Upaya Pemanfaatan Limbah PVC Sebagai Bahan Bersifat Konduktif
UPAYA PEMANFAATAN LIMBAH PVC (POLIVINIL KLORIDA)
SEBAGAI BAHAN BERSIFAT KONDUKTIF
Dwi Hartiningsih
SMA Negeri 1 Nguter
ABSTRAK
Batu baterai yang telah habis masa pakai dan sudah tidak mempunyai tegangan, apabila dibuang begitu saja akan membahayakan lingkungan dan sumber daya manusia itu sendiri. Batu baterai tersebut dapat dipakai lagi dengan menggabungkan atau mengkombinasikan dengan limbah pipa PVC sehingga menghasilkan batu baterai daur ulang. Limbah pipa PVC yang dijadikan serbuk dapat dipakai sebagai bahan pengisi pada batu baterai yang sudah habis tegangannya atau masa pakainya.Hasil penelitian dapat diketahui bahwa kandungan serbuk karbon pada batu baterai pada umumnya memiliki kesamaan dengan kandungan kimia limbah pipa PVC. Limbah pipa PVC yang dijadikan serbuk dan dicampurkan dengan larutan HCL + Aquades dengan perbandingan 1: 1 dapat dijadikan sebagai pengganti serbuk karbon pada batu baterai. Dengan menggunakan percobaan sederhana, dari dua buah batu baterai daur ulang yang dihasilkan,dapat menghidupkan sebuah lampu LED dengan tegangan masing- masing 1,9 volt dan daya hantar baterai bertahan selama16 jam 21 menit.
Kata kunci: konduktivitas, elektrolit, daur ulang, PVC (Polivinil Klorida)
PENDAHULUAN
Latar Belakang Masalah
Sebagian besar kebutuhan akan energi listrik dipenuhi oleh sumber energi yang kurang layak. Sumber energi listrik yang berasal dari batu bara dan mesin disel dengan bahan bakar solar tidak layak karena menimbulkan polusi udara, dan sumbernya bukanlah yang dapat diperbaharui dalam waktu singkat. Kedua sumber energi tersebut dapat habis dalam jangka waktu yang mungkin tak lama lagi.
Kebanyakan manusia jarang berpikir untuk mendaur ulang kebutuhan-kebutuhan yang sudah mereka konsumsi, melainkan mereka hanya membuang limbahnya begitu saja, tanpa berfikir untuk memanfaatkannya. Ibarat sebuah pepatah habis manis sepah dibuang. Ibarat tersebut tak jauh berbeda ketika kita mengkonsumsi pipa PVC dan batu baterai, kemudian membuang limbah kulitnya disembarang tempat. Jarang sekali berfikir untuk memanfaatkan kembali limbah pipa PVC tersebut, padahal tanpa kita sadari sebenarnya serbuk pipa PVC berpotensi menjadi baterai kering ramah lingkungan.
Baterai dan kulit pisang mungkin baru sekali didengar. Baterai adalah sebuah alat yang digunakan untuk menyimpan tenaga listrik. Baterai sebagai sumber energi alat-alat elektronik seperti jam dinding, radio, senter, dan alat-alat elektronik lainnya. Begitu banyaknya peranan baterai bagi kehidupan manusia, namun tidak dapat dipungkiri juga bahwa baterai yang kita gunakan sehari-hari sangat berbahaya baik untuk kita maupun alam sekitar.
Baterai mengandung berbagai macam logam berat seperti: merkuri, mangan, timbal, nikel, lithium, dan kadmium. Jika baterai dibuang sembarangan, maka logam berat yang terkandung didalamnya mencemari air dan tanah serta membahayakan bagi kesehatan. Limbah baterai tidak hanya berbahaya bagi manusia, tetapi juga membahayakan sumber daya alam, karena mengandung logam berat dan elektrolit korosif yang dapat mencemari tanah dan air. Jika limbah baterai dicampur dengan limbah padat lainnya dari waktu kewaktu kandungan berbahaya di dalamnya dapat mengancam kehidupan ikan, tanaman, perusakkan lingkungan dan secara tidak langsung mengancam kesehatan manusia.
Polimer elektrolit banyak ditemukan dalam bentuk baterai polimer ion litium (1). Baterai polimer ion litium merupakan salah satu baterai yang paling dibutuhkan, karena dapat di cas ulang, ringan, tahan lama, aman penggunaannya dan mudah di olah dalam berbagai bentuk. Penggunaannya terutama untuk peralatan-peralatan portable seperti kamera, laptop, handphone dan sebagainya (2). Baterai polimer ion litium itu sendiri terbuat dari ion litium yang di holding ke polimer elektrolit. Matriks pengisi yang digunakan dalam pembuatan baterai polimer ion litium umumnya adalah polimer sintetik (3). Beberapa polimer sintetik yang umum digunakan dalam pembuatan polimer elektrolit adalah PEO, PAN, PVC, PMMA, dan PVDF. (Ghufira et al, 2012)
Hasil sintesa Polianilin (PAN) dalam bentuk serbuk mempunyai konduktivitas bervariasi antara 30 S/cm sampai 60 S/cm berkorelasi dengan kenaikan konsentrasi doping H2SO4. PAN hasil sintesis yang di plastisasi dengan pelarut NMP, dapat digunakan sebagai material aktif dalam system batere isi ulang dengan pasangan PbO2. Tegangan operasional batere berkisar antara 1,5 Volt sampai 2 Volt. Tegangan operasional baterai dipengaruhi oleh konsentrasi elektrolit. Pada pembebanan dengan arus konstan, tegangan operasional baterai menunjukkan kecenderungan penurunan terhadap naiknya pH elektrolit. (Hidayat, 2014)
Menurut Muasyaroh (1999) melalui proses dehidroklorinasi PVC dengan metode pirolisis, yaitu PVC dapat diubah menjadi poliasetilena dengan cara mengeliminasi HCL, sehingga terbentuk polimer residu dengan struktur kimia yang mengandung ikatan rangkap terkonjugasi yang disebut poliasetilena. Menurut Hartiningsih (2000) Poliasetilena hasil pirolisis PVC merupakan polimer konduktif yang mempunyai sifat listrik menyerupai semikonduktor. Selanjutnya perlu perlakuan doping terhadap poliasetilena hasil pirolisis PVC sehingga diperoleh nilai konduktivitas yang lebih tinggi dan stabil.
Rumusan Masalah
Apakah serbuk dari pipa PVC berpotensi menjadi baterai ramah lingkungan dan memiliki kemampuan sama dengan besar baterai yang sering kita gunakan?
Tujuan Penelitian
Untuk mendeskripsikan tentang serbuk dari pipa PVC berpotensi menjadi baterai ramah lingkungan dan memiliki kemampuan sama dengan besar baterai yang sering kita gunakan.
Manfaat Penelitian
Untuk mengurangi beban sampah yang mengganggu lingkungan dan peluang pengembangan usaha kreatif.
LANDASAN TEORI
Teori Dasar Sel Listrik
Baterai merupakan sistem elektrokimia. Tiap sel baterai terdiri atas elektroda yang berbeda dipisah satu sama lain dalam cairan penghantar yang disebut elektrolit. Masing-masing elektroda memiliki sistem sendiri dan menghasilkan potensial yang beda. Perbedaan potensial di antara keduanya disebut elektromotive force.Energi kimia yang dihasilkan dari reaksi sel merupakan sumber listrik yang disuplai baterai ketika digunakan. Zat-zat pereaksi dalam sel sekunder secara lengkap dan efisien dapat dikembalikan ke keadaan asalnya dengan memberikan arus listrik dengan arah yang berlawanan, tetapi dalam sel primer hal ini tidak mungkin atau hanya sebagian saja. Hanya jenis tertentu saja dari baterai primer yang dapat diperbaharui, yaitu dengan cara menggati elektroda dan elektrolitnya.
Ketika dua terminal sel dihubungkan dengan sirkuit luar dan kabel, arus yang mengalir proporsional dengan besarnya emisifitas dan berbanding terbalik dengan besarnya hambatan baterai dan sirkuit luar. Arus mengalir melewati elektrolit oleh partikel muatan yang disebut ion dan melewati bagian logam dari sirkuit oleh elektron. Reaksi kimia terjadi pada permukaan elektroda di mana terjadi perubahan dari konduksi elektronik menjadi konduksi ionik dan sebaliknya.
Material katodik biasanya terbuat dari senyawa kimia seperti, PbO2, MnO2,NiO2, CuCl, atau AgCl. Mereka adalah agens depolarisasi. Dicirikan dengan mudahnya menerima elektron, akibatnya tingkat oksidasinya turun. Dilain pihak material anodik, biasanya logam seperti Pb, Fe, Cd, Mg atau Zn. Sifatnya mudah melepas elektron membentuk ion positif dalam elektrolit. Reaksi ini disebut oksidasi.
Reaksi reduksi dan oksidasi disertai dengan perubahan kimia. Mungkin juga terdapat perubahan di dalam elektrolit. Perubahan tersebut mengikuti hukum Faraday tentang elektrolisis. Ketika baterai mensuplai arus listrik dikatakan baterai tersebut sedang di-dicharge. Perubahan dari energi kimia ke energi listrik berlangsung menurut hukum termodinamika.
Elektrolit yang menyediakan konduksi ionik antar elektroda harus disesuaikan dengan bahan katoda adan anoda. Dalam elektrolit perlu adanya jumlah asam yang berlebihan dibandingkan jumlah yang diperlukan secara teoritis, kalau tidak ada dia akan terlalu larut dan terlalu resisten terhadap aliran arus listrik. Perubahan yang tidak diinginkan juga bisa terjadi. Laju reaksi akan sebanding dengan pertukaran elektron antar elektroda, hal ini tergantung pada difusi, suhu, permukaan efektif, dan kondisi dari sirkuit listrik.
Sifat Listrik Polimer
Banyak bahan polimer yang sukar dilalui arus listrik sehingga sering dipakai sebagai isolator listrik. Polimer peka terhadap medan listrik sehingga dapat dipakai sebagai bahan dielektrik.
Kalau bahan isolator berada pada suatu tegangan listrik, terjadi polaritas yang disebabkan oleh gerakan pembawa muatan seperti elektron dan perpindahan elektron dalam bahan. Listrik dihantar oleh gerakan pembawa muatan, oleh karena itu bahan yang memiliki pembawa muatan rendah, gerakannya lamban. Sehingga merupakan isolator yang baik. Bila tegangan tinggi diberikan, hantaran listrik dipercepat menghasilkan lubang-lubang yang menembus isolator. Polarisasi menginduksikan muatan positif dan negatif pada bagian muka dan belakang dari bahan serta menyimpan energi statik. Tahanan dan kekuatan dielektrik yang menyangkut gerakan pembawa muatan disebut mutu isolasi, sedangkan konstanta dielektrik yang menyangkut polarisasi disebut sifat dielektrik.
Konduktifitas Polimer
Konduktivitas listrik sering digunakan untuk memberikan spesifikasi karakter kelistrikan bahan. Konduktivitas listrik merupakan kebalikan dari resistivitas dan menunjukkan kemampuan bahan dalam menghantarkan arus listrik (Collister,1985)
Pada umumnya konduktivitas polimer berada diantara 10 ̄¹¹ S/cm 10² S/cm. Tipe pembawa muatan konduktivitas ditentukan dari muatan pembawa jika pembawa muatan dari karakteristik elektron bahan murni disebut intrinsik. Jika pembawa muatan ditimbulkan dari campuran atau dopan material, disebut sebagai ektrinsik. Dalam intrinsik konduktivitasnya berasal dari material itu sendiri, sedangkan ektrinsik konduktivitasnya tergantung pada proses dan penambahan (Kirk,1978)
Resistivitas (Ï) atau hambat jenis suatu bahan dinyatakan dengan persamaan: Ï R. A / L………………………………………………………………………………….. (2-3)
Dengan L adalah panjang bahan, R adalah resistansi/hambatan dan A adalah luas penampang bahan.Sedangkan konduktivitas (σ) bahan merupakan kebalikan dari resistivitas / hambatan jenis (Collister,1985), atau:
σ 1/ Ï……… ………………………………………………………………………………. (2-4)
Konduktivitas dan resistivitas merupakan gejala setempat akibat pengaruh dari luar, dan dapat diukur dengan metode empat probe.
Karakterisasi elektrik hasil pengukuran konduktivitas , energi aktivasi dan mobilitas menentukan tipe pembawa muatan. Terjadinya pemendekan rantai pada temperatur tinggi menunjukkan naiknya derajat delokalisasi. Reaksi radikal bebas ini sebagai akseptor yang dapat membawa susunan hole (ion positif) dengan elektron hilang dari polimer.
Penambahan donor dengan radikal bebas dapat mengubah elektron (ion negatif). Muatan inti atau muatan donor dan akseptor kemudian dapat beraktivasi sebagai elemen aktif dalam proses konduktif (Kirk,1978).
Sebagian besar polimer adalah isolator, tetapi polimer konduktif mempunyai sifat listrik yang menyerupai dengan sifat logam atau bahan semikonduktor.(Jiles,1994).
METODE PENELITIAN
Bahan penelitian adalah serbuk pipa PVC, larutan elektrolit, aquades dan batu baterai bekas yang telah habis masa pemakaiannya..
Rancangan Penelitian
Metode penelitian yang digunakan ialah metode eksperimen dengan tujuan mengetahui konduktivitas baterai bekas yang diisi dengan serbuk pipa PVC dengan cara mengamati hasil pengukuran sampel dengan multimeter dan lampu LED. Langkah kerja yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Sampel limbah PVC yang berbentuk pipa dihaluskan dengan mesin bubut.
2. Membongkar 2 buah baterai bekas dengan gunting pada bagian penutup atas (pada kutub positif baterai).
3. Mengeluarkan serbuk atau pasta elektrolit yang ada didalam baterai.
4. Menimbang serbuk pralon sebanyak 30 gram.
5. Mencampurkan larutan HCl dengan aquades dengan perbandingan 1:1 sebanyak 6 ml.
6. Mencampurkan serbuk peralon dengan campuran larutan HCl dan aquades.
7. Memasukkan campuran serbuk dan larutan ke dalam batu baterai
8. Menutup kembali bagian penutup atas yang telah dibuka dengan rapat.
9. Menguji baterai yang telah diisi dengan campuran serbuk dan larutan HCL dengan Basic meter dan lampu LED.
10. Mengamati tegangan arus listrik pada baterai di Basic Meter.
11. Mengamati lama kekuatan nyala lampu pada baterai.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Polivinil klorida atau PVC merupakan material polimer yang banyak digunakan sebagai plastik amorf. Limbah plastik terutama yang berasal dari PVC dapat dimanfaatkan kembali menjadi material lain yang lebih berguna. Dalam pipa PVC terdapat zat aditif yang terdiri dari Al, Zn, Pb, Sn, dan Mg (Kumar Gupta,1998).Menurut Stevens (1990) logam-logam ini akan membantu mengkatalis reaksi degradasi PVC.
Dengan latar belakang pada beberapa penelitian sebelumnya, pada penelitian kali ini, dengan menggunakan limbah pipa PVC yang dibuat serbuk dan ditambahkan larutan elektrolit, harapan peneliti dapat diketahui adanya beberapa hal yaitu:.
1) Potensi serbuk dari pipa PVC menjadi baterai ramah lingkungan.
2) Konduktivitas serbuk pipa PVC yang ditambahkan doping larutan HCL.
3) Apakah batu baterai dengan serbuk pipa PVC memiliki kemampuan yang sama dengan batu baterai yang sering kita gunakan.
Metode penelitian eksperimen yang dilakukan cukup sederhana, bahan penelitian juga mudah diperoleh yaitu limbah pipa PVC yang dijadikan serbuk penyusun menjadikan bahan serbuk pipa PVC sebagai bahan baku pengganti pasta karbon dalam batu baterai kering. Selanjutnya pada penelitian kami memerlukan tambahan larutan elektrolit.
Elektrolit yang menyediakan konduksi ionik antar elektroda harus disesuaikan dengan bahan katoda dan anoda. Dalam elektrolit perlu adanya jumlah asam yang berlebihan dibandingkan jumlah yang diperlukan secara teoritis, kalau tidak ada dia akan terlalu larut dan terlalu resisten terhadap aliran arus listrik. Perubahan yang tidak diinginkan juga bisa terjadi. Laju reaksi akan sebanding dengan pertukaran elektron antar elektroda, hal ini tergantung pada difusi, suhu, permukaan efektif, dan kondisi dari sirkuit listrik.
Pada penelitian ini menggunakan teknik analisis deskriptif kualitatif, yaitu suatu metode penelitian yang bersifat menggambarkan kenyataan atau fakta sesuai dengan data yang diperoleh, dimana dalam penelitian ini dengan tujuan untuk mengetahui kestabilan konduktivitas baterai daur ulang yang dihasilkan. Instrumen pengambilan data dipersiapkan sebelum penelitian yang sebenarnya dilakukan, terlebih dahulu dilakukan uji coba terhadap alat ukur yang akan digunakan yakni multimeter untuk pengukuran tegangan yang dihasilkan batu baterai daur ulang sebagai subyek dalam penelitian ini. Hal ini bertujuan untuk Berikut ini gambar skema pengukuran kestabilan konduktivitas baterai daur ulang.
Berdasar pada konduktivitas limbah pipa PVC dari hasil penelitian yang kami lakukan pada suhu ruang menunjukkan bahwa serbuk pipa PVC berpotensi sebagai baterai ternyata benar, bahwa memang serbuk pipa PVC yang telah diberi larutan HCL berpotensi menjadi baterai daur ulang. Dari hasil percobaan dapat membuktikan kalau baterai dari serbuk pipa PVC yang telah ditambahkan larutan HCL dapat menghasilkan arus listrik yang bertahan selama 16 jam 21 menit. Data hasil percobaan dari penelitian kami menunjukkan bahwa rata-rata tegangan yang dihasilkan oleh baterai kering dari serbuk limbah pipa PVC adalah 1,9 Volt.Pada dasarnya, konstruksi baterai kering serbuk pipa PVC sama dengan baterai biasa pada umumnya. Perbedaannya hanya pada penambahan elektrolitnya. Adanya elektrolit merupakan material yang bersifat penghantar listrik. Ada beragam jenis elektrolit seperti cair, padat, polimer dan komposit elektrolit. Hal yang paling penting dalam suatu elektrolit adalah interaksi antara elektrolit dan elektroda pada baterai. Hubungan antara dua bahan ini akan mempengaruhi kinerja baterai secara signifikan (Fadhel,2009)
Batu baterai yang tidak mempunyai pasta (zat elektrolit) dan batu baterai yang menggunakan serbuk pipa PVC dengan dicampurkan asam cuka (elektrolit lemah) tidak mampu menyalakan lampu LED, sedangkan untuk batu baterai yang bahan bakunya diganti dengan serbuk pipa PVC yang telah dicampurkan dengan larutan HCL + Aquades dengan perbandingan 1: 1 (zat elektrolit kuat) dapat menghasilkan atau menghantarkan arus lisrtik sehingga mampu menyalakan lampu LED ketika pengujian.
Dari hasil pengujian, peneliti menyimpulkan bahwa batu baterai bekas yang berbahan baku serbuk pipa PVC + larutan HCL lebih kuat menghantarkan listrik daripada serbuk pipa PVC + larutan asam cuka dan batu baterai bekas tanpa pasta. Hal ini dapat dijelaskan pada tinjauan pustaka bahwa tipe pembawa muatan konduktivitas ditentukan dari muatan pembawa, jika pembawa muatan dari karakteristik elektron bahan murni disebut intrinsik, jika pembawa muatan ditimbulkan dari campuran atau dopan material, disebut sebagai ektrinsik. Dalam intrinsik konduktivitasnya berasal dari material itu sendiri, sedangkan ektrinsik konduktivitasnya tergantung pada proses dan penambahan.
Dari hasil penelitian ini, dapat diketahui bahwa limbah pipa PVC dapat menjadi baterai polimer elektrolit. Dan dapat dikembangkan dalam penelitian lebih lanjut sehingga baterai polimer PVC konduktivitasnya bersifat stabil dan dapat di isi ulang. Salah satu kelebihan dari hasil penelitian baterai ini yaitu baterai ini merupakan baterai yang ramah lingkungan karena tidak mengandung bahan berbahaya seperti pada baterai yang berkembang lebih dahulu.
Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian diatas, dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Limbah pipa PVC dapat menjadi bahan baku baterai polimer elektrolit ramah lingkungan.
2. Daya hantar/konduktivitas baterai dari pipa PVC kurang stabil seperti baterai baru pada umumnya
3. Larutan elektrolit yang digunakan berpengaruh terhadap kemampuan batu baterai bekas dalam menghantarkan arus listrik.
Dengan adanya penelitian ini, beberapa hal yang menjadi dapat diketahui secara langsung adalah pemanfaatan limbah pipa PVC agar dapat mempunyai konduktivitas yang stabil memerlukan peran serta semua pihak dalam melakukan penelitian lebih lanjut.
Dalam era kemajuan ilmu dan teknologi yang semakin pesat, siswa dituntut untuk mempunyai pola pikir yang kreatif dan ilmiah. Tidaklah mungkin suatu saat nanti penelitian ini menjadi awal dari pengembangan teknologi dan ide kreatif bernilai ekonomis tinggi yang bermanfaat bagi semua pihak.
Saran
Penulis ingin memberikan saran atau masukan yaitu:
1. Kepada pembaca, untuk lebih menela’ah karya tulis ini dan mengembangkannya menjadi sebuah karya tulis ilmiah yang lebih sempurna lagi nantinya.
2. Kepada sekolah, agar menjadikan karya tulis ini sebagai rujukan dalampengembangan penelitian selanjutnya yang berkenaan masalah diatas.
3. Untuk semua guru dan siswa, agar lebih berpartisipasi aktif dalam memahami suatu ilmu, sehingga dapat menjadi karya nyata.
DAFTAR PUSTAKA
Cowd, M.A, 1991, Kimia Polimer, ITB, Bandung
Hartomo, A.J, 1993, Politeknik Pemrosesan Polimer Praktis, Andi Offset, Yogyakarta.
Hartomo, A.J, Rusdiharsono, A, Hardjanto,D, 1992, Memahami Polimer dan Perekat, Andi Offset, Yogyakarta.
Hartiningsih, Dwi, 2000, Karakterisasi Kristalinitas dan Konduktivitas Poliasetilena Hasil Pirolisis Polivinil Klorida, FMIPA, UB, Malang
http://caricara-mu.blogspot.com/2011/02/cara-pembuatan-batu-baterai.html diakses tanggal 11 januari 2015 pukul 18.50
http://dearestsukma.blogspot.com/2013/10/senyawa-kimia-dan-kegunaannya.html diakses tanggal 10 januari 2015 pukul 19.58
http://roselynazizuka.blogspot.com/2013/11/pengolahan-limbah-anorganik-sampah.html diakses tanggal 11 januari 2015 pukul 18.57
Justiana, Sandri, S.Si dan Muchtaridi, A.Pt., M.Si, 2013, Kimia 3 SMA Kelas XII, BAB Makromoleku,penerbit Yudhistira
Ghufira, Yudha P.S, et al,2012, Electrochemistry Study On PVC-LiClO4 Polymer Electrolyte Supported by Bengkulu Natural Bentonite for Lithium Baterry Aceh International Journal of Science and Technology I: 26-29
Hidayat S, et al,2014, Sintesis Polianilin Dan Karakteristik Kinerjanya Sebagai Anoda Pada Sistem Baterai Asam Sulfat, FMIPA, UNPAD, Bandung