Atasi Polusi dengan Plasma

Selama ini teknologi pengolahan limbah kurang mendapatkan perhatian serius di Indonesia. Padahal, tidak sedikit permasalahan limbah cair maupun gas terbentur pada permasalahan penggunaan teknologi. Dengan semakin berkembangnya perindustrian di Indonesia, sudah selayaknya pemilihan serta penggunaan teknologi yang tepat dalam mengatasi masalah limbah segera diterapkan.
Melalui artikel ini penulis ingin memperkenalkan sebuah teknologi yang kerap disebut teknologi plasma. Di berbagai negara maju termasuk Jepang, teknologi plasma mulai banyak dipergunakan untuk mengolah limbah gas dan cair dari berbagai kegiatan industri domestik, serta dari asap kendaraan bermotor. Sedangkan di negara Eropa dan Amerika berbagai penelitiaan dari penggunaan teknologi plasma untuk mengolah limbah juga banyak dikembangkan.

Plasma

Plasma adalah zat keempat di samping zat klasik: padat, cair, dan gas. Zat plasma ini bukanlah plasma seperti pada kata plasma darah, kata yang paling umum digunakan berkaitan dengan plasma dalam bidang Biologi. Plasma zat keempat ini ditemukan pada tahun 1928 oleh ilmuwan Amerika, Irving Langmuir (1881-1957) dalam eksperimennya melalui lampu tungsten filament.

Plasma ini sangat mudah dibuat, caranya dengan pemanfaatan tegangan listrik. Contoh, hadapkan dua electrode di udara bebas. Seperti kita ketahui udara adalah isolator, materi yang tidak menghantarkan listrik. Namun, apabila pada dua electrode tadi diberikan tegangan listrik yang cukup tinggi (10 kV<), sifat konduktor akan muncul pada udara tersebut, yang bersamaan dengan itu pula arus listrik mulai mengalir (electrical discharge), fenomena ini disebut eletrical breakdown.

Mengalirnya arus listrik menunjukkan akan adanya ionisasi yang mengakibatkan terbentuknya ion serta elektron pada udara di antara dua elektrode tadi. Semakin besar tegangan listrik yang diberikan pada elektrode, semakin banyak jumlah ion dan elektron yang terbentuk. Aksi-reaksi yang terjadi antara ion dan elektron dalam jumlah banyak ini menimbulkan kondisi udara di antara dua electrode ini netral, inilah plasma. Singkat kata plasma adalah kumpulan dari electron bebas, ion dan atom bebas.

Polusi udara

Mengatasi polusi dengan plasma sebenarnya bukan sebuah hal yang baru. Pada tahun 1907 Frederick Cottrell memperkenalkan electrostatic precipitator (EP) untuk mengatasi polusi akibat aerosol (sampah udara) dari asap pabrik hasil pembakaran. EP dapat digunakan untuk mengumpulkan aerosol. Prinsip kerja dari EP adalah perpaduan dari medan electrostatic dan aliran ion yang dihasilkan oleh corona discharge. Mekanisme kerjanya adalah partikel aerosol ditangkap atau dikumpulkan oleh aliran ion, kemudian kumpulan partikel tadi diangkut oleh medan electrostatic lalu dipisahkan. Sekarang EP banyak digunakan untuk mengatasi aerosol dari asap pabrik termasuk di antaranya, di Indonesia.

Namun, asap hasil pembakaran dari pabrik maupun kendaraan bermotor tidak hanya mengandung aerosol saja, tetapi didapati juga gas NOx, SOx, CO, dan Dioxin yang diketahui sangat berbahaya pada kesehatan. Kita mengenal hujan asam (HNO3 dan H2SO4) yang dapat mengakibatkan kanker. Juga gas CO yang dapat mematikan apabila kita menghirupnya secara langsung. Kita juga dapat merasakan bertambah suhu bumi akibat pertambahan CO2.

Baru-baru ini kita mendengar Dioxin yang muncul dari pembakaran sampah plastik, yang walaupun kadarnya sedikit namun berbahaya bagi kesehatan kita. Hal ini mendorong Dr Seiichi Masuda dari Tokyo University untuk mencari teknologi yang dapat mengatasi gas beracun hasil pembakaran pabrik. Pada tahun 1986 Seiichi Masuda mempublikasikan teknologi plasma sebagai teknologi untuk mengatasi kandungan gas NOx, SOx dari asap pembakaran pabrik.

Prinsip dari teknologi plasma dalam mengatasi kandungan gas NOx atau SOx sangatlah mudah. Seperti di jelaskan pada penjelasan di atas, plasma terbentuk dari kumpulan electron bebas, ion serta atom. Aksi-reaksi pada ion dan electron dalam plasma seperti reaksi ionisasi, excitasi, dan dissociasi dengan udara bebas disekitarnya berlanjut dengan terbentuk species aktif (ion, electron, molekul yang mudah bereaksi) seperti Ozone, OH, O, NH3 yang memiliki sifat radikal sangat mudah bereaksi dengan senyawa-senyawa yang ada disekitarnya. Species aktif yang terbentuk ini kemudian bereaksi dengan gas NOx atau SOx kemudian mengubah serta menguraikannya.

Dewasa ini di Jepang teknologi plasma berkembang sangat pesat. Di mana teknologi plasma memiliki beberapa kelebihan yaitu pembuatan peralatan dan maintenance yang sangat mudah, namun memiliki efektivitas penguraian yang cukup tinggi. Struktur yang mudah dari peralatan teknologi plasma memungkinkan untuk dipasang langsung pada kendaraan bermotor, untuk mengurangi kadar NOx yang timbul pada asap kendaraan hasil dari pembakaran bensin atau solar. Selain untuk mengatasi NOx dan SOx teknologi plasma dapat dipergunakan juga untuk menguraikan berbagai macam senyawa beracun seperti Dioxin, gas VOC (Volatile organic compounds) seperti, CFC, trichloroethylene, toluene, benzene, serta gas dari hasil pembakaran lainnya.

Mengatasi polusi

Seperti halnya pencemaran udara, pencemaran air sangatlah kompleks. Dalam proses produksi sebuah industri pada umumnya dipergunakan berbagai bahan material dari berbagai jenis dan bentuk. Limbah cair industri, pertanian, perkotaan dan rumah tangga selain mengandung senyawa berat (Cd, Cu, Hg, Zn dll.), juga mengandung berbagai macam senyawa organik, seperti dioxin, phenol, benzene, PCB, dan DDT.

Sistem pengolahan limbah cair yang ada sekarang umumnya mempergunakan cara kombinasi antara pemakaian chlorine serta sistem condensasi, sedimentasi, dan filtrasi. Sedangkan untuk pengolahan limbah organik banyak mempergunakan microbiologi, karbon aktif atau membran filtrasi.

Namun, limbah organik semakin banyak yang sulit untuk diuraikan dengan microbiologi atau membran filtrasi, serta membahayakan keselamatan makhluk hidup, meskipun dalam kandungan konsentrasi yang sangat kecil (ppm/ppb) seperti, senyawa dioxin, furan, dan atrazine. Sehingga sistem pengolahan limbah cair yang ada sekarang tidaklah cukup. Apabila hal ini kita biarkan, tanpa kita sadari, air minum yang dipergunakan akan banyak mengandung senyawa organik, yang selain membahayakan kesehatan manusia juga dapat merusak ekosistem makhluk hidup lainnya.

Untuk mengatasi masalah limbah organik ini, teknologi ozone mulai dipergunakan dalam proses pengolahan limbah cair. Teknologi ini dikenal dapat membersihkan limbah cair hingga mendekati 100 persen (Japan Engineering newspaper, 1996). Ozone yang dikenal sebagai oksidant kuat, selain dapat menghancurkan senyawa-senyawa organik, juga sekaligus dapat membunuh bakteri yang terkandung dalam limbah tadi. Meskipun demikian masih ada beberapa kendala yang harus diselesaikan pada teknologi ozone ini, seperti tingginya biaya operasional serta adanya sisa ozone yang tertinggal dalam air setelah proses pengolahan berlangsung. Sisa ozone yang memiliki kadar cukup tinggi, akan dapat membahayakan manusia.

Teknologi yang kemudian diperkenalkan untuk mengatasi limbah cair setelah teknologi ozone ini adalah teknologi plasma. Sebelum kita jelaskan lebih lanjut tentang teknologi plasma, perlu disampaikan disini bahwa ozone sendiri dapat dibuat dengan mempergunakan teknologi plasma (Siemens 1857). Dewasa ini teknologi plasmalah yang paling banyak dipergunakan untuk membuat ozone. Jadi, secara tidak langsung teknologi ozone adalah pemanfaatan dari teknologi plasma itu sendiri.

Selanjutnya, teknologi plasma juga dapat dipergunakan secara langsung dalam proses pengolahan limbah cair. Salah satu cara adalah dengan membuat plasma dalam air. Seperti halnya plasma di udara, plasma dapat juga dibuat dalam air. Proses pembuatannya sendiri hampir sama, hanya saja pembuatan plasma dalam air memerlukan energi sedikit lebih besar dibandingkan pembuatan plasma di udara, mengingat air adalah materi yang dapat mengalirkan arus listrik.

Plasma dalam air dapat menyebabkan timbulnya berbagai proses reaksi fisika dan kimia, seperti sinar ultraviolet, shockwave, species aktif (OH, O, H, H2O2), serta thermal proses.

Banyaknya reaksi fisika dan kimia yang dihasilkan oleh plasma dalam air, membuat teknologi ini dapat merangkum beberapa proses yang dibutuhkan dalam pengolahan air limbah. Sinar ultraviolet yang dihasilkan mampu mengoksidasi senyawa organik sekaligus membunuh bakteri yang terkandung dalam limbah cair. Shockwave yang ditimbulkan mampu menghasilkan proses super critical water yang juga berperan dalam proses pengoksidasian senyawa organik. Dan, yang paling penting banyak dihasilkan species aktif seperti OH, O, H, dan H2O2 yang merupakan beberapa oksidant kuat yang dapat mengoksidasi berbagai senyawa organik sekaligus juga membunuh bakteri dalam limbah cair tersebut. Dan, tidak ketinggalan panas yang dihasilkan oleh plasma ini pun berperan dalam berbagai proses pengoksidasian.

Dari berbagai kelebihan proses yang dimilikinya, teknologi plasma dalam air mulai mendapat perhatian khusus terutama untuk mengolah limbah organik yang umumnya mengandung berbagai macam jenis senyawa organik. Dari berbagai percobaan laboratorium, teknologi plasma dalam air sangat efektif untuk menguraikan senyawa organik seperti TNT, phenol, trichloroethylene, atrazine, dan berbagai jenis zat warna (dye).

Teknologi plasma untuk mengolah limbah cair baik dengan teknologi ozone maupun dengan teknologi plasma dalam air memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan cara konvensional, microbiologi maupun membran filtrasi. Di antaranya proses penguraian senyawa organik berlangsung sangat cepat, pembuatan peralatan serta maintenance yang mudah, serta species aktif yang dihasilkan dapat menguraikan hampir seluruh senyawa organik.

Di Jepang dalam sepuluh tahun terakhir, penggunaan teknologi ozone maupun teknologi plasma berkembang sangat pesat. Terlebih lagi setelah ditetapkannya perundangan tentang Dioxin dan sejenisnya (January 2001). Di mana dioxin dapat diuraikan dengan mempergunakan kombinasi dari ozone dan sinar ultraviolet atau ozone dan hydrogen peroxide.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s


%d bloggers like this: