17.6 Hujan Asam ~ Chemical It Indefinitely

Setiap tahun hujan asam menyebabkan kerusakan batu senilai ratusan juta dolar bangunan dan patung di seluruh dunia. Istilah "batu lepra" digunakan oleh sorne ahli kimia lingkungan untuk menggambarkan korosi batu oleh hujan asam (Gambar 17.20). Hujan asam juga beracun bagi vegetasi dan kehidupan akuatik. Banyak kasus yang terdokumentasi dengan baik menunjukkan secara dramatis bagaimana hujan asam telah merusak lahan pertanian dan hutan dan membunuh organisme akuatik (lihat Gambar 15.10).

Gambar 17.20 Pengaruh hujan asam pada patung marmer George Washington di Washington Square, New York City. Foto-foto itu diambil 50 tahun terpisah (1944-1994).

Para ilmuwan telah mengetahui tentang hujan asam sejak akhir abad kesembilan belas, tetapi telah menjadi masalah publik hanya selama sekitar 30 tahun.

Gambar 17.21 Berarti pH curah hujan di Amerika Serikat pada tahun 1994. Kebanyakan SO₂ berasal dari negara-negara bagian midwestern. Angin yang berlaku membawa tetesan asam yang terbentuk di atas Timur Laut. Nitrogen oksida juga berkontribusi pada pembentukan hujan asam.

Curah hujan di Amerika Serikat bagian timur laut memiliki rata-rata pH sekitar 4,3 (Gambar 17.21). Karena CO₂ atmosfer dalam kesetimbangan dengan air hujan tidak akan diharapkan menghasilkan pH kurang dari 5,5, sulfur dioksida (SO₂) dan, pada tingkat lebih rendah, nitrogen oksida dari emisi otomatis diyakini bertanggung jawab atas keasaman air hujan yang tinggi. Asam oksida, seperti SO₂, bereaksi dengan air untuk menghasilkan asam yang sesuai. Ada beberapa sumber SO₂ atmosfer. Alam sendiri menyumbang banyak SO₂ dalam bentuk letusan gunung berapi. Juga, banyak logam yang ada dikombinasikan dengan belerang di alam. Ekstraksi logam sering melibatkan peleburan, atau memanggang, bijih-yaitu, memanaskan logam sulfi de di udara untuk membentuk oksida logam dan SO₂. Misalnya,

Oksida logam dapat dikurangi lebih mudah daripada sulfida (dengan logam yang lebih reaktif atau dalam beberapa kasus dengan karbon) ke logam bebas.

Meskipun peleburan merupakan sumber utama SO₂, pembakaran bahan bakar fosil di industri, di pembangkit listrik, dan di rumah menyumbang sebagian besar SO₂ yang dipancarkan ke atmosfer (Gambar 17.22). Kandungan belerang batubara berkisar 0,5 hingga 5 persen massa, tergantung pada sumber batubara. Kandungan belerang dari bahan bakar fosil lainnya juga sama. Minyak dari Timur Tengah, misalnya, rendah sulfur, sementara itu dari Venezuela memiliki kandungan sulfur yang tinggi. Untuk tingkat yang lebih rendah, senyawa yang mengandung nitrogen dalam minyak dan batubara diubah menjadi nitrogen oksida, yang juga dapat mengasamkan air hujan.

Secara keseluruhan, sekitar 50 juta hingga 60 juta ton SO₂ dilepaskan ke atmosfer setiap tahun! Di troposfer, SO₂ hampir semua teroksidasi menjadi H₂SO₄ dalam bentuk aerosol, yang berakhir dengan hujan basah atau hujan asam. Mekanisme untuk konversi SO₂ menjadi H₂SO₄ cukup kompleks dan tidak sepenuhnya dipahami. Reaksi diyakini diprakarsai oleh radikal hidroksil (OH):

Radikal HOSO₂ selanjutnya dioksidasi menjadi SO₃:

Sulfur trioksida yang terbentuk kemudian akan bereaksi cepat dengan air untuk membentuk asam sulfat:

Gambar 17.22 Sulfur dioksida dan polutan udara lainnya dilepaskan ke atmosfer dari pembangkit listrik tenaga batu bara.

SO₂ juga dapat dioksidasi menjadi SO₃ dan kemudian dikonversi menjadi H₂SO₄ pada partikel dengan katalisis heterogen. Akhirnya, hujan asam dapat menimbulkan korosi batu kapur dan marmer (CaCO₃). Reaksi tipikal adalah :

Sulfur dioksida juga dapat menyerang kalsium karbonat secara langsung:

Ada dua cara untuk meminimalkan efek pencemaran SO₂. Pendekatan yang paling langsung adalah untuk menghilangkan belerang dari bahan bakar fosil sebelum pembakaran, tetapi ini sulit untuk dicapai secara teknologi. Cara yang lebih murah tetapi kurang efisien adalah dengan menghapus SO₂ saat sudah terbentuk. Misalnya, dalam satu proses bubuk batu gamping disuntikkan ke boiler atau tungku pembangkit listrik bersama dengan batubara (Gambar 17.23). Pada suhu tinggi dekomposisi berikut terjadi:

Bunga kapur bereaksi dengan SO₂ membentuk kalsium sulfit dan beberapa kalsium sulfat:

Untuk menghilangkan SO₂ yang tersisa, suspensi air kapur yang encer disuntikkan ke dalam ruang pemurnian sebelum gas terlepas melalui cerobong asap. Kapur juga ditambahkan ke danau dan tanah dalam proses yang disebut pengapuran untuk mengurangi keasamannya (Gambar 17.24).

Memasang pabrik asam sulfat dekat tempat pelepasan bijih logam juga merupakan cara efektif untuk memotong emisi SO₂ karena SO₂ yang dihasilkan oleh sulfur desanya dapat ditangkap untuk digunakan dalam sintesis asam sulfat. Ini adalah cara yang sangat masuk akal untuk mengubah apa yang menjadi polutan dalam satu proses menjadi bahan awal untuk proses lain!

Gambar 17.23 Prosedur umum untuk menghilangkan SO₂dari pembakaran bahan bakar fosil. Batu kapur bubuk terurai menjadi CaO, yang bereaksi dengan SO₂ membentuk CaSO₃. SO₂ yang tersisa direaksikan dengan suspensi CaO berair untuk membentuk CaSO₃.

Gambar 17.24 Menyebarkan kalsium oksida (CaO) di atas tanah yang terawasi. Proses ini disebut pengapuran.

Pertanyaan Peninjauan Hujan Asam

1. Sebutkan gas yang bertanggung jawab untuk fenomena hujan asam!

Jawaban:

Sulfur Dioksida (SO₂),Nitrogen Dioksida (NO₂), Karbon Dioksida (CO₂), dan Asam Sulfida (H₂S).

2. Cantumkan tiga efek merusak dari hujan asam!

Jawaban:

Merugikan ikan dan organisme lain yang hidup di danau dan sungai, merusak berbagai tanaman dan hewan di darat, merusak kesehatan manusia, mengurangi seberapa jelas kita melihat melalui udara, dan merusak bahan-bahan seperti yang ditemukan dalam patung dan bangunan.

3. Penjelasan singkat membahas dua proses industri yang mengarah ke hujan asam!

Jawaban:

Semua bahan bakar yang digunakan oleh manusia mengandung sulfur (belerang) pada kadar tertentu. Kayu memiliki kandungan terendah sekitar 0,1 % atau kurang, batu bara antara 0,5 samapai 3%, sedangkan minyak kandungan sulfurnya lebih besar daripada kayu,namun lebih kecil dibandingkan batubara. Pada proses pembakaran bahan bakar, sulfur terlepas dan membentukoksida sulfur melalui reaksi berikut:

Reaksi ini merupakan reaksi yang sangat eksotermik. Penambahan sedikit SO₂, menyebabkan terbentuk SO₃. Dalam pembakaran bahan bakar fosil, rasio SO₂ / SO₃adalah 40 : 1 sampai 80 : 1. Dalam atmosfer SO₂ dapat bereaksi dengan titik-titik air, sehingga dapat menghasilkan hujan asam, seperti ditunjukkan oleh reaksi berikut ini:

Sulfur dioksida juga dapat menyerang kalsium karbonat secara langsung:

4. Diskusikan cara-cara untuk mengurangi hujan asam!

Jawaban:

Mengendalikan hujan asam ialah menggunakan bahan bakar yang mengandung sedikit zat pencemar, menghindari terjadinya zat pencemar pada waktu pembakaran, menangkap zat pencemar

dari gas buangan dan penghematan energi.

a. Bahan bakar dengan kandungan belerang rendah

Kandungan belerang dalam bahan bakar bervariasi. 11% cadangan minyak dunia, mengandung kandungan belerang yang tinggi antara 1,4 -1,6%. Dengan demikian, dunia sebagian besar tergantung pada minyak yang mengandung kadar belerang yang tinggi. Penggunaan gas alam akan mengurangi emisi zat pembentuk asam, akan tetapi kebocoran gas ini melalui pipa dan tempat lain menambah emisi metan, yang merupakan gas rumah kaca yang kuat. Usaha lain lagi ialah untuk menggunakan bahan bakar alternatif yang tidak mengandung belerang dan nitrogen, antara lain, metanol, etanol dan hidrogen. Akan tetapi, penggantian haruslah dilakukan dengan hati-hati, karena penggantian itu dapat memecahkan satu masalah, tetapi menimbulkan masalah lain.

Contohnya ialah metanol yang pada pembakaran menghasilkan dua sampai lima kali lebih banyak formaldehide daripada pembakaran bensin. Zat ini diketahui mempunyai sifat karsinogenik (penyebab kanker). Apabila metanol itu diproduksi dari batu bara, proses produksi dan pembakaran metanol menghasilkan 20-160% lebih banyak CO₂ daripada bensin, yang juga merupakan gas rumah kaca.

b. Mengurangi kandungan belerang sebelum pembakaran

Kadar belerang dalam bahan bakar dapat dikurangi dengan menggunakan teknologi tertentu.

Dalam proses produksi batubara, batubara biasa dicuci. Proses pencucian itu, yang bertujuan untuk

membersihkan batubara dari pasir, tanah dan kotoran lain, juga mengurangi kadar belerang yang berupa pirit (belerang dalam bentuk besi sulfida) sampai 50 - 90%. Untuk mengurangi kadar belerang organik dalam batubara lebih sulit dan memerlukan teknologi yang lebih canggih

c. Pengendalian pencemaran selama pembakaran

Beberapa teknologi untuk mengurangi emisi SO₂ dan NO_x pada waktu pembakaran telah dikembangkan. Salah satu teknologi itu ialah lime injection in multiple burners (LIMB). Dengan teknologi ini, emisi SO₂ dapat dikurangi sampai 80% dan NO_x 50%. Dalam teknologi ini, kapur diinjeksikan ke dalam dapur pembakaran dan suhu pembakaran diturunkan dengan menggunakan alat pembakar khusus. Kapur akan bereaksi dengan belerang dan membentuk gypsum (kalsium sulfrat dihidrat). Penurunan suhu mengakibatkan penurunan pembentukan NO_x, baik dari nitrogen yang ada dalam bahan bakar maupun dari nitrogen udara.

d. Pengendalian setelah pembakaran

Zat pencemar dapat pula dikurangi dari gas limbah hasil pembakaran. Teknologi yang sudah banyak dipakai ialah flue-gas desulfurization (FGD). Prinsip teknologi ini ialah untuk mengikat SO₂ di dalam gas limbah di cerobong asap dengan absorben, yaitu yang disebut scrubbing. Dengan cara ini, 70-95% SO₂ yang terbentuk dapat diikat. Kerugian cara ini ialah terbentuknya limbah. Akan tetapi, limbah itu dapat pula diubah menjadi gipsum yang dapat digunakan dalam berbagai industri. Sebuah cara lain ialah untuk menggunakan amonia sebagai zat pengikatnya sehingga limbah yang dihasilkan dapat digunakan sebagai pupuk. Cara khusus untuk mengurangi emisi NO_x ialah dengan Reduksi Katalitik Selektif (Selective Catalytic Reduction = SCR). Dengan cara ini 80 – 90 % NO_x diubah menjadi nitrogen elementer yang dapat dilepas ke udara dengan tidak menimbulkan masalah. Akan tetapi SCR lebih mahal dari pada penggunaan pembakaran khusus dengan suhu rendah.

Perhatian juga harus diberikan pada pencemaran yang disebabkan oleh transpor, karena transpor merupakan sumber 33 – 50 % dari pencemaran total. Metode yang paling banyak digunakan ialah pengubahan katalitik (Catalytic Converter). Akan tetapi alat ini hanya berguna pada kendaraan dengan BBM benzin dan tidak pada mesin diesel. Alat ini juga tidak dapat digunakan pada benzin yang

mengandung timbal (Pb) sehingga tidak dapat digunakan pada negara yang masih menggunakanbensin ini, seperti di Indonesia. Namun karena Timbal merupakan zat pencemar yang beracun, oleh negara maju kendala ini justru dimanfaatkan untuk mengurangi pencemaran Pb dengan memproduksi benzin tanpa timbal. Beberapa negara malahan melarang penggunaan benzin dengan Pb. Pengubahan catalytic yang dipasang pada knalpot menggunakan campuran platinum dan rhodium sebagai katalisator.

Pengubah itu mengubah CO (Karbon Monoksida) dan HC (Hidrokarbon) menjadi Carbon dioksida dan air serta mereduksi NO_x menjadi gas nitrogen. Dengan alat ini emisi CO, HC, dan NOx dapat dikurangi sampai 90 %. Kelemahan pengubah ini ialah alat itu rumit dan memerlukan pengendalian yang baik campuran udara/bahan bakar pada pembakaran, dan alat ini juga cukup mahal

e. Penghematan Energi

Semua pengendalian pencemaran seperti diuraikan diatas mempunyai kelemahan yaitu hanya

mempunyai efek terhadap SO₂ dan NO₂ dan tidak terhadap CO₂ yang merupakan gas rumah kaca yang penting. Semua cara pengendalian pencemaran memerlukan biaya. Penghematan energi pun memerlukan biaya. Tetapi penghematan energi mempunyai keuntungan bahwa efeknya juga mengurangi emisi CO₂. Biayanya sangat bervariasi dari yang murah sampai yang mahal sehingga terdapat pilihan yang luas yang dapat dilakukan oleh rakyat kecil yang melarat sampai yang kaya. Pilihan tertentu bahkan menguntungkan rakyat kecil seperti pengembangan transpot massal umum (Budihardjo,1997 ) dengan bus dan kereta api serta transpot dengan sepeda dan jalan kaki untuk jarak dekat. Oleh karena itu penghematan energi untuk menanggulangi pencemaran merupakan pilihan yang baik untuk negara sedang berkembang, termasuk Indonesia. Yang dimaksud dengan penghematan energi bukanlah mengurangi penggunaan energi sehingga menghambat laju pembangunan, melainkan menaikan efisiensi energi sehingga per-unit didapatkan pelayanan yang lebih banyak.

5. Jelaskan penghapusan SO₂ oleh CaO (untuk membentuk CaSO₃) dalam hal reaksi asam basa Lewis!

Jawaban:

Cara yang lebih murah tetapi kurang efisien adalah dengan menghapus SO₂ saat sudah terbentuk. Misalnya, dalam satu proses bubuk batu gamping disuntikkan ke boiler atau tungku pembangkit listrik bersama dengan batubara (Gambar 17.23). Pada suhu tinggi dekomposisi berikut terjadi: