setaria splendida, dan Stenotaphrum secundatum telah dilakukan.Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efektifitas rumput-rumputan tersebut sebagai tanamanfitoremediasi dalam mengurangi kadar total petroleum hydrocarbon (TPH) pada tanah tercemar minyak bumi.Parameter yang diamati adalah pertumbuhan vegetative tanaman rumput yang terdiri dari biomasa kering, tinggitanaman, jumlah anakan, dan panjang akar setelah 4 bulan tanam. Selain itu juga dilakukan analisis kadar TPHpada tanah yang telah ditanami rumput-rumputan selama 4; 9; dan 12 bulan. Hasil penelitian menunjukkanbahwa keempat jenis tanaman rumput yang diteliti adalah efektif untuk digunakan sebagai tanaman fitoremediasitanah tercemar minyak bumi. Persen penurunan TPH tertinggi diperoleh dari rumput Paspalum notatum(38,81%), kemudian Eleusine indica (38,69%), Setaria splendida (36,34%), dan Stenotaphrum secundatum(29,32%).

Kata kunci: Tanah tercemar minyak bumi, fitoremediasi, rumput-rumputan, total petroleum hydrocarbon

PENDAHULUAN

Minyak bumi merupakan sumberenergi yang memiliki banyak manfaat, akantetapi bila terbuang ke lingkungan, akanmenjadi limbah Bahan Berbahaya danBeracun (B3). Tumpahan hidrokarbon ketanah dan air dapat meracuni flora danfauna yang hidup di sekitar

lahan tercemar, termasuk ke dalamtubuh manusia. Oleh karena itu, tindakanpenanggulangan lahan tercemar minyakbumi perlu dilakukan agar pencemaran tidak

meluas.Salah satu cara untuk melakukan

pemulihan lahan tercemar minyak bumiadalah dengan fitoremediasi. Fitoremediasimerupakan suatu sistim dimana tumbuhantertentu yang berasosiasi denganmikroorganisme dapat mengubah zatpencemar menjadi kurang atau tidakberbahaya bahkan menjadi bahan yangberguna secara ekonomi.

Seleksi jenis tanaman yang dapatdigunakan untuk fitoremediasi suatu bahanpencemar merupakan suatu tahapan yang


124

sangat penting. Menurut Jones dkk. (2004),kualitas rizodeposisi (faktor yangmendorong kehadiran mikroba ke rizosfer)bergantung pada jenis tumbuhan. Selain itu,kualitas rizodeposisi ini menentukan jenismikroba pendegradasi minyak yang dapatberasosiasi dengan tumbuhan tersebut.Fitoremediasi merupakan fungsi dari akar(root function), sehingga fitoremedian yangdigunakan harus mempunyai sistemperakaran yang kuat dan sebaranperakaran yang baik.

Berbagai macam tanaman telahdiketahui memiliki potensi untuk digunakansebagai fitoremediasi senyawa hidrokarbon.Kelompok tanaman seperti rumput-rumputan berpotensi sangat besardibandingkan dengan tanaman lainnya.Rumput-rumputan mempunyai kemampuanyang tinggi sebagai fitoremedian karenasistem perakarannya yang sangat banyak,kuat, dan menyebar dalam tanah. Sistemperakaran rumput mempunyai luaspermukaan maksimum (per m2 tanah)daripada tanaman lainnya serta mampumenembus ke dalam tanah sampai 3 m(Aprill & Sims, 1990).

Dalam penelitian ini digunakan empatjenis tanaman rumput, yakni Eleusineindica, Paspalum notatum, Setariasplendida, dan Stenotaphrum secundatum.Menurut Jing dkk.

(2008), Eleusine indica adalah jenisrumput yang toleran dan efektif dalammendegradasi minyak. Ketiga jenis tanamanrumput lainnya dipakai dalam penelitiankarena memiliki sistem perakaran yang kuatdan sebaran perakaran yang baik di dalamtanah.

Tujuan utama dari penelitian iniadalah untuk mengetahui efektifitas empattanaman rumput-rumputan tersebut sebagaitanaman fitoremediasi tanah tercemarminyak bumi.

METODE

Bahan

Penelitian ini dilaksanakan di PT XKabupaten Siak, Provinsi Riau pada bulanJuni 2010 sampai dengan Juni 2011. Bahanyang digunakan adalah empat jenistanaman rumput, yakni Eleusine indica (EI),

Paspalum notatum (PN), Setaria splendida(SS), dan Stenotaphrum secundatum (SD)diperoleh dari Laboratorium Agrostologi,Fakultas Peternakan IPB. Selain itu,digunakan pupuk urea, SP-36, dan KCl.

Rancangan Percobaan

Rancangan percobaan yangdigunakan adalah Rancangan AcakKelompok (Randomized Block Design)dengan 4 jenis tanaman rumput denganmasing-masing 3 ulangan, sehinggaseluruhnya 12 petak. Ukuran lahanpercobaan per petak 4 m x 5 m. Jumlahtanaman untuk setiap petak adalah 130tanaman dengan jarak tanam 40 cm x 40cm. Penanaman rumput dilakukan dalambentuk pols, yaitu satu kumpulan tunasmuda (Gambar 1).

Gambar 1. tanaman pada saat tanamA. Eleusine indica ;B. Paspalum notatum ,C. Setaria splendida ;D. Stenotaphrum secundatum

Pemupukan dilakukan denganmenambahkan urea sebanyak 200 kg N/Hasetelah 7 hari tanam, pupuk SP36 150kg/Ha dan KCl 150 kg/Ha diberikan padasaat tanam. Penyulaman tanaman yangmati dilakukan pada minggu I dan minggu IIsetelah tanam. Pengamatan dilakukanterhadap 13 tanaman per petak setelah 4bulan tanam. Parameter pengamatan terdiridari berat kering biomasa tanaman (g),tinggi tajuk tanaman (cm), jumlah anakan,dan panjang akar (cm).

Pengamatan terhadap tanahdilakukan terhadap kadar Total PetroleumHydrocarbon (TPH) yang diukur pada awalpercobaan, setelah 4 bulan, 9 bulan, dan 12bulan tanam. Sampel tanah untukpengukuran TPH diambil secara kompositdari 5 (lima) titik secara diagonal padasetiap petak percobaan. Pengukuran TPH


125

dilakukan secara duplo dengan metodegravimetri sesuai Method 3540 (Soxhletextraction) dari Test Method for EvaluatingSolid Waste by US EPA.


Berat kering biomasa

Secara visual pertumbuhan tanamansetelah 4 bulan dapat dilihat pada Gambar2. Hasil pengukuran menunjukkan bahwaberat tertinggi diperoleh dari rumput Setariasplendida yang kemudian berturut-turutrumput Paspalum notatum; Eleusine indicadan rumput Stenotaphrum secundatum(Gambar 3).

Gambar 2. Pertumbuhan rumput 4 bulan

Gambar 3. Berat rumput setelah 4 bulan

Setelah 4 bulan tanam, rasio beratkering akar terhadap berat kering tajuktertinggi diperoleh pada rumput Eleusineindica, kemudian berturut-turut dikuti rumputPaspalum notatum, Setaria splendida, danStenotaphrum secundatum (Gambar 4).

Dari Gambar 4 terlihat bahwa rasioberat kering akar terhadap berat kering tajuktertinggi diperoleh pada rumput Eleusineindica. Hal tersebut terjadi, kemungkinanpada saat panen setelah 4 bulan, tajukEleusine indica banyak yang kering.Keringnya tajuk rumput Eleusine indicasetelah 4 bulan karena jenis rumput ini

bukan rumput perenial sehingga setelah 4bulan tanaman ini mati dan munculpertumbuhan anakan yang baru.

Gambar 4. Rasio Berat Kering Akar danTajuk setelah Dipanen.

Jumlah Anakan

Hasil penghitungan jumlah anakanpada saat panen dapat dilihat pada Gambar5. Jumlah anakan tertinggi diperoleh padarumput Paspalum notatum , kemudianberturut-turut dikuti dengan rumput Setariasplendida, Eleusine indica, danStenotaphrum secundatum (Gambar 5).

Gambar 5. Jumlah Anakan setelah 4 Bulan.

Panjang Akar

Dari pengukuran penambahan panjang akarsetelah panen didapatkan hasil bahwa akarterpanjang diperoleh pada rumput Setariasplendida yang kemudian berturut-turutdiikuti oleh rumput Paspalum notatum,Eleusine indica, dan Stenotaphrumsecundatum (Gambar 6).


126

Gambar 6. Panjang akar setelah 4 bulantanam.

Tinggi Tanaman

Hasil pengukuran tinggi tanamandapat dilihat pada Gambar 7. RumputStenotaphrum secundatum lebih tinggidaripada yang lainnya setelah 4 bulantanam.

Gambar 7. Tinggi tanaman setelah 4 bulan.

Tanaman Stenotaphrum secundatumini merupakan tanaman yang menjalarsehingga pengukuran tinggi tanamannyaadalah tanaman yang paling panjangpercabangannya. Tinggi tanaman rumputPaspalum notatum lebih rendah daripadatanaman lainnya, karena nampakpertumbuhannya cendrung ke sampingdengan memperbanyak jumlah anakan.

Hal ini terbukti dari jumlah anakanyang lebih banyak dibandingkan tanamanrumput lainnya. Tinggi rumput Eleusineindica pada bulan ke-3 terjadi penurunan ,diduga karena sebagian daun mengeringsetelah bulan ke-3. Perkembanganpertumbuhan ke-4 jenis rumput tersebutsetelah 4 bulan tanam dapat dilihat padaGambar 8.

Gambar 8.Tanaman setelah 4 bulan tanam1. Eleusine indica2. Paspalum notatum3. Setaria splendida4. Stenotaphrum secundatum

Berdasarkan data pertumbuhanvegetative yang meliputi berat kering, tinggitanaman, jumlah anakan dan panjang akaryang menunjukkan bahwa ke 4 jenistanaman rumput ini dapat tumbuh baikdilahan tercemar minyak bumi sehinggacocok digunakan sebagai tanamanfitoremediasi. Hal tersebut didukung Neder,2004 yang menjelaskan bahwa Spesiestanaman yang berbeda telah digunakanberulang kali dan berhasil untukfitoremediasi hidrokarbon minyak bumi.Namun, pemilihan vegetasi yang tepattergantung pada variabel yang berbeda,seperti iklim, tanah, sistem akar tanaman,dan kemampuan tanaman untuk bertahanterhadap kontaminan (Neder 2004).

Pilihan tanaman mungkin jugatergantung pada tujuan proyek: tanamanrumput dan kacang - kacangan memilikisistem akar yang luas yang dapat bekerjadengan baik untuk rhizodegradationhidrokarbon di tanah dangkal. Jing dkk..(2008) juga menjelaskan bahwa tanamanrumput Pannicum sp., Eleusine indica, danFestuca arundinacea dapat memacu jumlahmikroba pada perakaran dan degradasiminyak, sedangkan Eleusine indicamerupakan jenis tanaman rumput yangpaling toleran dan efektif dalammendegradasi minyak.

Selain itu, berdasarkan penelitianYulianti (2009), rumput Eleusine indica (L.)mempunyai kemampuan toleransi yangpaling baik pada tanah tercemar, yangdapat dilihat dari kemampuan rumputtersebut tumbuh optimal pada konsentrasiminyak bumi 7,5%, dan juga menurut Merkl


127

dkk (2005), struktur akar tanaman Eleusineindica (L) secara signifikan tidakdipengaruhi oleh minyak bumi.

Hasil Analisis TPH dalam Tanah

Observasi terhadap kondisi tanahsebagai media tanam pada lahanpercobaan menunjukkan bahwa setelahempat bulan, tanah pada semua petakpercobaan berbeda dengan tanah sebelumditanam dan tanah tanpa ditanami (kontrol).Pada tanah kontrol tanah masih berbauminyak bumi dan masih terlihat minyak yangnampak berwarna hitam seperti pada tanahsebelum ditanam, sedangkan tanahdisekitar akar rumput Paspalum notatumtidak memperlihatkan adanya residu minyakberwarna hitam. Warna tanah sudah coklatdan sudah berbau tanah (Gambar 9).

Gambar 9. Kondisi tanah: a.Sebelumtanam; b.setelah 4 bulan tanam

Pengukuran terhadap nilai TPHdilakukan pada 0, 4, 9, dan 12 bulan tanamdapat dilihat pada Tabel 1. Dari Tabel 1

dapat diketahui bahwa tanah tercemar bumimempunyai nilai TPH rata-rata 3,42%, yanglebih tinggi dari persyaratan baku mutusebesar ≤ 1% (Kep Men LH, 2003),sedangkan pengukuran setelah 12 bulantanam menunjukkan adanya penurunan nilaiTPH pada tanah yang ditanami ke empatjenis rumput percobaan dengan nilai rata-rata menjadi 2,19% (Tabel 1). Nilai tersebutmasih belum memenuhi persyaratan bakumutu sebesar ≤ 1%. Dengan demikiantumbuhan tersebut perlu dibiarkan tumbuhdi lokasi tersebut sampai nilai TPHmencapai ≤ 1%.

Untuk mengetahuit jenis rumput yangpaling efektif dalam mendegradasi(fitoremediasi) tanah tercemar minyak bumidilakukan perhitungan persen penurunanTPH (Tabel 1). Dari Tabel 1 dapat dilihatbahwa persentase penurunan TPH palingtinggi ditunjukkan oleh rumput Paspalumnotatum, kemudian berturut-turut diikuti olehrumput Eleusine indica, Setaria splendida,dan Stenotaphrum secundatum.

Fitoremediasi dari tanahterkontaminasi hidrokarbon minyak bumitergantung pada spesies tanaman yangtoleran dan berkembang di lokasi denganadanya cekaman (Hernández-Ortega et al.,2012). Akan tetapi, penelitian yangdilakukan oleh April & Sims (1990)menunjukkan bahwa rumput-rumputanmempunyai kemampuan yang tinggisebagai fitoremedian karena sistemperakarannya yang sangat kuat danmenyebar dalam tanah, yang mampumenembus ke dalam tanah sampai 3 meter.Itulah sebabnya dalam penelitian inidigunakan rumput-rumputan.

Tabel 1. Rata-rara penurunan TPH pada tanah setelah proses fitoremediasi

NO JENIS TANAMANData analisis TPH

Awal 4 bulan 9 bulan 12 bulanA A B A B A B

1 E indica 3,36 2,42 27,98 2,47 26,49 2,06 38,692 P notatum 3,71 2,58 30,46 2,34 36,93 2,27 38,813 S splendida 3,55 2,94 17,18 2,69 24,22 2,26 36,344 S secundatum 3,07 2,19 28,66 2,18 28,99 2,17 29,32

Keterangan : A : data pengukuran TPH, %; B : Penurunan TPH,%


128

KESIMPULAN

Setelah 12 bulan tanam, keempatjenis tanaman rumput yang terdiri Eleusineindica, Paspalum notatum, Setariasplendida, dan Stenotaphrum secundatumdapat berperan dalam proses remediasitanah tercemar minyak bumi yangmengandung TPH rata-rata 3,42%. Persenpenurunan kadar Total PetroleumHydrocarbon (TPH) tertinggi diperoleh daritanah yang ditanami rumput Paspalumnotatum yaitu 38,81%, kemudian diikuti olehrumput Eleusine indica 38,69%, rumputSetaria splendida 36,34%, dan rumputStenotaphrum secundatum 29,32%.

SARAN

Penanaman sebaiknya lebih rapat,dengan jarak tanam 20 x 20 cm agarpenurunan kadar TPH lebih cepat dan lebihmerata disetiap petak pengukuran. Selainitu juga perlu dilakukan penambahanmikroorganisme seperti Fungi MikorizaArbuskula (FMA) dan bakteri petrofilik padaproses fitoremediasi, untuk mempercepatpenurunan nilai TPH tanah tercemar untukmencapai nilai kurang dari 1 sesuaipersyaratan teknis pengolahan limbahminyak Bumi dan tanah terkontaminasi olehminyak bumi secara biologis.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih disampaikankepada kepala Balai Teknologi Lingkunganyang telah mendukung penelitian ini. Terimakasih juga kepada bapak Dr. Ir. BudhiPriyanto, M.Sc yang telah banyakmemberikan masukkan dalam penelitian ini.Juga kepada teman-teman di BalaiTeknologi Lingkungan (BTL) – BPPT yangtelah membantu penelitian ini, yakni SatiSuyanti, Yunus, dan Atang dan kepada timdari PT X, Kabupaten Siak.

DAFTAR PUSTAKA

Aprill W, RC Sims. 1990. Evaluation of theuse of prairie grasses for stimulatingpolycyclic aromatic hydrocarbontreatment in soil. Chemosphere20:253-265.

Hernandez-Ortetga HA, A Alarcon, RFerrera-Cerrato, AH Zavaleta-Mancera, HA Lopez-Delgado, MRMendoza-Lopez. 2012. Arbuscularmycorrhizal fungi on growth, nutrientstatus, and total antioxidant activity ofMelilotus albus duringphytoremediation of a diesel-contaminated substrate. Journal ofEnvironmental Management 95: S319-S324.

Jing W, Z Zhang, Y Su, W He, F He, HSong. 2008. Phytoremediation ofpetroleum polluted soil. PetroleumScience 5:167-171.

Jones R, W Sun, CS Tang, FM Robert.2004. Phytoremediation of petroleumhydrocarbons in tropical coastal soils.II. Microbial response to plant rootsand contaminant. Environ Sci PollutResearch 11:340-346.

Keputusan Menteri Negara LingkunganHidup. 2003. Keputusan MenteriNegara Lingkungan Hidup No. 128Tahun 2003 tentang Tata Cara danPersyaratan Teknis PengolahanLimbah Minyak Bumi dan TanahTerkontaminasi oleh Minyak BumiSecara Biologis. Jakarta (ID):Lingkungan Hidup.

Merkl N, R Schultze-Kraft, C Infante, 2005.Assessment of Tropical Grasses andLegumes for Phytoremediation ofPetroleum Contami-nated Soils. WaterAir Soil Pollut. 165:195-209.

Neder, LdTC, SLdS. Quintao, and ASSantos. 2004. Native semi-Aridcolonizing plants for phytoremediationof heavy metal- and PAH-contaminated Soil. FourthInternational Conference onRemediation of Chlorinated andRecalcitrant Compounds, Monterey,CA, A.R. Gavaskar and A.S.C. Chen(eds.), Battelle Press, Columbus, OH.

Yulianti, R., 2009, Uji KemampuanBeberapa Jenis Rumput dalamFitoremediasi Limbah Minyak BumiPT. Pertamina UBEP LimauPrabumulih Sumatera Selatan,Skripsi, Fakultas Matematika dan IlmuPengetahuan Alam, UniversitasSriwijaya, 48 hlm

Dampak Perubahan Efisiensi… (Ridzky Kramanandita, dkk)

129

DAMPAK PERUBAHAN EFISIENSI DI STASIUN STERILISASIPABRIK KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN MODEL INPUT-OUTPUT

LEONTIEF

IMPACT OF EFFICIENCY CHANGES AT PALM OIL MILL STERILIZATIONSTATION USING LEONTIEFINPUT-OUTPUT MODEL

Ridzky Kramanandita1, Tajuddin Bantacut2, Muhammad Romli2, dan MustofaMakmoen1

1Sekolah Tinggi Manajemen Industri,Jl. Letjend Suprapto No. 26 Cempaka Putih Jakarta Pusat, Indonesia

2Institut Pertanian Bogor, Jl. Lingkar Akademik, Kampus IPB Darmaga, Bogor – Indonesiae-mail: [email protected]

diajukan:10/07/2014, direvisi: 11/08/2014, disetujui: 26/08/2014

ABSTRACT

Palm oil mill waste originated from the input of raw materials such fresh fruit bunches and water requirements upto the output and waste from palm oil mill, could be determined by the mass balance calculation. Details ofmaterial flow on each process starts from the input of raw materials in form of fresh fruit bunches and waterrequirements, to the output and waste from palm oil mill. The quantity of waste and CPO depends on thetechnology used by the palm oil mill. Sterilization station is the most influenced by the technology change. Basedon the concept of equilibrium equations of mass balance, the Leontief input-output model to calculate the impactof efficiency changes on palm oil mill sterilization station was used. By new technology coefficient change of95%, the number of CPO output increased by 23,1%, from 6.236 to 7.677 kg and the increase of kernel output by16,4%, from 2.025 to 2.357 kg, respectively, as well as the decrease fo liquid waste by 18,1% from 20.800 to17.044 kg, and the increase of solid waste by 16,4% from 12.109 to 14.093 kg.

Keywords: palm oil mills, mass balance, technology coefficient

ABSTRAK

Limbah yang dihasilkan dari pabrik kelapa sawit (PKS) yang merupakan rincian aliran massa pada setiap prosesdari input bahan baku berupa tandan buah segar dan kebutuhan air, sampai ke output dan hasil samping daripabrik kelapa sawit, dapat diketahui dari perhitungan neraca massa. Kuantitas limbah dan Crude Palm Oil (CPO)yang dihasilkan bergantung dari teknologi yang digunakan di PKS. Perubahan teknologi pada satu stasiun akanmempengaruhi stasiun lain di PKS. Stasiun yang paling terpengaruh adalah stasiun sterilisasi. Berdasarkanpersamaan konsep dari kesetimbangan neraca massa, penelitian ini menggunakan Model Input-Output Leontiefuntuk menghitung dampak perubahan efisiensi pada stasiun sterilisasi pabrik kelapa sawit. Perubahan koefisienteknologi di stasiun sterilisasi dari konvensional (76%) dengan teknologi baru (96%) adalah meningkatnya jumlahoutput CPO sebesar 23,1% dari 6.236 menjadi 7.677 kg dan output kernel juga meningkat 16,4% dari 2.025menjadi 2.357 kg. Perubahan teknologi tersebut mengakibatkan pula turunnya jumlah limbah cair sebesar 18,1%dari 20.800 menjadi 17.044 kg, dan meningkatnya jumlah limbah padat sebesar 16,4% dari 12.109 menjadi14.093 kg.

Kata Kunci: pabrik kelapa sawit, neraca massa, koefisien teknologi

PENDAHULUAN

Industri kelapa sawit di Indonesiamerupakan salah satu industri yangstrategis karena merupakan negara denganperkebunan sawit terluas di dunia. Padatahun 2010 luas kebun kelapa sawit diIndonesia mencapai 8,1 juta hektar denganpertumbuhan luas kebun rata-rata per tahunmencapai 11,8 % (Kementerian Pertanian

2011). Dengan meningkatnya luasperkebunan sawit dan permintaan crudepalm oil (CPO) dunia, CPO merupakansalah satu komoditas yang perludikembangkan.

Dari proses produk CPO, dihasilkanlimbah padat dan limbah cair kelapa sawit.Jumlah limbah dari industri CPO jauh lebihbesar dibandingkan dengan jumlah limbahyang termanfaatkan, sehingga terjadi


130

penumpukan limbah kelapa sawit (Kelly-Yong et al., 2007). Limbah pabrik kelapasawit di Indonesia mencapai 28,7 juta tonlimbah cair/tahun dan 15,2 juta ton limbahtandan kosong kelapa sawit (TKKS)/tahun(Kementerian Pertanian 2008).

Beberapa tahapan pada pengolahankelapa sawit menjadi minyak sawit kasar(CPO) adalah penerimaan bahan baku,perebusan, pengeluaran lori dari sterilizer,penebahan buah, pelumatan, pengempaanbuah, pemecahan ampas kempa,pemisahan ampas dan biji, klarifikasiminyak sawit, pengolahan sludge danpengolahan biji (Pardamean 2008).Tahapan tersebut pada dasarnya dibedakanmenjadi dua stasiun yaitu stasiun utamadan stasiun pendukung, yang termasukdalam stasiun utama adalah seluruhrangkaian proses utama untuk mengubahkelapa sawit menjadi minyak sawit kasardiantaranya adalah penerimaan buah (fruitreception), rebusan (sterilizer), pemipilan(stripper), pencacahan (digester),pengempaan (presser), pemurnian (clarifier)dan pemisahan biji dan kernel (Gambar 1).Sementara itu, stasiun pendukung adalahstasiun penunjang untuk kelancaranoperasional yaitu pembangkit listrik,laboratorium, stasiun pengolah air, stasiunlimbah, gudang dan bengkel.

Salah satu faktor yang mempengaruhiindustri adalah perkembangan teknologi(Cummins, et. al 2002). Perubahanteknologi pada stasiun sterilisasi dari sistembatch menjadi continous dapatmeningkatkan efisiensi, yaituakanmengurangi jumlah limbah danmeningkatkan rendemen CPO yangdihasilkan (Sivasothy, et. al 2005).

Model Input-Output merupakananalisis dari keterkaitan untuk setiaptahapan proses dan aktifitas (Leontief,1966). Diskusi dan pembahasan mengenaiModel Input output untuk teori dan aplikasisecara komprehensif telah banyakdilakukan sebelumnya (Stone 1984; Rose,et. al 1989; Miller, et. al 2009; Ten Raa2005). Secara umum, Input-Output dapatdigunakan bersama dengan pendekatanmetodologis lain untuk analisis kebijakan(Klein, et. al 2013), seperti pemodelanskenario, simulasi dan optimasi. ModelInput-Output digunakan dalam ruang

lingkup nasional (Jahan 2012), regional,inter-regional, dan dapat digunakan untukskala perusahaan (Steinback 2004). Input-Output pada awalnya adalah data untukketerkaitan antar sektor ekonomi yangdigunakan untuk menganalisis bidangekonomi, kemudian berkembang padabidang lingkungan (Dobos, et. al 2009).

Gambar 1. Proses produksi CPO (Pahan,2006)

Dari beberapa penelitian di atassatuan yang digunakan adalah mata uang,sedangkan pabrik kelapa sawit mempunyaikonsep neraca massa dari pertama kali TBSmasuk sampai dengan output berupa CPO.Berdasarkan hal tersebut, maka penelitianini menggunakan model Input-Outputdengan massa jenis sebagai satuannya.Rantai proses pengolahan kelapa sawitdengan konsep neraca massa sangatpanjang dan kompleks. Penelitian yangmenggunakan massa jenis sebagai satuanhitung menggunakan metode input-outputLeontief belumpernahdilakukan. Penelitianini bertujuan melakukan evaluasi model


131

input-output Leontief pada perubahanefisiensi di stasiun sterilisasi.METODE

Tahap Pertama

Tahap pertama dalam analisis input-output adalah menyusun matrik transaksi,terdiri atas distribusi dari input suatu sektoryang diperoleh dari output sektor lainnya.Matriks transaksi yang digunakan adalahneraca massa dari proses produksi CPO.Tahap berikutnya adalah menyusun matriksteknologi berdasarkan persamaan input-output dan nilai efisiensi dari setiap proses.Proses terakhir adalah membuat MatriksLeontief Inverse yang diperoleh daripersamaan matriks Ax =d menjadi x = A−1ddengan A adalah matriks teknologi, x adalahmatriks output dan d adalah matriks input.

Bentuk yang paling sederhana darineraca massa pabrik kelapa sawit berupainput, output dan waste. Data yangdigunakan adalah neraca massa prosesproduksi CPO pada Pabrik Kelapa Sawit(PKS) PT X di Kalimantan Selatan.

Persamaan dari tahap pertama adalah(I)nput = (O)utput + (W)aste. Model tahappertama ditampilkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Input-output tahap 1

Tahap Kedua

Tahap kedua adalah penjabaran daritahap pertama menjadi beberapa tahapanproses, yaitu proses dari sterilisasi sampaidengan press (1), proses yangmenghasilkan limbah cair (2) dan prosesyang menghasilkan limbah padat (3). Modeltahap kedua ditampilkan pada Gambar 3.

Dari persamaan tahap pertama(I)nput = (O)utput + (W)aste makadidapatkan persamaan sebagai berikut:

X01 + X02 = X1W + X2W + X3W + X20 +X30............................................................(1)

X2W + X20 = X12 +X02…........................................................(2)X3W + X30 =X13............................................................(3)

Keterangan:X01 = Input dari tahap 0 ke proses 1

(37.055 kg)X1W = Output dari proses 1 ke waste

(14.791 kg)X30 = Output dari proses 3 ke tahap 0

(6.236 kg)


Persamaan untuk koefisienoutput/efisiensi pada proses 1, 2 dan 3adalah sebagai sebagai berikut:

a12 = X12 / (X12 + X13 + X1W)..............(4)a13 = X13 / (X12 + X13 + X1W)..............(5)a20 = X20 / (X20 + X2W).........................(6)a30 = X30 / (X30 + X3W).........................(7)

Keterangan:a12 = efisiensi dari proses 1 ke proses 2a13 = efisiensi dari proses 1 ke proses 3a20 = efisiensi dari proses 2 ke tahap 0a30 = efisiensi dari proses 3 ke tahap 0

Efisiensi tidak mempunyai dimensiyang mempunyai nilai antara 0 dan 1,sehingga nilai efisiensi pada setiap prosesadalah sebagai berikut:

a12 = 0.27a13 = 0.33a20 = 0.14a30 = 0.51


132

Verifikasi dan Validasi Model

Berdasarkan persamaan diatasdisusun matriks transaksi 7x7 sebagaiberikut:

A

1

a12

a13

0

0

0

0

0

0

0

1

a20

0

0

0

0

0

0

0

1

a30

0

0

0

1

a20 1

0

0

0

0

0

0

0

1

a30 1

1

a12 1

a13

1

0

0

0

1

a12

a13 1

0

0

1

0

dan matriks input dan output adalah:

Dari persamaan matriks A . output =input untuk mendapatkan nilai dari matriksoutput maka dibuatlah persamaan output =A-1 . input

Hasil verifikasi dan validasi modeladalah nilai dari matriks output samadengan data pada Gambar 3.

Tahap Ketiga

Tahap ketiga adalah penjabaransecara detail dari seluruh stasiun padapabrik kelapa sawit. Tahap ketiga modelinput-output ditampilkan pada Gambar 4.

Model Input-outputtahap 3 padastasiun sterilisasi menghasilkan matrikstransaksi 29x29 dengan nilai efisiensi padastasiun tersebut adalah 0.76.

Salah satu stasiun yangmempengaruhi proses produksi CPOadalah stasiun sterilisasi, danperkembangan teknologi dari stasiunsterilisasi adalah pengurangan limbah cairdengan penghilangan air kondensat(Schuchardt et. al, 2007).


Dengan menghilangkan air kondensatpada stasiun sterilisasi maka nilai efisiensimeningkat dari 0.76 menjadi 0.96. Denganperubahan efisiensi tersebut akan

inp

x01

0

0

x02

0

0

0

out

X1W

X2W

X3W

X20

X30

X12

X13

A1

0.421

0.037

0.156

0.223

0.162

0.26

0.318

1

0.143

0

0.857

0

1

0

1

0

0.491

0

0.509

0

1

0

0.143

0

0.857

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0.491

0

0.509

0

0

0

0

1

0

1

0

0

inp

37055

0

0

4115

0

0

0

out

1.621 104

1.211 104

6.009 103

2.025 103

6.236 103

1.002 104

1.225 104


133

berpengaruh terhadap seluruh nilai outputpada struktur matrik 29x29 tahap 3.


Dari perubahan nilai efisiensi padastasiun sterilisasi, diperoleh hasil yangditampilkan pada tabel 1.

Tabel 1. Dampak PerubahanTeknologi (kg)Jenis Bahan Batch Continous

Input Bahan Baku 41.170 41.170Limbah Cair 20.800 17.044Limbah Padat 12.109 14.093Output kernel 2.025 2.357OutputCPO 6.236 7.677

Dari konsep neraca massa yaitu totalinput sama dengan total output, makapengurangan limbah cair berupa kondensatterdistribusi ke limbah padat, output kerneldan output CPO.

Dampak perubahan teknologi yangdihitung berdasarkan rumus 4 sampaidengan rumus 7, untuk konvensionaldengan teknologi baru ditampilkan padatabel 2.

Tabel 2. Dampak Perubahan Teknologi (%)Perubahan (%)

Koefisien Teknologi 20Limbah Cair -18,05Limbah Padat 16,38Output kernel 16,39OutputCPO 23,10

Perubahan nilai koefisien teknologisterilisasi sebesar 20% mengakibatkanoutput CPO menjadi 23% disebabkan olehkoefisien teknologi pada stasiun selainsterilisasi secara agregat lebih besar daristasiun sterilisasi.

KESIMPULAN

Dengan adanya perubahan koefisienteknologi pada stasiun sterilisasi dari 76menjadi 96% akan ditingkatkan jumlahoutput CPO dari 6.236 menjadi 7.677 kg.Output kernel meningkat pula dari 2.025menjadi 2.357 kg.

Perubahan teknologi tersebut,mengakibatkan turunnya jumlah limbah cairdari 20.800 menjadi 17.044 kg, danmeningkatkan jumlah limbah padat dari12.109 menjadi 14.093 kg.

DAFTAR PUSTAKA

Cummins, J. D., Santomero, A.M. 2002.Changes in the life insurance industry:efficiency, technology and riskmanagement. United States: KluwerAcademic Publisher.

Dobos, I., Floriska, A. 2009. A DynamicLeontief Pollution Model withEnvironmental Standards. Journal ofApplied Input-Output Analysis. Vol.15:40-49

Jahan K.K. 2012. A synoptic look on thecontributions of w. Leontief toeconomic science. Asian Journal ofMultidimensional Research, Vol.1No.3:146-151.

Kelly-Yong, TL., Lee, KT., Mohamed, AR.,Bhatia, S. 2007. “Potential ofhydrogen from oil palm biomass as asource of renewable energyworldwide. Energy Policy, vol.35:5692-5701

Kementerian Pertanian Republik Indonesia.2008. Pedoman Pengolahan LimbahKelapa Sawit. Jakarta: DirektoratPengolahan Hasil PertanianDepartemen Pertanian.

Kementerian Pertanian Republik Indonesia.2011. Luas Areal Dan ProduksiPerkebunan Seluruh IndonesiaMenurut Pengusahaan. Jakarta: DitjenPerkebunan Kementerian PertanianRepublik Indonesia.

Klein, D.B., Daza, R., 2013. IdeologicalProfiles of the Economics Laureates.Econ Journal Watch. vol10, No.3: 417-428.

Leontief, W. 1966. Input-Output Economics.New York: Oxford University Press.

Miller, R.E., Blair, P.D. 2009. InputOutputAnalysis: Foundations AndExtensions, U.K.: CambridgeUniversity Press.

Pahan, I. 2006. Panduan Lengkap KelapaSawit: Manajemen Agribisnis dari HuluHingga Hilir. Jakarta: Swadaya.


134

Pardamean, M. 2008. Panduan LengkapPengelolaan Kebun dan PabrikKelapa Sawit. Jakarta: Agromedia.

Rose, A., Miernyk, W. 1989. Input-OutputAnalysis: The First Fifty Years.Economic Systems Research, Vol.1,No.2:229-271.

Schuchardt, F., Wulfert, K., Darnoko, D.,Herawan, T. 2007. Effect of new palmoil mill processes on the EFB andPOME utilisation. Chemistry andTechnology Conference PIPOC. KualaLumpur: 44-57.

Sivasothy, K., Halim R.M., Basiron Y. 2005A New system for continuoussterilization of oil palm fresh fruitbunches, Journal of Palm OilReseach, Vol 17:145-151

Steinback, S.R. 2004. Using Ready-MadeRegional Input-Output Models toEstimate Backward-Linkage Effects ofExogenous Output Shocks. TheReview of Regional Studies, Vol. 34,No. 1:57-71

Stone, R. 1984. Where Are We Now? AShort Account Of The Development OfInput-Output Studies And TheirPresent Trends. New York: UnitedNations.

Ten-Raa, Thijs. 2005. The Economics OfInput-output Analysis. U.K.:Cambridge University Press

Identifikasi Dan Evaluasi Risiko… (Syarifuddin Nasution, dkk)

135

IDENTIFIKASI DAN EVALUASI RISIKO MENGGUNAKAN FUZZY FMEAPADA RANTAI PASOK AGROINDUSTRI UDANG

RISKS EVALUATION AND IDENTIFICATION USING FUZZY FMEA FOR SHRIMP-BASED AGROINDUSTRY SUPPLY CHAIN

Syarifuddin Nasution1, Yandra Arkeman2, Kadarwan Soewardi3, dan Taufik Djatna2

1Departemen Teknik Informatika, STMIK-IMJl. Jakarta No. 79 Bandung – Indonesia

2Departemen Teknologi Industri Pertanian, Institut Pertanian Bogor,Jl. Lingkar Akademik, Kampus IPB Darmaga, Bogor – Indonesia

3Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, Institut Pertanian Bogor, Jl. LingkarAkademik, Kampus IPB Darmaga, Bogor – Indonesia

e-mail: [email protected]: 16/07/2014, direvisi: 14/08/2014, disetujui: 27/08/2014

ABSTRACT

Shrimp agroindustry exposed to a variety of complex problems and vulnerable to disruption.To be able torecognize the risks of each supply chain actors and select an action based on the priorities, a model ofidentification and evaluation of risks is needed. The aim of this research is was to produce a model ofidentification and evaluation of risk in the shrimp supply chain. Risk identification was done using an approach ofwhat-if analysis, and risk evaluation was developed using fuzzy modelFMEA. The results showed that farmerslevel has the highest probability risk (0.45) as compared to the level of collector (0.29) and processing industry(0.18). The dominant risk at the farm level is a crop failure due to pests and diseases. Dominant risk at thecollector level is supplier availability and loyalty, While at the processor level the dominant risks are the diversityof quality of supply and contamination of antibiotics in shrimp This model can be used to identify risk factors andvariables at each level of the supply chain and to determine priority actions for anticipation.

Keywords: Evaluation and risk identification,shrimp supply-chain, fuzzy FMEA

ABSTRAK

Agroindustri udang dihadapkan pada berbagai masalah yang kompleks dan rentan terhadap gangguan.Untukdapat mengenali risiko masing-masing pelaku rantai pasok dan memilih tindakan berdasarkan prioritasdiperlukan suatu model identifikasi dan evaluasi risiko.Tujuan penelitian ini adalah menghasilkanmodelidentifikasidan evaluasirisikorantai pasok udang. Identifikasi risiko akan dilakukan dengan pendekatanwhat-if analysis dan evaluasi risiko yang dikembangkan menggunakan model fuzzy FMEA, dengan input datadari beberapa ahli dan pelaku rantai pasok udang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pelaku petanimempunyai risiko yang paling tinggi dengan probabilitas sebesar 0,45. jika dibandingkan risiko pada tingkatpedagang pengumpul (0,29) dan risiko agroindustri (0,18). Risiko dominan pada tingkat petani disebabkan olehkegagalan panen akibat serangan hama dan penyakit. Pada tingkat pengumpul risiko dominan adalahkeberadaan dan loyalitas pemasok.Sedangkan pada tingkat prosesor risiko dominan adalah keragaman mutupasokan dan kontaminasi antibiotik pada komoditi udang. Secara keseluruhan model ini dapat digunakan untukmengidentifikasi faktor-faktorrisiko dan variabel pada tiap tingkatan rantai pasok serta memilih tindakan prioritassehingga akan diperolehrekomendasi berupa tindakan yang tepat untukmengantisipasinya.

Kata kunci: identifikasi dan evaluasi risiko, rantai pasok udang, fuzzy FMEA

PENDAHULUAN

Agroindustri udang merupakan salahsatu industri berbasis perikanan yang sudahberkembang di Indonesia.Komoditi atauproduk udang memiliki nilai jual tinggi yangdiperdagangkandi seluruh dunia(FAO,2010).Saat ini, Indonesiamerupakan salahsatu eksportirudang dengan tujuan

pasarutama meliputiJepang, AmerikaSerikat, danUni Eropa.Namun, dalampelaksanaan proses bisnis agroindustriudang saat ini dihadapkan pada masalahvariasi mutu, jumlah dan kontinuitas bahanbaku, yang menimbulkan variasi padaproduk agroindustri, sehingga menurunkandaya saing di pasar global. Masalah inijugamenjadi kendala bagi pelaku rantai


136

pasok untuk menjalin kerjasama ataukontrak dengan pelaku lainnya.Dari uraiandi atas, dianggap penting untukmemodelkan identifikasi risiko dan evaluasirisiko rantai pasok udang, sebagai langkahawal untuk membuat kontrak berbasiskinerja (melalui pendekatan risiko) diantarapelaku dalam rantai pasok agroindustriudang.

Model identifikasi risiko didefinisikansebagai memetakan karakteristik dansumber risiko yang menjadi pemicuefektivitas dan efisiensi kinerja rantaipasok.Setelah risiko teridentifikasi,dilakukan pengukuran untuk menilaipeluang risiko dan konsekuensirisiko.Selanjutnya, dilakukan evaluasirisikountuk mengendalikan dan mengelolasolusi terhadap hasil kinerja bisnis rantaipasok agroindustri udang (Wu danBlackhurst, 2009).

Risiko dapat didefinisikan sebagaisuatu ketidakpastian yang akanberpengaruh negatif terhadap pencapaiansasaran organisasi (Wu dan Blackhurst,2009; Tuncel dan Alpan, 2010). Risiko jugatelah dan menjadi isu penting dalammanajemen rantai pasok dalam beberapatahun terakhir.Menurut Tang(2006),manajemen risikorantai pasok (SCRM) yangefektiftelah menjadikebutuhan bagiperusahaansaat ini. Beberapa penelitianmengenai topik identifikasi dan evaluasirisiko rantai pasok yang telah banyakdilakukan, diantaranya Copp et al., (2005)mengidentifikasi dan assessment risikodengan metode hazard; Adhitya et al.,(2009) melakukan identifikasi risiko rantaipasok dengan analisis hazard operability(HAZOP); Yeh dan Hsieh (2007)mengaplikasikan FMEA dan fuzzy theoryuntuk assessment risiko; Wang et al.,(2009) mengaplikasikan Fuzzy FMEA dalammengevaluasi risiko; Tang dan Musa (2011)telah mengidentifikasi isu-isu risiko dankemajuan penelitian dalam manajemenrisiko rantai pasok. Secara khusus, Fitriantodan Hadi (2012) juga telah melakukankajian awal terhadap risiko rantai pasokudang sebelum dan sesudah bencanalumpur. Sedangkan, kajian-kajian atauupaya yang telah dilakukan oleh beberapapelaku seperti pemerintah daerah, asosiasi,agroindustri untuk meningkatkan daya saing

melalui kontrak antara pelaku rantai pasokudang belum berhasil dalamimplementasinya karena kegiatan umumnyabersifat project oriented, parsial dan tidakberkesinambungan.

Metode Fuzzy FMEA merupakansalah satu tools yang dapat diterima denganbaik, Keskin (2009) menyatakan bahwapenelitian dengan menggunakan logikafuzzy akan memperoleh hasil yang lebihakurat dibandingkan dengan menggunakanmetode FMEA tradisional. Menurut Xu et al.(2002), dan Yeh & Hsieh (2007), beberapakelemahan FMEA tradisional adalah: 1)pernyataan dalam FMEA sering subyektifdan kualitatif yang dijelaskan dalam bahasaalamiah, 2) ketiga tingkat parameter severity(S), occurrence (O), detectability (D) yangdiasumsikan memiliki kepentingan yangsama, ternyata dalam praktiknya bobotkepentingan dari ketiga parameter adalahtidak sama, 3) Nilai Risk Priority Number(RPN) yang sama dihasilkan dari hasilperkalian tingkat S, O, Dmungkinmenyiratkan representasi risiko yangberbeda.

Dari uraian di atas, masalah dalampenelitian ini mencakup faktor-faktor danvariabel risiko yang mempengaruhi bisnisudang untuk kontrak antara pelaku rantaipasok, konsekuensi risiko, serta urutanprioritas yang diperoleh dalam evaluasirisiko yang dilaksanakan secara bersama-sama, untuk mencapai tujuan rantai pasokberupa pemenuhan keinginan konsumen(responsiveness). Penelitian ini bertujuanuntuk mengetahui karakteristik & sumberrisiko, konsekuensi risiko, mengendalikanrisiko dominan dan mengelola solusi kinerjabisnis rantai pasok agroindustri udang.

METODE

Kerangka Pemikiran

Dalam merancang model identifikasirisiko yang efektif dan efisien, persyaratanutama yang dilakukan adalah memetakankarakteristik dan sumber risiko yangmenjadi pemicu kinerja rantai pasok (Wudan Blackhurst, 2009). Setelah risikoteridentifikasi, dilakukan pengukuran untukmenilai peluang risiko dan menganalisiskonsekuensi risikodengan mengidentifikasi


137

semua dampak yang mungkin terhadappelaku rantai pasok.Kemudian,mengevaluasi risiko untuk mengendalikandan mengelola solusi terhadap hasil kinerjabisnis rantai pasok agroindustri udang(Wang et al., 2009; Wu dan Blackhurst,2009).Kerangka penelitian ini dapat dilihatpada Gambar 1.

Gambar 1. Kerangka pemikiran

Tahapan Penelitian

Tahapan penelitian dimulai denganidentifikasi faktor-faktor yang berpengaruhterhadap risiko rantai pasok udang,kemudian menyusun tabel sebab-akibat,depth interview, membuat kuesioner dananalisis data. Analisis konsekuensidilakukan secara deskriptif, sedangkanmemilih prioritas dalam evaluasi risikodilakukan dengan Fuzzy FMEA, pemberiannilai severity, occurrence, detectability(S,O,D), fuzzification (fungsi keanggotaaninput), fuzzy inference system,defuzzification (keanggotaan output) dandiperoleh nilai FRPN (fuzzy risk prioritynumber).

Model Identifikasi Risiko Rantai PasokAgroindustri Udang

Model identifikasi risiko rantai pasokudang bertujuan untuk mengidentifikasi danmenentukan variabel-variabel dari setiap

faktor risiko yang sangat berpengaruhterhadap setiap risiko tingkatan rantaipasok. Langkah-langkah identifikasi risikodapat dijelaskan pada Gambar 2.Pada penelitian ini identifikasi risiko rantaipasok dilakukan dengan menggunakanWhat-if analysis (analisis sebab-akibat).Penyusunan analisis sebab-akibatpada penelitian ini dilakukan analisaterhadap dari permasalahan yang terjadi.Pada proses ini terdapat pembuatandiagram fishbone yang dilakukan dengancara brainstorming dari pihak pelaku rantaipasok udang yang berkaitan denganmasalah risiko untuk menemukanpenyebab-penyebab dari risiko yangdihasilkan.

Gambar 2. Diagram alir identifikasi risikorantaipasok udang

Model Evaluasi Risiko Rantai Pasok

Model evaluasi risiko rantai pasokdigunakan untuk mengukur tingkat risikosetiap variabel risiko rantai pasok. Evaluasirisiko ini diperlukan agar dapat memilihtindakan manajemen berdasarkan prioritasyang sesuai dengan faktor-faktor risiko yangtelah teridentifikasi. Langkah-langkah


138

evaluasi risiko dapat dijelaskan padaGambar 3.

Model menggunakan metode FuzzyFMEA(Failure Mode and Effect Analysis)yang dikembangkan oleh Yeh dan Hsieh(2007); Wang et al., 2009).Tingkat variabelrisiko dalam metode fuzzy FMEA ditentukanberdasarkan pendapat pakar rantai pasokagroindustri udang. Variabel tersebutmeliputi severity (S) yang menunjukkantingkat kepelikan kegagalan yang akanterjadi, occurence (O) yang menunjukkantingkat kemungkinan terjadinya kegagalan,detection (D) yang menunjukkan tingkatdeteksi terjadinya kegagalan. Pengukuranvariabel menggunakan logika fuzzy yangdirepresentasikan dalam TFN (triangularfuzzy number) (Gambar 3) denganfungsikeanggotaan yang memiliki 7 parameter,yaitu tidak pernah (TP), sangat rendah (SR),rendah (R), sedang (S), tnggi (T), sangattinggi (ST), dan paling tinggi (PT).Persamaan fungsi keanggotaan TFNdirumuskan sebagai berikut:

Gambar 3.Fungsi keanggotaan TFN

Output dari penilaian input severity,occurrence dan detectabilityakandirepresentasikan dengan nilailinguistikfuzzy tidak ada risiko (TA), sangat rendah(SR), rendah (R), sedang (S), tinggi (T),sangat tinggi (ST), dan paling tinggi

(PT).Himpunan fuzzy untuk variabel S, O, Ddan FRPN dapat dilihat pada Gambar 4dan5, sedangkan diagram alir model evaluasirisiko dapat dilihat pada Gambar 6. NilaiFRPN merupakan hasil perkalian variabelS,O, D. Ketiga faktor tersebut akan dikalikandan masing-masing faktor memiliki rankingyang berkisar antara 1 hingga 10 dimanapada akhirnya nilai FRPN yang dihasilkanakan memiliki rentang dari 1 hingga 1000.Nilai FRPN yang lebih tinggi diasumsikanmemiliki risiko yang lebih tinggidibandingkan dengan nilai FRPN yang lebihrendah.Kegagalan yang mempunyai nilaiFRPN lebih tinggi diasumsikan lebih pentingdan diberi prioritas lebih tinggi untuk segeradiperbaiki (Kwai-Sang et al., 2009).Persamaan untuk menentukan nilai FRPNsebagai berikut:

Gambar 4. TFN untuk variabel severity,occurrence dan detectability.

Gambar 5.TFN untuk Fuzzy Risk PriorityNumbers (FRPN)


139

Gambar 6. Diagram alir evaluasi risiko


Struktur Rantai Pasok Udang

Rantai pasok dapat dipandangsebagai sebuah sistem yang mempunyaiunsur-unsur yang teratur, saling berkaitandan mempunyai tujuan tertentu. Rantaipasok udang mempunyai unsur pelaku yangterlibat langsung dalam tingkatan rantaipasok, yaitu: petani, pengumpul, prosesor(industri pengolahan), eksportir dankonsumen. Setiap pelaku dalam rantaipasok tersebut mempunyai tujuan dankepentingan masing-masing yang kadang-kadang bersifat konflik. Untuk mengatasidan mengelola konflik kepentingan tersebutperlu adanya suatu sistem manajemenrisiko, sehingga sistem rantai pasok dapatterkendali dalam usaha mencapai tujuan.

Jaringan rantai pasok udang dimulaidari petani.Dalam penelitian ini yangdimaksud dengan petani adalah pelakuyang mengusahakan budidaya tambakudang.Aktivitas petani mencakup usahabudidaya yang meliputi kegiatan persiapanlahan, pembibitan, penanaman,pemeliharaan sampai panen. Pada level inioutput yang dihasilkan adalah udangdengan ukuran (size) yang beragam sesuaidengan permintaan konsumen, umumnyaukuran panen berukuran (jumlah ekor dalam1 kilogram udang)30, 40, 51-60, 70-80, danukuran yang terkecil adalah 120 dan150.Berdasarkan spesifikasi teknologibudidayanya, udang dapat dibudidayakansecara intensif, semi intensif, tradisionalplus dan tradisional (ekstensif).

Pelaku selanjutnya adalah pedagangpengumpul dengan aktivitas utama berupapembelian udang dari petani, melakukansortasiterutama berdasarkan ukuran (size),kelengkapan organ tubuh dan tingkatkesegaran.Udang yang telah disortasi,selanjutnya di simpan dalam tempat yangdiberi es (cool-box) untuk mempertahankankesegaran udang.Umumnya penyimpananhanya dilakukan maksimal 3 hari, danselanjutnya di jual kepada agroindustri.

Pelaku terakhir dalam sistem rantaipasok udang adalahprosesor. Aktivitasutama pelaku ini mencari sumber bahanbaku sesuai permintaan konsumen.Menurut Pathumnakul et al., (2007),sumberbahan bakuudang yang segar umumnyaberasal dari petani terutama ditujukan untukpermintaan yang khusus mengutamakandari sisi kesegaran dan rasa (taste).Sedangkan untuk permintaan yang sifatnyaumum, sumber bahan bakuudang berasaldari pedagang pengumpul. Kemudian,dilakukan sortasi udang berdasarkanukuran, tingkat kesegaran dan kelengkapanorgan tubuh, serta uji kimiawi untukmengetahui apakah bahan baku tercemarbahan kimia. Bahan bakuyang tidak lolos ujikualitas akan dikembalikan (reject) kepadapemasok.Sedangkan bahan baku yangmemenuhi syarat langsung diproses sesuaipermintaan, umumnya produk yangdihasilkan diantaranya adalah udang utuhbeku(Head-on Shell-on), udang beku tanpakepala (Headless Shell-on), udang kupasbeku (Raw peeled), udang masak


140

(Cooked)dan udang hasil olahan berupasushi, breaded dan lain-lain (Pathumnakulet al., 2009).Selanjutnya udang dikemas,dibekukan pada suhu -500C, dan dikirim kenegara tujuan sesuai dengan kontrak yangtelah disepakati sebelumnya.Secaralengkap struktur dan aktivitas pelaku sistemrantai pasok udang disajikan pada Gambar7.

Gambar 7. Struktur jaringan rantaipasokudang

Rantai pasok udang memiliki ciri khasberupa rantai hidup mulai dari hatchery(pembenihan) sampai proses pembesaran(budidaya) di tambak, kemudian mulai daripemanenan udang di tambak sampai ketangan konsumen dalam bentuk beku (coldchain), sehingga pengelolaan rantai pasokudang menjadi lebih kompleks.

Identifikasi Risiko Rantai Pasok Udang

Hasil identifikasi risikoberdasarkanbrainstormingpada pelaku rantai pasokagroindustri udang berupagangguan,penyebab dan akibat dapat dilihat padaTabel 1.Hasil tersebut dianalisaberdasarkan kelompok faktor risiko yangterdiri dari kualitas, kuantitas, waktu kirimdan harga, kemudian disusun kedalambentuk diagram fishbone, sepertipada Gambar 8.

Analisis Risiko Tingkat Petani

Analisis risiko pada tingkat petanidilakukan untuk mengetahui faktor danvariabel risiko yang dihadapi oleh petanidalam pengadaan bahan baku berdasarkankontrak antara pelaku rantai pasok.Hasilpenelitian menunjukkan bahwa peluang

faktor risiko tertinggi di tingkat petani adalahrisiko kualitas, disusul risiko harga, risikokuantitas dan risiko waktu kirim (Gambar 9).

Untuk mengetahui lebih dalam sumberatau variabel risiko dari setiap faktor risikotersebut, maka perlu dilakukan kajianmendalam terhadap tingkat kejadian dandampak dari setiap variabel risikonya.Risiko kualitas pada tingkat petanidipengaruhi oleh kerusakan udang akibatpengiriman terlalu lama di jalan, terjadinyapembusukan akibat kurangnya pendingin,dan kerusakan akibat penanganan udangsaat panen. Risiko harga di tingkat petanidipengaruhi oleh rendahnya mutu pasokan,melimpahnya pasokan pada musim panendan kenaikan harga akibat nilai tukar daninflasi. Risiko kuantitas di tingkat petanidipengaruhi oleh beberapa variabel yaitukegagalan panen, produktifitas rendahakibat benur berkualitasrendah danketersediaan saprodi. Sedangkan risikowaktu kirim di tingkat petani bersumber darijarak angkut, kerusakan infrastruktur jalanyang menyebabkan keterlambatanpengiriman akibat terlalu lama di jalan.

Hasil evaluasi variabel risikodominandi tingkat petani dapat diperlihatkanpadaTabel 2, risiko dominan yang dihadapipetani dalam rantai pasok udang adalahrisiko kegagalan panen yang disebabkanserangan hama dan penyakit. Risikokegagalan panen ini umumnya diawali olehpenurunan kualitas lingkungan perairan,yangbisa berdampak pada kematian udangyang disebabkan cemaran atau polusi.Cemaran atau polusi ini juga menjadipemicu berkembangnya organismepenyebab penyakit (patogen) seperti virus,bakteri, jamur dan protozoa, yang padaakhirnya juga menyebabkan kematianudang (kegagalan panen). Untukmengurangi dampak akibat penyakit udang,umumnya dilakukan sanitasi lingkunganperairan dan pemberian obat-obatan.Namun, pemberian obat-obatanberupa bahan kimia yang melebihi dosisdapat menyebabkan residu bahan kimiapada komoditi/produk udang yang padagilirannya menyebabkan rendahnya kualitaspasokan bahan baku, seperti kasuskontaminasi antibiotik pada produk udang.


141

Gambar 8. Diagram sebab-akibat untuk risiko kontrak rantai pasok udang

Tabel 1 Gangguan, sebab-akibat risiko rantai pasok udangNo Gangguan (risiko) Penyebab Akibat1 Keragaman mutu pasokan

bahan bakuBanyaknya pemasok udangyang berukuran kecil

Variasi mutu, ukuran danjenis udang

2 Terkontaminasi antibiotika Udang diberi obatmengandung antibiotika

Udang mengandungantibiotika

3 Kerusakan saat panen Kurang terampil menggunakanalat panen

Melukai atau memotongorgan udang

4 Kerusakan akibat prosesproduksi

Kurang terampilmengoperasikan peralatan

Kerusakan organ udang

5 Kerusakan saat pengiriman Pendingin udang (es curah)kurang memadai

Mulai terjadi pembusukan(rigor mortis)

6 Kegagalan panen Menurunnya kualitaslingkungan perairan

Kematian udang(mortalitas) yang tinggi

7 Kegagalan panen Serangan hama dan penyakit Kematian udang(mortalitas) yang tinggi

8 Benur mutu rendah Pemilihan benur bermuturendah untuk budidaya

Produktivitas rendah,mortalitas tinggi dan tidaktahan terhadap penyakit

9 Kerusakan saat pengiriman Penjadwalan kurang baik Terlalu lama di jalan10 Loyalitas pemasok rendah Pembayaran tidak lancar,

harga tidak bersaingPemasok menjual udangke agroindusrti lain

11 Harga udang menurun Penjadwalan mulai tanamhingga panen kurang baik

Panen raya secarabersamaan, supply lebihbesar daripada demand.

12 Harga udang rendah. Mutu pasokan yang dikirimterlalu rendah

Udang dibeli denganharga yang sangat rendah

13 Fluktuasi nilai tukar Harga udang tujuan eksporsangat rentan terhadapperubahan nilai tukar

Harga udang di pasardalam negeri menjadimahal

14 Kontrak dengan buyer Pemasok sudah terikat kontrakdengan buyer

Saat harga udang naik,pemasok tidak dapatmenjual ke agroindustrilain

15 Pemenuhan pesanan Bahan baku tidak tersediasesuai perjanjian

Beberapa pesanan tidakdapat dipenuhi

16 Udang ditolak (reject) Bahan baku mutu rendah ,tercampur dengan udangmoulting

Udang yang dikirim akandikembalikan ke pemasok


142

Tabel 2.Hasil analisis FRPN pada tingkat petani

No Potensi gangguan (risiko) NilaiS

NilaiO

NilaiD

NilaiFRPN Kategori

1 Kegagalan panen disebabkanserangan hama dan penyakit 9 7 8 900 Sangat

Tinggi2 Pemilihan benur bermutu

rendah untuk budidaya 5 7 5 500 Sedang

3 Kerusakan udang akibat terlalulama di jalan 6 5 4 500 Sedang

4 Fluktuasi harga disebabkanketersediaan pasokan 5 4 4 500 Sedang

5 Kegagalan panen disebabkanmenurunnya kualitas perairan 6 7 7 500 Sedang

6 Kerusakan saat pengirimanakibat pendingin yang kurang 4 4 3 269 Rendah

7 Kerusakan udang akibat alatpanen 4 3 3 269 Rendah

0.200,34

0,170,29

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

RisikoKualitas

RisikoKuantitas

RisikoWaktu Kirim

RisikoHarga

Ting

kat R

isik

o

Faktor risiko

Gambar 10.Histogram perbandingan tingkat risiko berdasarkan faktor risiko di tingkatpengumpul

Tabel 3. Hasil analisis FRPN pada tingkat pedagang pengumpul


NilaiO

NilaiD

NilaiFRPN Kategori

1 Keragaman mutu pasokan 6 7 7 500 Sedang2 Loyalitas pemasok yang

rendah 7 5 6 725 Tinggi

3 Pesanan tidak terpenuhiakibat bahan baku tidaktersedia

5 5 6 500 Sedang

4 Udang dihargai rendah(mutu rendah) 6 5 5 500 Sedang

5 Kontrak dengan buyer 3 4 4 269 Rendah

Analisis Risiko Tingkat Pengumpul

Berdasarkan identifikasi risiko padatingkat pedagang pengumpul diperolehempat faktor risiko yang dihadapi olehpedagang pengumpul dalam rantai pasokudang yaitu risiko kualitas, risiko kuantitas,risiko waktu kirim dan risiko harga.Nilai

lengkap dari hasil identifikasi risiko padatingkat pedagang pengumpul dapat dilihatpada Gambar 10Risiko kuantitas di tingkat pedagangpengumpul dipengaruhi oleh keberadaanpemasok, loyalitas pemasok danketidakpastian permintaan. Risiko harga ditingkat pedagang pengumpul dipengaruhi


143

oleh fluktuasi harga, nilai tukar dan inflasiserta kelancaran pembayaran. Risikokualitas pada tingkat pedagang pengumpuldipengaruhi oleh keragaman mutu pasokan,penanganan (handling) dan udang yangganti kulit (moulting). Sedangkan risikowaktu kirim pada tingkat pedagangpengumpul dipengaruhi oleh pemenuhanpermintaan, ketersediaan bahan baku, dansarana transportasi.

Berdasarkan Tabel 3, risiko dominandi tingkat pedagang pengumpul adalahrisiko keberadaan dan loyalitas pemasokyang memasok bahan baku ke pengumpul.Sebagian besar pemasok terdiri para petaniberukuran kecil, oleh karena itu sebuahpedagang pengumpul mungkin harusbekerjasama denganpuluhanbahkanratusan petani untukmemenuhi pesanan dari agroindustri udang.Risiko terkait keberadaan dan loyalitaspetani umumnya berkaitan dengan hargaudang dan pola pembayaran udang kepetani. Untuk mengatasi risiko tersebutbiasanya pihak pengumpul biasanya selalumeng-update harga udang, pembayarantunai dan dan adanya program pembinaanpetani untuk meningkatkan produksi.

Analisis Risiko Tingkat Prosesor

Berdasarkan hasil perhitungandiperoleh bahwa tingkat risiko tertinggi ditingkat prosesor dan eksportir adalah risikokuantitas, risiko harga, risiko kualitas dan

risiko waktu kirim seperti pada Gambar11.Risiko kuantitas di tingkat prosesor daneksportir dipengaruhi oleh keberadaan danloyalitas pemasok, tidak terpenuhinyapermintaan. Risiko harga di tingkatagroindustri dan eksportir dipengaruhi olehnilai tukar (kurs), fluktuasi harga bahanbaku. Risiko kualitas dipegaruhi oleh tingkatkeragaman mutu pasokan, masihditemukannya udang yang moulting, dankerusakan akibat proses produksi.Sedangkan risiko waktu kirim di tingkatprosesor dan eksportir dipengaruhi olehketerlambatan pengiriman akibatkekurangan kapasitas angkut, saranapengiriman dan cara pengiriman.

Berdasarkan Tabel 4, risiko dominanpada prosesor dan eksportir adalahkeragaman mutu pasokan dan kontaminasiudang berupa antibiotik. Keragaman mutupasokan umumnya disebabkan olehbanyaknya jumlah pedagang pengumpulyang menjual (memasok) udang yangdiperoleh dari petani ke agroindustri daneksportir.Untuk mengatasi risikokeberagaman mutu pasokan yang diterimaprosesor dan eksportir, biasanya padatingkat pedagang pengumpul sudahmelakukan sortasi awal berdasarkan jenis,ukuran dan mutu udang atas beberapagrade. Untuk menyamakan standarpadatingkat pemasok, diperlukan peranprosesor untuk membuat standarisasi mutubahan baku udang.

0,18

0,38

0,150,29

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

RisikoKualitas

RisikoKuantitas

RisikoWaktu Kirim

RisikoHarga

Ting

kat R

isik

o

Faktor risiko

Gambar 11.Histogram perbandingan tingkat risiko berdasarkan faktor risiko di tingkatagroindustri dan eksportir


144

Kontaminasi antibiotik biasanya terjadipada tingkat petani saat budidaya udang,dan baru terdeteksi saat pemeriksaanudang pada tingkat prosesor. Pemberianantibiotik digunakan untuk mengurangidampak akibat penyakit udang, pemberianantibiotik yang melebihi dosis danmenjelang panen dapat menyebabkanresidu bahan kimia pada komoditi/produkudang. Untuk mengurangi risiko tersebutdapat dilakukan dengan menerapkan GoodAquaculture Practices (GAP).

Analisis Risiko Rantai Pasok

Berdasarkan faktor risiko pada setiaptingkatan rantai pasok udang diperolehsecara berurutan yaitu risiko kualitas, risikokuantitas, risiko harga dan risiko waktu kirim(Gambar 12).Risiko kualitas mempunyaitingkat risiko yang paling tinggi dalam rantai

pasok udang, karena sebagian besarproduksi sekitar 90%diperuntukkan untukpasar ekspor.Pasar ekspor mempunyaipersyaratanmutu yang sangat ketatberkaitan dengan pencemaranbiologis/mikrobiologis, kimia danfisikdiantaranya logam berat, residu obat-obatan (nitrofuran, kloramfenicol),kontaminasi mikrobiologi (Salmonella sp,Shigella sp) dan lain-lain. Di sisi lain, bahanbakuini diperoleh melalui pemasok, yaitupedagang pengumpul dan petani yangberukuran kecil, sehingga sebuah prosesorudangmungkin harus bekerjasama denganratusan petambak untuk memenuhi tuntutanpelanggan. Kebutuhan udang menuntutadanya kontinuitas baik kuntitas maupunkualitas.Untuk itu, perlu adanya antisipasiterhadap konflik tersebut sehingga diperolehsuatu rantai pasok yang berkesinambungan.

Tabel 4. Hasil analisis FRPN pada tingkat agroindustri


NilaiO

NilaiD

NilaiFRPN Kategori

1 Keragaman mutu pasokan 7 8 7 725 Tinggi2 Udang terkontaminasi

antibiotika 7 6 7 725 Tinggi

3 Kerusakan organ udang akibatproses produksi 3 5 4 269 Rendah

4 Pesanan tidak terpenuhi akibatbahan baku tidak sesuaispesifikasi kontrak

5 5 4 500 Sedang

5 Fluktuasi harga disebabkanoleh perubahan nilai tukar 6 5 6 500 Sedang

6 Bahan baku mutu rendah 5 6 5 500 Sedang

Gambar 12.Histogram perbandingan tingkat risiko berdasarkan faktor risiko rantai pasokudang


145

Risiko harga juga penting dalam rantaipasok udang, karena komoditas udangmempunyai harga yang cenderung fluktuatifakibat dari ketersediaan udang bersifatmusiman. Di lain pihak, permintaankonsumen (ekspor) untuk memenuhikebutuhan konsumen luar negerimempunyai siklus yang dimulai pada bulanApril dan mencapai puncaknya menjelangakhir tahun. Pemenuhan spesifikasipermintaan konsumen (ekspor) meliputikualitas, kuantitas dan waktu kirim denganharga yang sudah disepakati.

Risiko waktu kirim dalam rantai pasokudang, di antaranya gangguan berupainfrastruktur jalan yang mengakibatkankerusakan saat pengirman berupa mulaiterjadinya pembusukan yang disebabkanpendingin udang (es curah) yang kurangmemadai dan terlalu lama di jalan yangdisebabkan penjadwalan yang kurang baik.

Implikasi Manajerial

Salah satu kontribusi dari penelitian iniadalah memberikan rekomendasi kepadapelaku rantai pasok udang dalam bentukimplikasi manajerial.Implikasi manajerialmanajemen risiko rantai pasok udangadalah perlunya mekanisme yang tepatuntuk mengendalikan risiko dominan padarantai pasok udang. Pada tingkatpetani,berupa perbaikan sistem budidayadengan tindakan nyata melakukan pelatihansecara berkala mengenai teknikpencegahan dan penganggulanganserangan hama dan penyakit, pengelolaankualitas lingkungan perairan. Pada tingkatpedagang pengumpul, untuk meningkatkanloyalitas pemasok dengan tindakan berupaharga udang yang kompetitif, pembayarantunai dan adanya program-programpembinaan petani untuk meningkatkanproduksi. Sedangkan pada tingkat prosesor,peningkatan mutu dengan tindakan nyataberupa penerapan sortasi dan handlingyang tidak menyebabkan cacat/rusak organudangdan pengaturan suhu agar tetapterjaga pada kondisi dingin (coldchain).Kemudian,tindakan lain berupapemisahan cemaran fisik dan udang yangmoulting.

Untuk perbaikan dari sisi kualitas,kuantitas, waktu kirim,dan harga pada

seluruh pelaku rantai pasok udang adalahdengan mengaplikasikan model kontrakberbasiskinerja, sehingga masing-masingpelaku mengetahui spesifikasi produk yangdibutuhkan, waktu penyerahan dan hargayang menguntungkan berdasarkan ukuranbisnis.

KESIMPULAN

Berdasarkan what-if analysis danfuzzy FMEA dapat disimpulkan bahwa,risiko utama dalam rantai pasok udangadalah kualitas, kuantitas, harga, dan waktukirim.Pada pelaku petani tingkat risikotertinggi pada risiko kualitas (0,42), pelakupedagang pengumpul tingkat risiko tertinggipada risiko kuantitas (0,34), sedangkanpelaku prosesor tingkat risiko tertinggiadalah risiko kuantitas (0,38).

Evaluasi risiko (risiko prioritas yangharus dikendalikan) pada seluruh pelakurantai pasok agroindustri udang adalahpada pelaku petani berupa, kegagalanpanen akibat serangan hama dan penyakit.Keberadaan dan loyalitas pemasok yangrendah merupakan risiko dominan untukpelaku pedagang pengumpul.Pada pelakuprosesor, risiko dominan adalah keragamanmutu pasokan dan adanya kontaminasiantibiotika pada komoditi dan produk udang.

Dari sisi implikasi manajerial, seluruhstakeholders yang terlibat seperti petani,pedagang pengumpul, prosesor daneksportir harus mengaplikasikan modelkontrak berbasis kinerja, sehingga masing-masing pelaku mengetahui spesifikasiproduk yang dibutuhkan, waktu penyerahandan harga yang menguntungkanberdasarkan ukuran bisnis.

SARAN

Diperlukan penelitian lanjutanmengenai evaluasi risiko rantai pasokagroindustri udangdengan justifikasi risikoprioritas yang harus dikendalikan denganmenggunakan pareto.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penelitian ini didanai oleh DirektoratPendidikan Tinggi, melalui skema HibahDoktor Tahun 2013-2014.


146

DAFTAR PUSTAKA

Adhitya A, Srinivasan R, Karimi IA. 2009.Supply Chain Risk Identification UsingaHAZOP-Based Approach. AIChEJournal. Vol. 55, No. 6. DOI10.1002/aic.11764

Amri K, Kanna I. 2008. Budidaya UdangVanname: Secara Intensif, SemiIntensif, dan Tradisional.

Copp GH, Garthwaite R, Gozlan RE. 2005.Risk identification and assessment ofnon-native freshwater fishes: asummary ofconcepts and perspectiveson protocols for the UK. J. Appl.Ichthyol. 21: 371–373.

FAO. 2010. FishStat (FAO Yearbook ofFishery Statistics), FAO Fisheries andAquaculture Department. FAO (Foodand Agriculture Organization of theUnited Nations), Rome, Italy.

Fitrianto AR dan Hadi S. 2012. Supply chainrisk management in shrimp industriesbefore and during mud volcanodisaster: an initial concept. Procedia-Social and Behavioral Sciences 65:427-435.doi:10.1016/j.sbrpro.2012.11.144

Keskin GA, Ozkan C. 2009. An AlternativeEvaluation of FMEA: Fuzzy ArtAlgorithm. J. of International Qualityand Reliability Engineering. 25(6):647-661.doi:10.1002/qre.984

Kwai-Sang C, Ying-Ming W, Gary KKP,Jian-Bo Y. 2009. Failure mode andeffects using A group-based evidentialreasoning approach. Journal ofComputers and Operations Research,36: 1768-1779.

Pathumnakul S, Piewthongngam K,Khamjan S. 2009. Integrating ashrimp-growth function, farming skillsinformation, and a supply allocationalgorithm to manage the shrimp

supply chain.Computer andElectronics in Agriculture 66: 93-105.

Pathumnakul S, Khamjan S,Piewthongngam K. 2007.Procurement decisionsregardingshrimp supplies for Thai shrimpprocessors. Aquacultural Engineering,37, 215–221.

Tang CS. 2006. Perspective in SupplyChain Risk Management.Int JProduction Economics. 103:451-458.

Tang O dan Musa SN. 2011. Identifying riskissues and research advancements insupply chain risk management. Int. J.Production Economics 133: 25-34.doi.10.1016/j.ijpe.2010.06.013

Tuncel G dan Alpan G. 2010. Riskassessment and management forsupply chain networks: A case study.Computers in Industry 61: 250–259.doi:10.1016/j.compind.2009.09.008

Wang YM, Chin KS, Poon GKK, Yang JB.2009. Risk evaluation in failure modeand effects analysis usingfuzzyweighted geometric mean.Expert Systems with Applications 36.1195–1207.doi:10.1016/j.eswa.2007.11.028

Wu T, Blachurst J. 2009. Managing SupplyChain Risk and Vulnerability: Toolsand Method for Supply Chain DecisionMakers. New York: Springer.

Xu K, Tang LC, Xie M, Ho SL, Zhu ML.2002. Fuzzy assessment of FMEA forengine system, Reliability Engineeringand System Safety.75:17-29.

Yeh RH, Hsieh MH. 2007. Fuzzyassessment of FMEA for a sewageplant. J the Chinese Institute ofIndustrial Engineers.24:505-512.

Zsidisin GA, Ritchie B. 2009. Supply ChainRisk: A Hand Book of assessment,management and Performance. NewYork : Springer.

pemanfaatan emisi gas co2 untuk budidaya spirulina

Documents