Fluirum: Inovasi Sistem Pengolahan Limbah Plastik Berbasis Fluida Superkritis H2O Terintegrasi IoT pada Skala Perumahan

Permasalahan limbah plastik masih menjadi permasalahan yang cukup serius dan tak kunjung selesai di Indonesia. Dilansir dari laman Tempo, Indonesia menduduki peringkat tiga sebagai negara penghasil sampah plastik terbesar di dunia. Data dari Badan Pusat Statistik (BPS) menyebutkan, Indonesia menghasilkan 66 juta ton limbah plastik pada tahun 2021. Tak hanya di darat, limbah plastik sudah mulai mencemari perairan Indonesia. Data hasil penelitian dari University of Georgia menyatakan, Indonesia menempati peringkat ke-2 dalam pembuangan sampah plastik ke laut dengan total 187,2 juta ton limbah plastik. Parahnya lagi, limbah plastik yang ada berpotensi menjadi mikroplastik berukuran kurang dari 5 mm dengan proses degradasi.

Mikroplastik dapat berupa limbah plastik yang rusak setelah tumpah, potongan spons dan ban, serat  sintetis atau kapsul untuk bahan kimia. Bahkan, mikroplastik ini dapat mempertahankan aditif dalam produk aslinya saat memasuki rantai makanan,  seperti makanan laut (Stewart, 2021). Menanggapi permasalahan ini, ada beberapa langkah yang ditempuh pemerintah, di antaranya melakukan pengolahan dengan metode insinerasi dan pirolisis.

Teknologi insinerasi mampu mengurangi volume limbah hingga 90 persen pada suhu minimal 800 derajat C. Akan tetapi, insinerator justru berpotensi menghasilkan limbah berbahaya (residu APC), terak, gas buang dengan volume besar (Margarida et al., 2011). Adapula metode bernama pirolisis, yaitu teknologi yang memecah bahan organik tanpa menggunakan oksigen. Namun, proses ini masih menghasilkan berbagai polutan berbahaya, seperti hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), SOx, dan NOx (Ghosh, Sengupta and Singh, 2020). Bahkan ada beberapa sumber yang menyebutkan teknologi berbasis pirolisis tergolong mahal dibandingkan dengan metode pengolahan limbah komersial (Rajendran et al., 2019).

Berdasarkan permasalahan yang ada, lahir sebuah inovasi bernama Fluirum (Fluida Superkritis Skala Perumahan). Fluirum adalah teknologi pengolah limbah plastik dengan memanfaatkan fasa fluida superkritis yang terintegrasi oleh Internet of Things (IoT). Inovasi ini menjadi teknologi yang tepat guna mengingat begitu banyak limbah plastik yang dihasilkan di Indonesia setiap tahunnya. Secara pemakaian, Fluirum difokuskan pada pengolahan skala perumahan guna menjangkau limbah-limbah plastik yang dihasilkan pada skala rumah tangga sehingga limbah plastik yang dihasilkan di tiap-tiap rumah tangga bisa tertangani dengan baik. Selain itu, skala perumahan sudah paling tepat untuk mengoptimalkan kinerja alat dalam mengolah limbah plastik yang ada. 

Dalam perancangan desain reaktor Fluirum, digunakan software Fusion untuk menggambarkan bentuk visual dari Fluirum. Dengan desain sedemikian rupa, Fluirum memiliki kapasitas pengolahan sebesar 100 liter atau mampu mengolah 68 kg limbah plastik dalam sekali proses.  

Baca juga : Mendag: Pameran Pride of Indonesia Jadi Bukti Kemajuan Produk Anak Bangsa

Gambar 1. Desain reaktor Fluirum

Pada desain, terdapat dua tabung dengan fungsi berbeda. Tabung pertama adalah  tempat terjadinya reaksi antara fluida superkritis dengan limbah plastik,   sedangkan tabung kedua adalah tempat penyimpanan hasil gas dari reaksi yang terjadi di tabung pertama. Material yang digunakan untuk reaktor Fluirum adalah beberapa lembar stainless steel 304 karena material tersebut memiliki ketahanan yang baik pada suhu dan tekanan yang tinggi, serta lebih ekonomis dibanding paduan-paduan lain yang biasanya digunakan untuk material reaktor. Untuk pipa, digunakan material berupa baja karbon API 5L GR X52 yang tak mudah korosi dan biasa digunakan untuk menyalurkan gas dengan temperatur dan tekanan yang tinggi.

Untuk memastikan ketahanan beberapa lembar stainless steel 304 sebagai material Fluirum, dilakukan simulasi menggunakan Fusion dengan konsep tekanan internal dan suhu tinggi. Dari desain yang telah diuji dengan tekanan 22,1 MPa dan temperatur 374,15? diperoleh nilai safety factor sebesar 4,81-15 yang berarti stainless steel 304 aman digunakan sebagai material dari reaktor Fluirum.

Gambar 2. Safety factor Fluirum

Fluirum bekerja dengan kondisi anaerobik pada suhu dan tekanan operasi  sebesar 374.15 derajat dan 22.1 MPa (Supercritical Fluids State). Sebagai alat pengolah limbah plastik yang memanfaatkan fluida superkritis jenis H2O, Fluirum mampu mendekomposisi polimer plastik menjadi monomer-monomernya. Mekanisme kerja Fluirum adalah sebagai berikut  

Baca juga : Hadiri KTT G20, PM India Narendra Modi Mendarat di Bali

Gambar 3. Mekanisme kerja Fluirum

Sebelum limbah dimasukkan ke dalam reaktor, limbah harus dipilah untuk memisahkan limbah plastik dan non-plastik. Setelah melalui proses pemisahan, limbah plastik langsung dimasukkan ke dalam reaktor berisi H₂O yang sudah  mencapai fasa superkritis. Reaksi akan berlangsung selama beberapa menit dan dari reaksi tersebut terdapat hasil cair dan hasil gas (beberapa jenis plastik ada juga yang meninggalkan hasil padat). 

Gambar 4. PET Waste (bahan baku botol minuman) ketika bereaksi dengan  fluida superkritis dan hasilnya.

Untuk perhitungan matematis, diperoleh konsumsi daya yang dibutuhkan Flusum dengan asumsi waktu operasi 5 jam perhari dan kapasitas 100 liter pada rentang suhu 30- 374,15 derajat adalah 8,0053 kWh

Baca juga : KTT G20, Jokowi Bersama Erdogan Bahas Keamanan Pangan dan Energi

Sebagai bentuk memanfaatkan teknologi yang berkembang di era industri 4.0, Fluirum terintegrasi internet of things berbasis web server yang memungkinkan operator untuk mengontrol sistem operasi Fluirum remotely. Implementasi sistem ini digunakan untuk mengetahui kondisi dari Fluirum secara realtime serta untuk mengetahui jumlah limbah plastik yang telah diolah. Dengan menggunakan Arduino Atmega sebagai opensource microcontroller, sensor tekanan, dan sensor temperatur, diharapkan Fluirum dapat lebih mudah dalam pengontrolannya.

 Dilihat dari segi ekonomi, Fluirum memiliki fisibilitas ekonomi yang baik. Analisis ekonomi terhadap Fluirum dilakukan menggunakan metode pendekatan perkiraan (approximate estimates). Diasumsikan sistem operasi pada kondisi optimal selama 1 tahun penuh (365 hari) adalah 1.825 jam operasi per tahun.   Sistem Fluirum akan berkelanjutan selama 10 tahun operasi. Pengolahan limbah plastik akan dikenakan tarif sebesar Rp 5,000.00 per bulan untuk satu kartu keluarga (KK) dengan asumsi 1 rukun warga (RW) terdiri dari 400 KK. 

Setelah dilakukan analisis dengan asumsi yang ada, Capital Expenditure (CapEx) sebesar Rp31.487.415,00; dan Operational Expenditure (OpEx) sebesar Rp10.979.172,27; terlihat jelas bahwa Fluirum memiliki fisibilitas ekonomi yang baik. Fluirum mencapai break even point (BEP) pada 2,418 tahun.  Fluirum juga memiliki rasio BCR yang bagus (>1) yaitu 1,08. Lalu, dengan mengasumsikan discount rate 10%, didapatkan nilai Net Present Value (NPV) sebesar Rp44.109.031,59. Nilai NPV > 0, artinya pengaplikasian Fluirum sebagai alat pengolah limbah plastik tergolong menguntungkan. Terakhir, didapatkan juga data Internal Rate of Return (IRR) yang bagus, yaitu 40%. 

Dilihat dari segi ramah lingkungan, Fluirum menjadi teknologi yang lebih   ramah lingkungan jika dibandingkan teknologi yang sudah ada, seperti insinerasi  dan pirolisis. Insinerasi menghasilkan gas berupa hidrokarbon, SO2, HCl, CO, NOx, dan gas-gas berbahaya lainnya. Tak jauh berbeda dengan insinerasi, gas yang dihasilkan pada proses pirolisis antara lain hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), SOx, dan NOx. Sedangkan gas yang dihasilkan pada Fluirum adalah hasil  dekomposisi berupa monomer seperti CO2, CH4, H2, C2H6, CO, dan C2H4.  

Berdasarkan permasalahan yang ada dan analisis yang telah diberikan, Fluirum memiliki peluang yang cukup tinggi guna signifikansi pengolahan limbah plastik, terutama pengolahan limbah plastik pada skala rumah tangga di Indonesia. Reaktor Fluirum telah didesain secara kompleks, serta telah dilakukan simulasi dengan perolehan nilai safety factor pada rentang 4,81-15 sehingga dapat dikategorikan aman dalam pengoperasiannya. Dengan demikian, Fluirum dapat membantu integrasi pengolahan limbah plastik ramah lingkungan pada skala rumah tangga, serta menjadi solusi pengolahan limbah plastik pada era di Indonesia.■

Powered by Froala Editor

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.