Aplikasi LCA dalam Pemilihan Material Konstruksi – Atap genteng atau atap seng berglasur?

  1. “Goal definition and scoping”
Atap genteng berglasur (G) Atap seng (S)

Definisi dan deskripsi

Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk mengidentifikasi dan memperkirakan dampak lingkungan yang berhubungan dengan produksi atap genteng berglasur dari awal terbentuknya sampai habis masa pakainya (cradle to gate). Termasuk didalamnya ekstraksi bahan baku, produksi material dan transportasinya, serta produksi material atap genteng berglasur.Data diperoleh dari beberapa pabrik pembuat genteng berglasur yang terseleksi dan berlokasi di Portugal Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk mengidentifikasi dan memperkirakan dampak lingkungan yang berhubungan dengan produksi atap seng dari awal terbentuknya sampai habis masa pakainya (cradle to gate). Termasuk didalamnya penambangan bijih sampai menjadi seng halus (fine zinc), pengolahan bahan baku lain dan bahan tambahan, proses produksi lembaran seng, transportasi bijih dan seng murni yang digunakan untuk memproduksi lembaran seng.Data diperoleh dari pabrik pembuat atap seng RHEINZINK GmbH & Co. KG, Jerman  dan merupakan paduan seng halus dengan aditif dari tembaga, titanium dan aluminium, yang dikenal dengan RHEINZINK ® – Titanium Zinc

Proses pembuatan

Proses pembuatannya terdiri dari :

  1. Raw material preparation : bahan baku yang digunakan untuk membentuk genteng berglasur merupakan hasil tambang  mineral tanah liat. Bahan baku harus ditumbuk dan diklasifikasikan berdasarkan ukuran butirannya. Alat penghancur primer biasa digunakan untuk mengurangi material yang ukurannya besar. Bisa menggunakan jaw crusher atau gyratory crusher.
  2. 2.        Component mixing and Grinding : langkah awal dalam pembuatan genteng melibatkan pencampuran bahan. Kadang-kadang, air ditambahkan dan bahan-bahan yang sudah basah digiling atau ditumbuk dalam ball mill. Jika kelebihan air, maka air dibuang menggunakan filter bertekanan diikuti dengan pengeringan semprot.
  3. Forming and shaping of ware : Kebanyakan pembentukan genteng oleh dry pressing. Dalam metode ini, aliran bebas bahan yang mengandung pengikat bahan organik atau kelembaban rendah mengalir dari hopper ke cetakan. Material dikompresi dalam rongga baja dan kemudian dikeluarkan. Penekan otomatis yang digunakan mempunyai tekanan sebesar 2.500 ton.
  4. Drying of ware : Genteng berglasur biasanya harus dikeringkan (pada kelembaban tinggi) setelah pembentukan. Pengeringan dapat memakan waktu beberapa hari untuk mencegah susut karena retakan.
  5. Glazing and Firing: Pengglasuran dilakukan dengan melekatkan material gelas khusus (flint, feldspat, kaolin dan kapur) pada permukaan genteng pada saat genteng dibakar pada temperatur tinggi. Pembakaran genteng glasur memerlukan dua tahapan. Pembakaran pertama dilakukan untuk memperoleh genteng dalam keadaan setengah matang dan pembakaran kedua dilakukan setelah genteng diberi warna. Pada umumnya warna dalam glasur diperoleh dengan jalan menambahkan bahan-bahan pewarna kepada gelasur dasar yang tidak berwarna. Teknik pengglasuran kira-kira menggunakan suhu pembakaran 1.000oC yang disebut glasur frit, bahan-bahan glasur sebelum dipulaskan pada bodi (genteng), dileburkan dahulu, supaya menjadi kristal-kristal gelas. Proses pembakaran genteng yang sudah diberi glasur berguna untuk memperkuat dan membentuk porositas yang diinginkan

Secara skematik, proses pembuatan genteng berglasur ini dapat dilihat pada Gambar 1a, 1b, 1c

Proses pembuatannya terdiri dari:

  1. Pre-alloy : untuk meningkatkan kualitas dan penghematan energi. Proses ini dilakukan pada suhu 760oC pada pemanas induksi logam (melelehkan seng, tembaga, dan aluminium) . Sehingga menjadi paduan dari titanium dan tembaga (pre-alloy blocks).
  2. Melting : paduan blok (titanium dan tembaga) dilelehkan bersama dengan seng pada tempat pemanas induksi dengan suhu 500-550oC  dan diberi arus induksi.
  3. Casting : hasil akhir dari paduan seng, tembaga, dan aluminium didinginkan dibawah titik leleh dengan water circuit yang tertutup pada mesin pengecoran, sehingga menjadi padat (solid).
  4. Rolling : Pengerolan dilakukan dengan 5 pasang roller, yang disebut rak rol. Dengan tekanan yang memadai, ketebalan bahan berkurang hingga 50% pada setiap rak rol. Secara bersamaan, bahan didinginkan dan diberi minyak pelumas khusus.
  5. Coiling : Selanjutnya, bahan hasil no.4 digulung ke dalam gulungan besar. Bahan  masih pada suhu 100°C dan disimpan untuk pendinginan lebih lanjut.
  6. Stretching and cutting : Tegangan yang dikembangkan dalam RHEINZINK selama pengerolan ditarik dengan menggunakan “stretching-bending-straightening-process”.
  7. Preweathering : Setelah pembersihan, material hasil no 6 diukir dan dibilas. Proses pengukiran yang lengkap dilaksanakan secara kontinu pada proses operasi yang tertutup.

Secara skematik, proses pembuatan genteng berglasur ini dapat dilihat pada Gambar 2

Masalah lingkungan yang ditinjau

  1. Global Warming Potential (GWP) : sebuah sistem index yang membandingkan potensi gas rumah kaca untuk memanaskan bumi, dibandingkan dengan potensi karbon dioksida. Angka GWP ini tergantung dari daya serap infra-merahnya, panjang gelombang dari infra-merahnya sendiri, dan usia gasnya di atmosfer. Hubungan antara GWP dan ketiga faktor ini kompleks dan tidak linear. GWP diperoleh dengan menjumlahkan emisi dari gas rumah kaca dikalikan dengan faktor masing-masing GWP.
  2. Ozon Depletion Potential (ODP) : Relatif nilai yang menunjukkan potensi untuk menghancurkan lapisan ozon dibandingkan dengan potensi chlorofluorocarbon-11 (CFC-11) yang diberi nilai referensi 1. Dengan demikian, suatu zat dengan ODP 2 berarti dua kali lebih berbahaya dari CFC-11.
  3. Acidification Potential (AP) : didasarkan pada kontribusi dari SO2, NOx, HCl, NH3 dan HF untuk pengendapan asam potensial dalam bentuk H+ (proton).
  4. Eutrophication Potential (EP) : potensi nutrisi menyebabkan over-fertilisasi pada air dan tanah yang pada gilirannya dapat mengakibatkan peningkatan pertumbuhan biomassa
  5. Photochemical Ozone Creation Potential (POCP) : terkait dengan potensi VOCs dan oksida nitrogen yang menghasilkan fotokimia atau kabut panas. Hal ini biasa dinyatakan dalam nilai relatif terhadap faktor klasifikasi POCP untuk etilen.

Gambar 1a. Tahapan proses pembuatan genteng berglasur

(BREF Ceramics, 2007)

Gambar 1b. Tahapan proses dan alat yang digunakan untuk membuat genteng

(http://www.madehow.com)

Gambar 1c. Tahapan proses dan alat yang digunakan saat pengglasuran menjadi produk jadi

(http://www.madehow.com)

Gambar 2. Tahapan proses produksi genteng seng

  1.  “Inventory analysis”
    1. Atap genteng berglasur

Parameter yang digunakan untuk menggambarkan beban lingkungan dari proses terdiri dari input dan output. Input biasanya termasuk bahan/produk (misalnya zat kimia dan persiapan), bahan bakar, sumber daya (digunakan sebagai bahan baku atau energi) dan listrik. Output termasuk bahan/produk, energi, udara emisi, air limbah emisi dan limbah. Ecoinvent” database digunakan untuk memperoleh data produksi bahan bakar (gas alam dan diesel) dan produksi bahan kemasan (LDPE dan palet), baja, minyak pelumas, asetilen dan oksigen.

Tabel.1: Data primer pada inputan proses(unit referensi: 1 kg genteng berglasur)

Input

Jumlah

Unit

Tanah liat

1,28

kg

Pasir

0,11

kg

Air bersih

1,64E-04

m3

Air domestik

4,00E-06

m3

Listrik

1,07E-01

kWh

Gas alam

3,10E-03

MJ

Diesel

8,49E-02

MJ

Minyak pelumas

1,07E-04

kg

Plastik kemasan

1,95E-04

kg

EUR palet

7,18E-04

p

Steel casting

3,06E-05

Kg

Tabel.2: Data primer pada outputan proses(unit referensi: 1 kg genteng berglasur)

Output

Jumlah

Unit

CO

1,98E-01

Kg

CO2

1,98E-01

Kg

NO

2,27E-04

Kg

SO2

2,74E-05

Kg

F

1,80E-04

Kg

As

1,55E-08

Kg

Cd

7,50E-09

Kg

Cr

2,50E-08

Kg

Cu

1,11E-09

Kg

Hg

3,75E-09

Kg

Ni

1,40E-04

Kg

Pb

2,25E-07

Kg

Zn

3,80E-08

Kg

HCl

8,50E-05

Kg

PM10

1,16E-04

Kg

NMVOC

1,20E-05

Kg

CQO

6,39E-09

Kg

SST

2,19E-08

Kg

Oli

1,66E-09

Kg

Total limbah

5,35E-02

Kg

  1. Atap seng

Tabel 3, memperlihatkan penggunaan energi untuk memproduksi 1 kg lembaran seng. Penggunaan energi tidak terbarukan untuk memproduksi lembaran seng mencapai 45,5 MJ per kg. Hal ini terutama berasal dari produksi awal yang sudah baik ( campuran tenaga listrik dan penambangan konsentrat seng). Sekitar 81% dari energi tidak terbarukan dapat dialokasikan untuk pengolahan seng halus (fine zinc), dan 12%  proses re-melting pada fase pengolahan. Sebagai tambahan, 3,8 MJ dari energi terbarukan (sekitar 85% tenaga air, 4% energi angin dan 10% kayu) digunakan untuk memproduksi 1 kg lembaran seng.

Tabel 3. Penggunaan energi primer pada siklus hidup 1 kg lembaran titanium seng

Parameter

Unit per kg

Jumlah produksi dan potensi daur ulang

Produksi

Potensi daur ulang

Energi primer, tidak terbarukan

MJ

16,3

45,5

-29,2

Energi primer, terbarukan

MJ

0,94

3,81

-2,87

Evaluasi dari permintaan energi tidak terbarukan  untuk memproduksi 1 kg lembaran seng (Gambar 3) menunjukan bahwa sumber utama energi primer adalah uranium dan batu bara, yang secara keseluruhan menutup sekitar 60% dari kebutuhan energi primer. Secara relatif, nilai tinggi dari uranium berasal dari konsumsi energi untuk produksi seng halus yang ditutup dengan tenaga listrik campuran yang juga termasuk didalamnya tenaga nuklir.

Gambar 3. Rincian dari penggunaan energi primer untuk memproduksi 1 kg lembaran titanium seng

Analisis limbah yang diproduksi selama proses produksi 1 kg lembaran seng diperlihatkan dalam tiga bagian; 1) lapisan penutup / cadangan tempat pembuangan (berisi pengolahan bijih residu), 2) sampah perkotaan (berisi limbah rumah tangga dan sampah komersial), 3) limbah berbahaya termasuk limbah radioaktif (Tabel 5).

Dapat dikatakan bahwa tempat persediaan pembuangan merupakan jumlah terbesar dari lapisan penutup. Tempat pembuangan persediaan ini terutama dikaitkan dengan pembangkit listrik (ekstraksi batubara). Pengolahan bijih residu diperoleh dari ekstraksi dan pengolahan bijih konsentrat.

Parameter yang paling penting bagi sampah kota adalah sampah tidak spesifik. Semua parameter lainnya kurang penting.

Limbah berbahaya sebagian besar terdiri dari limbah dari proses awal, dan yang terpenting lumpur dari produksi konsentrat seng dan juga dari tenaga listrik. Limbah radioaktif secara eksklusif dihasilkan dari konsumsi listrik (tenaga nuklir).

Tabel 4. Produksi limbah selama siklus 1 kg lembaran seng

Parameter

Unit per kg

Jumlah produksi dan potensi daur ulang

Produksi

Potensi daur ulang

Lapisan penutup/cadangan tempat pembuangan

kg

3,66

8,42

-4,76

Sampah perkotaan

kg

0,209E-03

0,3E-3

-91.1E-6

Limbah berbahaya

kg

7,28E-03

17,4E-3

-10,1E-3

  1. “Impact Assessment”

Analisis dampak lingkungan pada masin-masing produk diperlihatkan pada Tabel 5. Data tersebut diambil dari sumber yang berbeda. Namun dikarenakan dalam unit referensi  yang sama, maka bisa dibandingkan diantara keduanya.

Tabel 5. Analisis dampak lingkungan (unit referensi : 1 kg produk)

Dampak

Atap genteng berglasur (G)

Atap seng (S)

Unit

Global Warming Potential (GWP)

2,98E-01

0,96

Kg.CO2 eq

Ozon Depletion Potential (ODP)

3,16E-08

0,176E-6

Kg CFC-11 eq

Acidification Potential (AP)

8,61E-03

3,32E-03

Kg SO2 eq

Eutrophication Potential (EP)

8,10E-05

0,277E-03

Kg PO4 eq

Photochemical Ozone Creation Potential (POCP)

8,79E-05

0,294E-03

Kg C2H4

Berdasarkan Tabel 5, nilai GWP, ODP, EP, dan POCP pada atap genteng berglasur lebih kecil dibandingkan atap genteng seng. Nilai AP pada atap genteng berglasur cukup tinggi. Hal ini bisa disebabkan emisi SOx timbul dari produksi energi listrik yang digunakan dalam peralatan selama tahap produksi genteng berglasur serta dalam pengolahan tambahan bahan. Genteng berglasur memiliki nilai terbesar, terkait dengan semakin tinggi suhu di tahap pembakaran. Pengasaman sangat terkait dengan emisi NOx dan SOx selama tahap atomisasi, pengeringan dan pembakaran dari genteng berglasur, serta selama pembakaran bahan bakar yang digunakan dalam transportasi sepanjang siklus hidup dari genteng berglasur

  1. “Interpretation”

Berdasakan hasil evaluasi terhadap “inventory analysis” dan “impact assessment” maka dipilih atap genteng berglasur sebagai pilihan yang lebih baik daripada atap seng.  Berdasarkan potensi dampak lingkungan memperlihatkan bahwa ata seng berpotensi menimbulkan dampak buruk lebih besar dari pada atap genteng berglasur. Adapun nilai AP pada atap genteng berglasur bisa diatasi dengan pengembangan proses produksi yang lebih baik lagi.

Daftar Pustaka

 

Anonim. 2007. Ceramic Manufacturing Industry August 2007. EUROPEAN COMMISSION.

Anonim. 2009.  Environmental Product Declaration according to ISO 14025. RHEINZINK® – Titanium Zinc of RHEINZINK GmbH & Co. KG. IBU – Institute Construction and Building e.V. Jerman.

Anonim. _____. Quality Management and Safety Engineering (BSc) – MST 326. Adisa Azapagic’s environmental impact classification factors. http://www.tech.plym.ac.uk/sme/mst324/MST324-05%20Azapagic.htm

Ecofys. 2009. Methodology for the free allocation of emission allowances in the EU ETS post 2012. Sector report for the ceramics industry. Öko-Institut.

http://www.madehow.com/Volume-1/Ceramic-Tile.html [5 Maret 2012]

http://www.scientific.net/MSF.591-593.521%5B5 Maret 2012]

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s