Polutan Udara

Polutan udara primer, yaitu polutan yang mencakup 90% dari jumlah polutan udara seluruhnya, dapat dibedakan menjadi lima kelompok sebagai berikut:

1. Karbon monokside  (CO)
2. Nitrogen                 (NOx)
3. Hidrokarbon           (HC)
4. Sulfur diokside        (SOx)

5.    Partikel

Sumber polusi yang utama berasal dari transportasi, di mana hampir 60% dari polutan yang dihasilkan terdiri dari karbon monokside dan sekitar 15% terdiri dari hidrokarbon. Sumber-sumber polusi lainnya misalnya pembakaran, proses industri, pembuangan limbah, dan lain-lain. Polutan yang utama adalah karbon monokside yang mencapai hampir setengah dari seluruh polutan udara yang ada.

Toksisitasi kelima kelompok polutan tersebut berbeda-beda, dan Tabel 2 menyajikan toksisitasi relatif masing-masing kelompok polutan tersebut. Ternyata polutan yang paling berbahaya bagi kesehatan adalah partikel-partikel, diikuti berturut-turut dengan NOx, SOx, hidrokarbon, dan yang paling rendah toksitasnya adalah karbon monokside.

Polutan	Level toleransi ppm           ug/m³	Toksisitas relatif
CO HC SOx NOx Partikel	32.0                 40.000                          19.300 0.50                   1.430 0.25                      514                              375	1.00 2.07 28.0 77.8 106.7

A. Karbon Monokside

        Karbon monokside (CO) adalah suatu komponen tidak berwarna, tidak berbau dan tidak mempunyai rasa yang terdapat dalam bentuk gas pada suhu di atas -192º C,. komponen ini mempunyai berat sebesar 96,5% dari berat air dan tidak larut di dalam air. Karbon monokside yang terdapat di alam terbentuk dari salah satu proses sebagai berikut:

1.    Pembakaran tidak lengkap terhadap karbon atau komponen yang mengandung karbon.

2.    Reaksi antara karbon diokside dan komponen yang mengandung karbon pada suhu tinggi.

3.    Pada suhu tinggi, karbon diokside terurai menjadi karbon monokside dan O.

       Oksidasi tidak lengkap terhadap karbon atau komponen yang mengandung karbon terjadi jika jumlah oksigen yang tersedia kurang dari jumlah yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna di mana dihasilkan karbon diokside. Pembentukan karbon monokside hanya terjadi jika reaktan yang ada terdiri dari karbon dan oksigen murni. Jika yang terjadi adalah pambakaran komponen yang mengandung karbon di udara, prosesnya lebih kompleks dan terdiri dari beberapa ahap reaksi. Beberapa reaksi tersebut telah dipelajari dan diketahui.

      Secara sederhana pembakaran karbon dalam minyak bakar terjadi melalui beberapa tahap sebagai berikut:

2C       +         O2                                           2CO

                                         2CO     +          O2                                         2CO2

                                        CO2      +        C                                            2CO

A.1. Penyebaran Karbon Monoksida di Udara

         Jika dilihat dari sumber-sumber yang memproduksi CO, maka seharusnya pencemaran CO di udara cukup tinggi. Tetapi teryata hal ini tidak terjadi, dengan kata lain jumlah pencemaran CO di udara jauh lebih kecil dibandingkan dengan jumlah yang dilepaskan di atmosfer. Mekanisme alami di mana karbon monoksida hilang dari udara telah banyak diteliti, dan pembersihan CO dari udara kemungkinan terjadi karena beberapa proses sebagai berikut:

1. Reaksi atmosfer yang berjalan sangat lambat sehingga jumlah CO yang hilang sangat sedikit.
2. Aktivitas mikroorganisme yang terdapat dalam tanah dapat menghilangkan CO dengan kecepatan relatif tinggi dari udara.

A.2.  Pengaruh Karbon Monoksida Terhadap Lingkungan

Pengaruh CO Terhadap Tanaman

      Beberapa penelitian menunjukkan bahwa pemberian CO selama 1 sampai 3 minggu pada konsentrasi sampai 100 ppm tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap tanam-tanaman tingkat tinggi. Akan tetapi kemampuan untuk fiksasi nitrogen oleh bakteri bebas akan terhambat dengan pemberian CO selama 35 jam pada konsentrasi 2000 ppm. Demikian pula kemampuan untuk fiksasi nitrogen oleh bakteri yang terdapat pada akar tanam-tanaman juga terhambat dengan pemberian CO sebesar 100 ppm selama satu bulan. Karena konsentrasi CO di udara jarang mencapai 100 ppm, meskipun dalam waktu sebentar, maka pengaruh CO terhadap tanam-tanaman biasanya tidak terlihat secara nyata.

Pengaruh CO Terhadap Manusia

      Telah lama diketahui bahwa kontak antara manusia dengan CO pada konsentrasi tinggi dapat menyebabkan kematian. Tetapi ternyata kontak dengan CO pada konsentrasi yang relatif rendah (100 ppm atau kurang) juga dapat menggangu kesehatan. Hal ini penting untuk diketahui terutama dalam hubungannya dengan masalah lingkungan karena konsentrasi CO di udara pada umumnya memang kurang dari 100 ppm.

       Pengaruh beracun CO terhadap tubuh terutama disebabkan oleh reaksi antara CO dengan hemoglobin (Hb) di dalam darah. Hemoglobin di dalam darah secara normal berfungsi dalam sistem transpor untuk membawa oksigen dalam bentuk oksihemoglobin (O2Hb) dari paru-paru ke sel-sel tubuh, dan membawa CO2 dalam bentuk CO2Hb dari sel-sel tubuh ke paru-paru. Dengan adanya CO, hemoglobin dapat membetuk karboksihemoglobin. Jika reaksi demikian terjadi, maka kemampuan darah untuk mentranspor oksigen menjadi berkurang. Afinitas CO terhadap hemoglobin adalah 200 kali lebih tinggi daripada afinitas oksigen teradap hemoglobin, akibatnya jika CO dan O2 terhadap bersama-sama di udara akan terbentuk COHb dalam jumlah jauh lebih banyak dari pada O2Hb.

Tabel 3  Pengaruh konsentrasi COHb di dalam darah terhadap kesehatan manusia 

Konsentrasi COHb dalam Darah (%)	Pengaruhnya terhadap kesehatan
< 1.0 1.0-2.0 ≥ 5.0 10.0-80.0	Tidak ada pengaruhnya Penampilan agak normal Pengaruhnya terhadap sistem syaraf sentral, reaksi panca indra tidak normal, benda terlihat agak kabur Perubahan fungsi jantung dan pulmonari Kepala pening, mual, berkunang-kunang, pingsan, kesukaran bernafas, kematian

Tabel  4  Data ekuilibrium antara COHb di dalam darah dengan CO di udara

Konsentrasi CO Di udara (ppm)	Konsentrasi ekuilibrium COHb di dalam darah (%)
10 20 30 50             70	2.1 3.7 5.3 8.5 11.7

A.3.  Kontrol terhadap Polusi Karbon Monokside

            Bagai usaha telah dilakukan untuk mengontrol CO diudara. Kebanyakan usaha tersebut ditunjukan untuk mengurangi polusi Co dari kendaraan bermotor karena banyak 64% dari seluruh emisi CO dihasilkan dari teransfortasi, terutama yang menggunakan bahan bakar (oli)-bensin. Hasil pembakaran mesin ini selain mengandung CO juga mengandung campuran Nox, HC dan partikel, sehingga masalah yang harus di pecahkan juga kompleks. Rasio antara udara dan bahan bakar yang rendah aka mengurangi emisi Nox tetapi menghasilkan emisi CO dan HC yang tinggi. Penggunaan rasio udara dengan bahan bakar yang tinggi mungkin dapat memecahkan masalah ini.

            Berbagai cara dilakukan untuk mengontrol emisi CO dari kendaraan bermotor. Cara-cara tersebut diantaranya adalah sebagai berikut:

1.    Modifikasi mesin pembakar untuk mengurangi jumlah polutan yang ter bentuk karena pembakaran.

2.    Pengembangan reaktor  sistem ekshaust sehingga proses pembakaran berlangsung sempurna dan polutan yang berbahaya diubah menjadi polutan yang aman.   

3.    Pengembangan substitusi bahan bakar untuk bensin sehingga menghasilkan polutan dangan konsentrasi rendah selama pembakaran.

4.    Pengembangan sumber tenaga yang rendah polusi untuk menggantikan mesin pembakar yang ada.

B. Nitrogen Okside

B.1. Pembentukan Nitrogen Okside

            Nitrogen okside (NOx) adalah kelompok gas yang terdapat di atmosfir yang terdiri dari gas nitrik okside (NO) dan nitrogen diokside (NO2). Walupun bentuk nitrogen okside lainnya ada, tetapi kedua gas ini yang banyak ditemukan sebagai polutan udara. Nitrik okside merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, sebaliknya nitrogen diokside mempunyai warna coklat kemerahan dan berbau tajam.

            Okside yang lebih rendah, yaitu NO, terdapat di atmosfir dalam junmlah besar dari pada NO2. Pembentukan NO dan NO2 mencaku reaksi antara nitrogen dan oksigen di udara sehingga membentuk NO, kemudian reaksi selanjutnya antara NO dengan lebih banyak oksigen membentuk NO2. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:

N2        +     O2                2NO

2NO    +     O2                2NO2    

C. Hidrokarbon dan Oksidan Fotokimia

C.1. Sumber Hidrokarbon dan Oksigen Fotokimia

           Hidrokarbon dan oksidan fotokimia merupakan komponen polutan udara yang berbeda tetapi mempunyai hubungan satu sama lain. Hidrokarbon merupakan polutan primer karena dilepaskan ke udara secara langsung, sedangkan oksidan fotokimia  merupakan polutan sekunder yang dihasilkan di atmosfer dari reaksi-reaksi yang melibatkan polutan primer. Kedua kelompok polutan tersebut akan dibahas sekaligus karena sebagian besar oksidan fotokimia berasal dari reaksi-reaksi yang melibatkan hidrokarbon baik secara langsung maupun tidak langsung. Masalah yang dihadapi karena adanya polusi hidrokarbon harus mempertimbangkan juga kemungkinan adanya polusi oksidan fotokimia.

C.2. Hidrokarbon

     Sesuai dengan namanya, komponen hidrokarbon hanya terdiri dari elemen hidrogen dan karbon. Beribu-ribu komponen hidrokarbon terdapat di alam, di mana pada suhu kamar terdapat tiga bentuk, yaitu gas, cair dan padat. Sifat fisik dari masing-masing bentuk tersebut dipengaruhi oleh struktur molekul, terutama jumlah atom karbon yan menyusun molekul hidrokarbon. Hidrokarbon yang mengandung 1-4 atom karbon berbentuk gas pada suhu kamar, sedangkan yang mengandung 5 atau lebih atom karbon berbentuk cair atau padat. Semakin tinggi jumlah atom karbon semakin cenderung untuk terdapat dalam bentuk padat. Hidrokarbon yang sering menimbulkan masalah dalam polusi udara adalah yang berbentuk gas pada suhu atmosfer normal atau hidrokarbon yang bersifat sangat volatif (mudah berubah menjadi gas) pada suhu tersebut. Kebanyakan komponen-komponen tersebut mempunyai struktur yang sederhana, yaitu mengandung 12 atom karbon atau kurang per molekul.

C.3. Oksidan Fotokimia

  Oksidan fotokimia adalah komponen atmosfer yang diproduksi oleh proses fotokimia, yaitu suatu proses kimia yang membutuhkan sinar, yang akan mengoksidasi komponen-komponen yang tidak segera dapat dioksidasi oleh gas oksigen. Senyawa yang terbentuk merupakan polutan sekunder yang diproduksi karena interaksi antara polutan primer dengan sinar.

  Hidrokarbon merupakan komponen yang berperan dalam produksi oksidan fotokimia. Reaksi ini juga melibatkan siklus fotolitik NO2. polutan sekunder yang paling berbahaya yang dihasilkan oleh reaksi hidrokarbon dalam siklus tersebut adalah ozon (O₃) dan peroksiasetilnitrat, yaitu salah satu komponen yang paling sederhana dari grup peroksiasilnitrat (PAN).   

                                       O CH3     –     C  -->       OONO2

            Ozon bukan merupakan hidrokarbon, tetapi konsentrasi O3 di atmosfer naik sebagai akibat langsung dari reaksi hidrokarbon, sedangkan PAN merupakan turunan hidrokarbon. Walaupun oksidan fotokimia lainnya juga diproduksi, tetapi jumlahnya sangat kecil dibandingkan dengan kedua oksidan fotokimia tersebut.

D. Sulfur Okside 

D.1. Reaksi Pembentukan Sulfur Okside

Polusi oleh sulfur okside terutama disebabkan oleh dua komponen gas yang tidak berwarna, yaitu sulfur diokside (SO₂) dan sulfur triokside (SO₃), dan keduanya disebut sebagai SOx. Sulfur diokside mempunyai karakteristik bau yang tajam dan tidak terbakar di udara, sedangkan sulfur triokside merupakan komponen yang tidak reaktif.

Pembakaran bahan-bahan yang mengandung sulfur akan menghasilkan kedua bentuk sulfur okside, tetapi jumlah relatif masing-masing tidak dipengaruhi oleh jumlah oksigen yang tersedia. Meskipun udara tersedia dalam jumlah cukup, SO₂ selalu terbentuk dalam jumlah terbesar. Jumlah SO₃ yang terbentuk dipengaruhi oleh kondisi reaksi, terutama suhu, dan bervariasi dari 1 sampai 10% dari total SOx.

Mekanisme pembentukan SOx dapat dituliskan dalam dua tahap reaksi sebagai berikut:    

S           +         O₂                        SO₂

                                                   2SO₂    +         O₂                        2SO₃