Artika, S. Pd Dr. Roza Linda, M.Si

MINYAK BUMI Berbasis STEM

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL DAFTAR ISI …………………………………………………………………………….i KATA PENGANTAR…………………………………………………………………..ii PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL……………………………………………….iii KD DAN INDIKATOR………………………………………………………………...iv Pembelajaran STEM………………………………………………………..1 Peta Konsep…………………………………………………………………4 Pencemaran Limbah………………………………………………………6 Pengertian Minyak Bumi………………………………………………….7 Proses pembentukan Minyak Bumi…………………………………….9 Komposisi Minyak Bumi………………………………………………….11 Pengolahan Minyak Bumi……………………………………………….13 Macam-macam Destilasi……………………………………………….16 Pemisahan Fraksi-fraksi Minyak Bumi…………………………………19 Uji Pemahaman I……………………………………………………….....22 Penerapan STEM…………………………………………………………..24 Uji Pemahaman II………………………………………………………....28 Glosarium ………………………………………………………………….29 Rangkuman………………………………………………………………..29 DAFTAR PUSTAKA

i|STEM

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan modul materi Minyak Bumi dengan Pendekatan Science Technology Engineering and Mathematic (STEM) untuk Kimia SMA. Semoga bahan ajar ini dapat memberi manfaat bagi para pembaca. Modul materi Minyak Bumi merupakan bahan ajar yang dikembangkan sedemikian rupa dengan mengangkat peristiwa perubahan lingkungan yang ada di sekitar peserta didik dari sudut pandang sains. Lahirnya ide pengembangan ini karena masih minimnya bahan ajar yang menganalisis permasalahan di sekitar lingkungan siswa Semarang. Modul ini menggunakan model pendekatan berbasis Science Technology Engineering and Mathematics (STEM). Modul ini diharapkan dapat membentuk siswa memiliki sikap lebih peduli terhadap lingkungan nya. Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing Dr. H. Asmadi M. Noer, M.Sc yang telah mendukung, membimbing dan membantu tersusun nya dan terselesaikannya modul ini. Kritik dan saran yang membangun selalu dinantikan demi perbaikan modul ini.

Pekanbaru, 16 Maret 2022

Penyusun

ii | S T E M

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL

BAGI GURU

BAGI SISWA

✓ Menjelaskan tujuan pembelajaran yang akan dicapai dalam pembelajaran Kimia materi Minyak Bumi; ✓ Membagi peserta didik menjadi beberapa kelompok guna melakukan kegiatan diskusi; ✓ Memberikan informasi kepada peserta didik untuk membaca modul sebelum pembelajaran dimulai serta mengerjakan latihan soal yang ada di modul; ✓ Membimbing peserta didik dalam pembelajaran di kelas. ✓ Peserta didik membaca dan memahami tujuan pembelajaran yang akan dicapai; ✓ Peserta didik membaca modul materi Minyak Bumi sebelum pembelajaran; ✓ Peserta didik mengerjakan soalsoal latihan yang sudah tersedia di dalam modul materi Minyak Bumi; ✓ Peserta didik membacakan hasil diskusi.

iii | S T E M

KOMPETENSI DASAR 3.1

Memahami proses pembentukan dan teknik pemisahan fraksifraksi minyak bumi serta kegunaannya.

3.2 Mengevaluasi dampak pembakaran senyawa hidrokarbon terhadap lingkungan dan kesehatan serta cara mengatasinya. 4.3 Terampil melakukan percobaan pembuatan bioenergi sebagai bahan bakar dengan distilasi fraksinasi dengan menggunakan bahan dasar limbah plastik organik. INDIKATOR 1. Mendiskripsikan proses pembentukan minyak bumi dan gas alam

dan komponen- komponen utama penyusun minyak bumi. 2. Menafsirkan bagan penyulingan bertingkat untuk menjelaskan

dasar dan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi. 3. Membedakan kualitas bensin berdasarkan bilangan oktannya. 4. Menganalisis dampak pembakaran bahan bakar terhadap

lingkungan. 5. Melakukan percobaan tentang pengolahan sampah plastik

menjadi bahan bakar minyak bumi. Menghubungkan keterkaitan percobaan dengan STEM.

iv | S T E M

PEMBELAJARAN STEM Pembelajaran

STEM

bermakna

memberi

penguatan

praktis

pendidikan dalam bidang-bidang STEM secara terpisah, sekaligus mengembangkan pendekatan pendidikan yang mengintregasikan sains, teknologi, rekayasa, dan matematika, dengan memfokuskan proses pendidikan pada pemecahan masalah nyata dalam kehidupan sehari-hari atau kehidupan profesi (National Education Center, 2014). Pembelajaran STEM memberi pendidik peluang untuk menunjukkan kepada peserta didik mengenai konsep, prinsip, dan teknik dari sains, teknologi,

rekayasa,

dan

matematika

yang

diterapkan

secara

terintregasi dalam pengembangan produk, proses, dan sistem yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Pembelajaran berbasis STEM peserta didik menggunakan sains, teknologi, rekayasa, dan matematika dalam konteks nyata yang menghubungkan antara sekolah, dunia kerja, serta dunia global, guna mengembangkan literasi STEM yang diharapkan peserta didik mampu bersaing dalam era ekonomi baru yang berbasis pengetahuan. Pembelajaran intregasi STEM tidak hanya fokus mengembangkan kemampuan peserta didik di bidang sains, teknologi, rekayasa/desain dan matematika, akan tetapi juga berupaya menumbuhkan softskill seperti penemuan inovasi baru dalam bidang teknologi untuk memecahkan suatu masalah. Berdasarkan hal tersebut pendidikan intregasi STEM berusaha untuk membangun masyarakat yang sadar pentingnya literasi STEM.

5|Minyak Bumi

Definisi literasi STEM menurut masing-masing dari empat bidang studi yang saling terkait dapat dilihat pada table berikut: Science

Technology

Biologi, Kimia, Fisika, Biologi, Sains

Komputer, Game Design, Pusat Pengembangan, Pengembangan Web/Perangkat Lunak

Engineering

Mathematic

Teknik Kimia Industri, Teknik Sipil,

Matematika, Statistika-Kalkulus

Teknik Komputer, Teknik Listrik/Elektronik, Rekayasa Umum, Teknik Mesin (Rekayasa Mekanik)

Terkait dengan STEM literasi, terdapat tiga dimensi untuk mendukung kompetensi (Rustaman, 2015). Lebih diungkapkan bahwa sebagaimana literasi sains melibatkan empat komponen (pengetahuan konten, proses, konteks dan attitude sebagai tiga dimensi terhadap kompetensi (Kumano dan Goto, 2015), maka STEM literasi juga melibatkan cross cutting concepts, core ideas of four discipline, scientific and engineering practice sebagai konteksnya untuk mendukung kompetensi dalam STEM.

6|Minyak Bumi

Tabel Literasi Empat Disiplin Ilmu STEM Empat Disiplin Ilmu

Literasi

STEM

Kemampuan dalam menggunakan pengetahuan ilmiah dalam memahami dunia Science

alam serta kemampuan untuk berpartisisipasi dalam mengambil keputusan untuk mempengaruhinya. Pengetahuan bagaimana menggunakan teknologi baru, bagaimana teknologi baru

Technology

dikembangkan, dan memiliki kemampuan untuk bagaimana teknologi baru mempengaruhi individu, masyarakat, bangsa, dan negara Pemahaman tentang bagaimana teknologi dapat dikembangkan melalui proses

Engineering

rekayasa/desain menggunakan tema pelajaran berbasis proyek dengan cara mengintegrasikan dari beberapa mata pelajaran. Kemampuan dalam menganalisis alasan dan mengkomunikasikan ide secara efektif dan

Mathematic

dari cara bersikap, merumuskan, dan menafsirkan solusi untuk masalah matematika dalam menerapkan berbagai situasi berbeda.

7|Minyak Bumi

PETA KONSEP

STEM

Science: kemampuan dalam menggunakan pengetahuan ilmiah dan proses untuk memahami dunia serta alam serta kemampuan untuk berpartisipasi dalam Teknologi: pengetahuan bagaimana menggunakan teknologi baru, memahami bagaimana teknologi baru dikembangkan, dan memiliki kemampuan untuk menganalisis bagaimana teknologi baru mempengaruhi individu,

Matematika: kumpulan dalam menganalisis alasan dan mengkomunikasikan ide secara efektif dan dari cara bersikap, merumuskan, memecahkan, dan menafsirkan solusi untuk masalah matematika dalam Engineering: pemahaman tentang bagaimana teknologi dapat dikembangkan melalui proses rekayasa, desain menggunakan tema pelajaran berbasis proyek dengan cara mengintegrasikan beberapa mata

8|Minyak Bumi

Minyak Bumi

Destilasi Bertingkat

Dampak Pembakaran Minyak Bumi

Fraksi-fraksi Minyak Bumi

Pencemaran Udara Efek Rumah Kaca Hujan Asam

Petroleum Eter Bensin Minyak Tanah Diesel

Pelumas

Mutu Bensin Bil. Oktan Tetra Ethyl Lead (TEL) Zat Additif

Paraffin

Ethyl Tertier Buthyl Ether (ETBE) Tertier Amil Methyl Ether (TAME)

Aspal

9|Minyak Bumi

PENCEMARAN LIMBAH PLASTIK Guru memberi kesempatan kepada siswa untuk saling berdiskusi mengenai pencemaran limbah plastik akhir-akhir ini khususnya di lingkungan sekitarnya. Sehingga terjadilah percakapan berikut.

Gambar 1. Siswa berdiskusi memecahkan masalah

Dari permasalahan di atas, coba kemukakan dengan bahasamu sendiri apa yang dimaksud dengan limbah itu? Apa penyebab terjadinya pencemaran limbah plastik? dan, Bagaimana cara mengurangi limbah plastik agar menjadi sesuatu yang bernilai? Temukan jawabannya pada modul ini!

10 | M i n y a k B u m i

PENGERTIAN MINYAK BUMI Perhatikan gambar di bawah ini. Membatik merupakan salah satu jenis kegiatan karya seni kriya yang membutuhkan kesabaran dan keuletan atau ketelitian. Alat dan bahan yang dibutuhkan untuk membatik antara lain canting, wajan, kompor kecil, dan malam atau lilin batik. Sifat malam yang tidak dapat ditembus air mencegah bagian kain yang diberi malam berubah warna. Malam terbuat dari bahan-bahan bersifat sama, misal getah damar, lilin tawon, dan parafin. Parafin diperoleh dari hasil olahan minyak bumi. Bagaimana cara pengolahan minyak bumi hingga diperoleh parafin? Selain lilin, apa saja hasil pengolahan minyak bumi? Apa kegunaan hasil pengolahan tersebut?

Gambar 2. Proses membatik

11 | M i n y a k B u m i

Perhatikan tayangan penjelasan pada web tersebut. Klik pada salah satu sisi pada gambar dibawah

Diskusikan

pertanyaan-pertanyaan

berikut

bersama

temanmu

berdasarkan tayangan yang sudah ditonton. 1. Apa penyusun minyak bumi? 2. Bagaimana prinsip dasar pengolahan minyak bumi? 3. Apa saja hasil pengolahan minyak bumi? 4. Apa perbedaan setiap fraksi hasil pengolahan minyak bumi? Minyak bumi merupakan komoditas hasil tambang yang sangat penting peraanannya dalam kehidupan manusia, terutama sebagai sumber energi. Bahan bakar mulai dari elpiji, bensin, solar, hingga kerosin, serta material seperti lilin parafin dan aspal, dan berbagai reagen kimia yang dibutuhkan untuk pembuatan plastik, karet sintesis, deterjen, obatobatab, dan lainnya dihasilkan dari minyak bumi. Minyak bumi (bahasa Inggris : Petroleum), dijuluki sebagai emas hitam adalah cairan kental, coklat gelap, atau kehijauan, yang mudah terbakar. Pengertian lain dari minyak bumi adalah hasil dari peruraian (dekomposisi) materi tumbuhan dan hewan di suatu daerah yang subsidence (turun) secara perlahan. Minyak bumi terdiri dari campuran kompleks dari berbagai hidrokarbon, sebagian besar seri alkana, tetapi bervariasi dalam penampilan, komposisi, dan kemurniannya.

12 | M i n y a k B u m i

PEMBENTUKAN MINYAK BUMI Minyak bumi merupakan bahan bakar yang dihasilkan oleh alam dari fosil-fosil yang terpendam berjuta-juta tahun. Fosil adalah sisa tulang-belulang binatang atau sisa tumbuhan zaman purba yang telah membatu dan tertanam di bawah lapisan tanah. Terjadinya proses pembentukan minyak bumi dapat dijelaskan sebagai berikut: Minyak bumi merupakan hasil akhir penguraian bahan-bahan organik yang berasal dari jaringan tumbuhan dan hewan baik yang terdapat di darat maupun di laut. Sisa-sisa tumbuhan dan hewan tersebut tertimbun oleh endapan pasir, lumpur, dan zat-zat lain selama jutaan tahun dan mendapat tekanan serta panas bumi secara alami. Bersamaan dengan proses tersebut, bakteri pengurai merombak senyawa-senyawa kompleks dalam jasad organik menjadi senyawa-senyawa hidrokarbon. Beberapa bagian jasad renik tersbut mengandung minyak dan lilin. Minyak dan lilin ini dapat bertahan lama di dalam perut bumi. Bagian-bagian tersebut akan membentuk bintik-bintik, warnanya pun berubah menjadi cokelat tua. Bintik-bintik itu akan tersimpan di dalam lumpur dan mengeras karena terkena tekanan bumi. Lumpur tersebut berubah menjadi batuan dan terkubur makin dalam di dalam perut bumi. Tekanan dan panas bumi secara alami akan mengenai batuan sehingga batuan menjadi panas dan bintik-bintik di dalam batuan mulai mengeluarkan minyak kental yang pekat. Makin dalam batuan terkubr di perut bumi, minyak yang dihasilkan akan makin banyak. Pada saat batuan lumpur mendidih, minyak yang dikeluarkan berupa minyak cair yang bersifat encer dan saat suhunya sangat tinggi akan dihasilkan gas alam. Gas alam ini sebagian besar berupa metana.

13 | M i n y a k B u m i

Gambar 3. Proses Pembentukan Minyak Bumi

Sementara itu, saat lempeng kulit bumi bergerak, minyak yang terbentuk di berbagai tempa akan bergerak. Minyak bumi yang terbentuk akan terkumpul dalam pori-pori batu pasir atau batu kapur. Akibat adanya gaya kapiler dan tekanan di perut bumi lebih besar dibandingkan dengan tekanan di permukaan bumi maka minyk bumi akan bergerak ke atas. Apabila gerakan ke atas minyk bumi terhalang oleh bantuan yang kedap cairan atau bantuan tidak berpori, minyak akan terperangkap dalam bantuan tersebut. Oleh karena itu, minyak bumi disebut juga petroleum. Petroleum berasal dari bahasa Latin, petrus artinya batu dan oleum artinya minyak. Daerah di dalam lapisan tanah yang kedap air tempat terkumpulnya minyak bumi disebut cekungan atau antiklinal. Lapisan paling bawah dari cekungan ini berupa air tawar atau air asin, sedangkan lapisan di atasnya berupa minyak bumi bercampur gas alam. Gas alam berada di lapisan atas minyak bumi karena massa jenisnya lebih ringan daripada massa jenis minyak bumi. Apabila akumulasi minyak bumi di suatu cekungan cukup banyak dan secara komersial menguntungkan, minyak bumi tersebut dapat diambil dengan cara pengeboran. Minyak bumi diambil dari sumur minyak yang ada di pertambangan-pertambangan minyak. Lokasi sumur-sumur minyak diperoleh setelah melalui proses studi geologi analisis sedimen karakter dan struktur sumber. Proses pembentukan gas alam bersamaan dengen pembetukan minyak bumi. Dengan

demikian

teori

pembentukan gas

alam sama

pembentukan minyak bumi.

14 | M i n y a k B u m i

dengan teori

KOMPOSISI MINYAK BUMI

Berikut beberapa contoh struktur dari sikloalkana: Sikloalkana merupakan senyawa hidrokarbon berantai tunggal dan berbentuk cincin. Golongan sikloalkana yang terdapat dalam minyak bumi adalah siklopentana seperti metil siklopentana dan sikloheksana seperti etil sikloheksana.

Gambar 4. Struktur Sikloalkana

Sikloalkana juga dikenal dengan nama naptena. Naptena merupakan senyawa hidrokarbon tersaturasi yang memiliki rumus umum CnH2n, mempunyai ciri-ciri mirip alkana, dan mempunyai titik didih lebih tinggi daripada alkana.

15 | M i n y a k B u m i

Berikut beberapa contoh struktur dari alkana: Golongan alkana yang banyak terdapat dalam minyak bumi yaitu nalkana dan isoalkana, n-alkana merupakan alkana jenuh berantai lurus dn tidak bercabang, contoh n-oktana

Isooktana merupakan alkana jenuh yang rantai induknya mempunyai atom C tersier dan bercabang, contoh isooktana. Alkana disebut juga parafin. Parafin merupakan senyawa hidrokarbon tersaturasi (berikatan jenuh) yang mengandung rantai lurus atau bercabang dan hanya terdiri atas atom karbon (C) dan hidrogen (H). Berikut contoh struktur dari hidrokarbon aromatik (benzena) : Hidrokarbon aromatik merupakan hidrokarbon yang tidak tersaturasi, memiliki satu atau lebih cincin planar karbon-6 atau cincin benzena. Pada strukutur ini, atom hidrogen berikatan dengan atom karbon dengan rumus umum CnHn. Jika hidrokarbon aromatik dibakar akan menimbulkan asap hitam pekat dan beberapa bersifat karsinogen (menyebabkan kanker). Senyawa hidrokarbon aromatik yang terdapat dalam minyak bumi adalah senyawa benzena, contoh etil benzena.

Tugas Individu! Menurut pembahasan materi di atas. Mengapa komposisi terbanyak dari minyak bumi adalah alkana, sikloalkana, dan hidrokarbon aromatik. Carilah jawabannya di referensi yang lain.

16 | M i n y a k B u m i

PENGOLAHAN MINYAK BUMI Minyak bumi yang baru dihasilkan dari sumur eksplorasi masih berupa minyak bumi campuran, yang disebut minyak mentah atau crude oil. Minyak bumi tersebut diperoleh dari dalam bumi dengan cara pengeboran daerah antiklinal di darat maupun di lepas pantai. Minyak bumi di Indonesia terdapat dalam lapisan-lapisan sedimen tersier yang terbentuk antara kisaran waktu 600 ribu – 70 juta tahun yang lalu. Lapisan sedimen tersier terdapat di sepanjang pulau Sumatra bagian timur, Jawa bagian utara, Kalimantan bagian timur, dan daerah kepala burung di Papua dengan jumlah keseluruhan mencapai 60 cekungan. Eksploitasi minyak bumidi Indonesia telah dilakukan selama hampir dua abad. Namun, eksploitasi tersebut baru mencakup 30 cekungan minyak bumi di wilayah bagian barat Indonesia, sedangkan 30 cekungan di wilayah bagian timur Indonesia belum dieksploitasi. Minyak mentah (crude oil) hasil pengeboran sumur eksploitasi belum dapat dimanfaatkan karena masih berupa campuran. Ole karena itu, harus dilakukan pengolahan lebih lanjut terhadap minyak mentah tersebut untuk memisahkan komponen-komponen penyusunnya. Senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon harus dipisahkan terlebih dahulu dari minyak mentah. Selanjutnya, komponen-komponen minyak mentah dipisahkan dengan cara penyulingan bertingkat (distilasi fraksinasi). Proses pemisahan komponenkomponen penyusun minyak mentah dilakukan di tempat pengilangan minyak (refineries). Di Indonesia terdapat banyak tempat pengilangan minyak yang tersebar di seluruh wilayah Indonesia. Tempat-tempat pengilangan minyak tersebut terdapat di Pulau Sumatra, Jawa, Kalimantan, dan Papua. Kilang minyak bumi berfungsi mengolah crude oil (minyak mentah) menjadi produk jadi seperti elpiji, bensin minyak tanah, solar, minyak pelumas (oli), dan residu. Di tempat pengilangan minyak tersebut minyak mentah mengalami sejumlah proses untuk memurnikan serta mengubah struktur dan komposisinya sehingga diperoleh produk yang bermanfaat. Secara umum,

17 | M i n y a k B u m i

proses pengolahan minyak mentah dilakukan melalui dua tahap yaitu desalting dan distilasi bertingkat. a. Desalting Desalting merupakan proses pengolahan untuk menghilangkan kotoran atau garam yang tercampur dalam minyak mentah. Pada proses desalting, minyak mentah dicampur dengan air agar mineral-mineral yang ada ke dalam minyak mentah larut. Selain itu, pada proses ini juga ditambahkan senyawa asam dan basa ke dalam minyak mentah untuk menghilangkan senyawasenyawa nonhidrokarbon. Proses desalting dilakukan untuk mencegah terjadinya korosi di pipa-pipa minyak dn mencegah tersumbatnya lubang-lubang di menara fraksinasi. Selanjutnya, minyak mentah yang telah mengalami proses desalting dialirkan ke tangki pemanas untuk diuapan. Uap minyak mentah ini selanjutnya dialirkan ke mara distilasi atau menara fraksinasi untuk proses lebih lanjut. b. Distilasi Bertingkat Distilasi adalah proses pemisahan komponen-komponen penuyusun minyak mentah yang berupa senyawa hidrokarbon berdasarkan perbedaan titik didih. Setelah senyawa-senyawa nonhidrokarbon dipisahkan dari minyak mentah dengan proses desalting, selanjutnya minyak mentah diolah dengn proses distilasi bertingkat. Minyak mentah dapat didistilasi karena komponenkomponen penyusun hidrokarbon pada minyak mentah mempunyai titik didh yang berdekatan dan mendidih pada kisaran suhu tertentu. Proses distilasi bertingkat dilakukan dalam kolom atau menara fraksinasi. Menara fraksinasi (distilasi) dilengkapi dengan pelat-pelat dengan jarak tertentu mempunyai sejumlah sungkup gelembung udara (buble caps). Proses distilasi diawali dengan manaskan minyak mentah hingga suhu 350˚C di dalam tanur (furnace). Proses selanjutnya adalah memompakan minyak mentah panas tersebut ke dalam kolom fraksinasi di bagian flash chamber yaitu bagian kolom fraksinasi yang berada di sepertiga bagian bawah. Proses di menara

18 | M i n y a k B u m i

fraksinasi ini dibantu dengan pemanasan steam (uap air panas bertekanan tinggi) untuk menjaga suhu dan tekanan dalam kolom agar stabil. Pada proses ini sebagian minyak akan menguap dn bergerak melalui buble caps dan sebagian uap akan mencair, lalu mengalir melalui pelat. Cairan yang mengalir keluar pelat tersebut akan terpisah dari fraksi lain. Uap yang tidak mencair akan terus naik dan akan mencair sedikit demi sedikit sesuai diperoleh sesuai titik didihnya. Uap minyak yang titik didihnya lebih tinggi akan mengembun pada pelat pengembunan yang lebih rendah. Sebaliknya, uap minyak yang lebih rendah titik didihnya akan mengembun pada pelat pengembunan yang lebih atas. Titik didih rendah dimiliki oleh senyawa hidrokarbon yang rantai karbonnya pendek.

19 | M i n y a k B u m i

MACAM-MACAM DESTILASI Adapun macam-macam jenis destilasi, diantaranya: 1. Destilasi Sederhana Destilasi biasa atau Destilasi sederhana ini umumnya dengan menaikan suhu, tekanan uapnya berada diluar cairan atau tekanan atmosfer atau titik didih normal. Pada destilasi biasa atau destilasi sederhana, dasar pemisahannya yaitu perbedaan titik didih yang jauh atau salah satu komponen bersifat volatil. Apabila campuran dipanaskan maka komponen yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguapa terlebuh dulu. Selain perbedaan titik didih, namun juga perbedaan kevolatilan yaitu kecendrungan sebuah substansi menjadi gas. Destilasi ini dilakukan pada tekanan atmosfer. Distilasi ini digunakan untuk memisahkan campuran air dan alkohol. Berikut ini susunan rangkaian alat destilasi biasa atau sederhana yaitu: Keterangan: 1. Wadah air 2. Labu distilasi 3. Sambungan 4. Termometer 5. Kondensor 6. Aliran masuk air dingin 7. Aliran keluar air dingin 8. Labu distilat 9. Lubang udara 10. Tempat keluarnya distilat 11. Penangas 12. Air 13. Penangas 14. Larutan zat 15. Wadah labu distilat

20 | M i n y a k B u m i

2. Destilasi Bertingkat Fungsi destilasi fraksionasi atau destilasi bertingkat atau destilasi berfraksi ini yaitu memisahkan komponen cair, dua atau lebih dari suatu larutan berdasarkan perbedaan titik didihnya. Destilasi juga bisa digunakan untuk campuran dengan perbedaan titik didih kurang dari 20°C dan bekerja pada tekanan atmosfer atau dengan tekanan rendah. Pengaplikasian teknik destilasi ini yaitu di industri minyak mentah yaitu untuk memisahkan komponen yang ada dalam minyak mentah. Perbedaan antara destilasi fraksionasi dan destilasi biasa yaitu adanya kolom fraksionasi. Pada kolom tersebut terjadi pemanasan secara bertahap dengan suhu yang berbeda pada setiap platnya, Pemanasan yang berbeda bertujuan untuk memurnikan distilat yang lebih dari plat dibawahnya. 3. Destilasi Uap

Destilasi ini digunakan pada campuran senyawa dengan titik didih 200°C atau lebih.Destilasi ini bisa menguapkan senyawa dengan suhu mendekati 100°C dalam tekanan atmosfer dengan uap atau air mendidih. Sifat fundamental destilasi ini yaitu dapat mendistilasi campuran senyawa di bawah titih didih di tiap-tiap senyawa campuran. Selain itu, distilasi ini juga bisa digunakan untuk campuran yang tida terlarut dalam air di semua temperatur, namun bisa didistilasi dengan air. Pengaplikasian distilasi uap yaitu untuk mengekstrak beberapa produk alami seperti minyak sitrus dari jeruk atau lemon, minyak ecalyptus dari ecaluyptus dan minyak parfum dari tumbuhan. Campuran

21 | M i n y a k B u m i

dipanaskan melalui uap air yang dialirkan ke dalam campuran dan mungkin ditambahkan dengan pemanasan. Uap dari campuran akan naik ke atas menuju kondensor dan akhirnya masuk ke labu distilat. 4. Destilasi Vakum

Destilasi vakum biasanya digunakan apabila senyawa yang ingin didistilasi tidak stabil dengan pengertian bisa terdekomposisi sebelum dan mendekati titik didihnya atau campuran bertitik didih diatas 150°C. Metode inidigunakan tidak bisa digunakan pada pelarut dengan titik didih yang rendah apabila kondensornya menggunakan air dingin karena komponen yang menguap tidak bisa dikondensasi air. Untuk mengurangi tekanan digunakan pompa vakum atau aspirator berfungsi sebagai penurun tekanan pada sistem distilasi ini. 5. Destilasi Azetrop Destilasi ini adalah jenis destilasi yang menguapkan zat cair tanpa perubahan komposisi.

22 | M i n y a k B u m i

PEMISAHAN FRAKSI-FRAKSI MINYAK BUMI Proses penyulingan minyak bumi menghasilkan fraksi-fraksi minyak bumi berupa gas alam, petroleum eter, bensin, nafta, kerosin, solar, minyak pelumas, dan residu (aspal). Fraksi-fraksi minyak bumi yang diperoleh dari proses distilasi bertingkat dapat dilihat dalam Tabel 1 berikut: Tabel 1. Fraksi-fraksi Minyak Bumi dan Kegunaannya

(sumber : www.prosesindustri.com)

Perbedaan titik didih tersebut menghasilkan beberapa fraksi-fraksi minyak bumi yang memiliki kegunaan berbeda-beda. Berikut adalah penjelasan beberapa fraksi minyak bumi beserta titik didihnya.

1. Aspal Titik didih: 525˚C Aspal adalah residu minyak bumi dan didapatkan saat minyak bumi pertama kali masuk ke dalam menara distilasi dan dipanaskan pada suhu lebih dari 500˚C. Fraksi minyak bumi yang memiliki titik didih dibawah 500˚C akan menguap ke atas menara distilasi dan dipanaskan kembali. Sedangkan yang memiliki titik 23 | M i n y a k B u m i

didih diatas 500˚C akan terkumpul menjadi residu yang selanjutnya dijadikan aspal. Aspal digunakan sebagai penghalus jalan.

2. Oli Titik didih: 350-500˚C Oli atau pelumas adalah hasil distilasi minyak bumi setelah aspal. Minyak bumi akan dipanaskan dengan suhu antara 350˚C dan 500˚C sehingga senyawa hidrokarbon yang memiliki titik didih dibawah 3500C akan menguap dan yang memiliki titik didih diatasnya akan membentuk oli. Oli digunakan sebagai pelumas/pelicin komponen mesin kendaraan.

3. Solar Titik didih: 270-350˚C Solar adalah hasil distilasi minyak bumi pada suhu antara 2000C dan 3500C. Titik didihnya memang di antara suhu tersebut sehingga ketika dipanaskan pada suhu tersebut, rantai hidrokarbon yang memiliki 8 sampai 21 atom karbon (solar) tidak akan menguap. Solar digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.

4. Kerosin dan Avtur Titik didih: 180-250˚C Kerosin dan avtur adalah hasil distilasi minyak bumi pada suhu antara 170˚C dan 250˚C. Kerosin (minyak tanah) digunakan sebagai bahan bakar kompor minyak tanah. Sedangkan avtur digunakan sebagai bahan bakar pesawat terbang.

5. Nafta Titik didih: 80-170˚C Nafta (bensin berat) adalah hasil distilasi minyak bumi pada suhu antara 70-140˚C. Nafta digunakan sebagai bahan baku industri petrokimia seperti plastik, karet sintetis, deterjen, obat, cat, serat sintetis, kosmetik, dan zat aditif bensin.

6. Bensin Titik didih: 70-140˚C Bensin adalah hasil distilasi minyak bumi pada suhu antara 35-75˚C. Bensin terdiri atas isomer-isomer heptana dan oktana. Bensin digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor.

24 | M i n y a k B u m i

7. Petroleum Eter Titik didih: 30-90˚C Petroleum eter adalah hasil distilasi minyak bumi pada suhu antara 30 sampai 90 derajat celcius. Ciri khas petroleum eter adalah mudah terbakar dan harganya yang murah. Namun petroleum eter tidak terlalu membahayakan. Petroleum eter digunakan sebagai bahan pelarut nonpolar dan sebagai pengganti pentana.

8. Gas Titik didih: (-160)-30˚C Gas adalah hasil distilasi minyak bumi dengan suhu distilasi yang paling rendah antara –160 sampai –40 derajat celcius. Ini dikarenakan gas sangat mudah menguap. Gas adalah wujud gas dari LPG yang berwujud cair. Gas digunakan sebagai bahan bakar kompor gas.

25 | M i n y a k B u m i

Uji Pemahaman Berdasarkan bacaan di atas, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut : 1. Bensin merupakan produk penting dari pengolahan minyak bumi karena adanya permintaan pasar yang tinggi. Berdasarkan skema di atas, apa yang dapat dilakukan untuk menaikkan kuantitas bensin? ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ 2. Selain kuantitas, bensin juga harus memiliki kualitas yang baik, yakni mengandung banyak alkana rantai bercabang dibanding rantai lurus. Berdasarkan skema di atas, apa yang dapat dilakukan untuk menaikkan jumlah alkana rantai bercabang? ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ 3. Berapakah nilai bilangan oktan dari campuran yang setara dengan 65% isooktana dan 35% n-heptana? ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ 4. Kualitas bensin ditentukan oleh bilangan oktan. Nilai bilangan oktan berkisar antara 0 – 100 dan ditetapkan menggunakan basis senyawa n-heptana dan isooktana. Dari pilihan berikut tentukan manakah yang termasuk karakeristik nheptana dan isooktana.

26 | M i n y a k B u m i

5. Dari sampel bensin yang dibeli di sebuah SPBU diketahui nilai bilangan oktannya 92. Apakah bensin tersebut berarti mengandung 92% isooktana dan 8% nheptana? Mengapa demikian? ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................

27 | M i n y a k B u m i

PENERAPAN STEM Keterkaitan pendekatan STEM salah satunya dapat diaplikasikan pada tahap pembuatan bensin dari limbah plastik yang tercemar. Konsep secara literatur dapat di lihat pada bahan dibawah ini:

•Pemisahan Fraksi Minyak Bumi berdasarkan perbedaan titik didih

Technology •Direndam dalam air dan es, untuk dapat mempercepat proses pendinginan

Science

•Menggunakan tangki bekas untuk pembuatan reaktor

Mathematics •Pembakaran selama ± 15-20 menit

Engineering

EKSPERIMEN I

PEMBUATAN BAHAN BAKAR MINYAK BUMI DARI LIMBAH PLASTIK

A. TUJUAN 1. Mengatasi limbah plastik yang semakin bertambah dan sampai sekarang belum ada solusi yang tepat; 2. Mengetahui proses pembuatan bahan bakar minyak dari sampah plastic; 3. Mengetahui perbandingan antara minyak yang dihasilkan dengan bahan bakar minyak lainnya; 4. Memberikan alternatif proses daur ulang yang lebih menjanjikan dan berprospek ke depan; 5. Mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap sumber daya energi yang tidak dapat diperbaharui, seperti minyak bumi. 28 | M i n y a k B u m i

B. LATAR BELAKANG Plastik adalah salah satu kebutuhan manusia dalam kehidupan sehari-hari, salah satunya adalah sebagai tempat pembungkus makanan dan minuman, karena plastik bersifat praktis, bersih, serta sangat memudahkan dalam memenuhi kebutuhan manusia. Jadi, semakin bertambahnya tingkat konsumsi masyarakat maka semakin bertambah pula buangan/limbah yang dihasilkan. Limbah tersebut kini menjadi permasalahan lingkungan yang serius karena semakin banyaknya jumlah limbah plastik yang ada dan tingkat kebahayaan yang dapat ditimbulkan dari limbah plastik bagi makhluk hidup lainnya. Perlu diketahui bahwa plastik juga merupakan bahan anorganik buatan yang tersusun dari bahan-bahan kimia yang cukup berbahaya bagi lingkungan. Limbah yang berasal dari plastik sangat sulit untuk diuraikan secara alami. Untuk dapat menguraikan limbah plastik secara alami membutuhkan waktu kurang lebih 100 tahun agar plastik dapat terurai dengan sempurna. Sedangkan kita semua tahu, kebutuhan plastik khususnya di Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya sehingga hal itu dapat menyebabkan semakin banyaknya limbah dari sampah plastik tersebut. Dan di Indonesia sendiri tentu sudah kita ketahui tentang fenomena limbah plastik yang

semakin

menggunung,

yang

tentu

saja sangat

mengganggu

kenyamanan. Untuk mengatasi hal ini tentu saja diperlukan cara untuk mengolah limbah plastik tersebut menjadi hal yang lebih berguna dan juga memiliki manfaat bagi alam, salah satu caranya dengan mendaur ulang limbah plastik tersebut menjadi bahan bakar, yakni bahan bakar berupa minyak. Karena tidak bisa kita pungkiri, permintaan pasokan minyak bumi sebagai bahan bakar semakin meningkat setiap tahunnya. Dengan mengolah limbah plastik menjadi bahan bakar minyak, selain dapat mengurangi limbah plastik maka kita juga bisa ikut menghemat persediaan minyak bumi di alam. Pengolahan plastik menjadi minyak ini tentu

29 | M i n y a k B u m i

saja dapat dilakukan dengan cara yang sangat sederhana, dan bisa diterapkan oleh masyarakat tanpa mengeluarkan biaya yang besar. Limbah plastik dapat diubah menjadi minyak dikarenakan pada dasarnya plastik berasal dari minyak bumi, jadi limbah plastik tersebut seolah mengalami proses daur ulang. Selain itu, minyak yang dihasilkan dari plastik ini juga memiliki nilai kalor yang cukup tinggi setara dengan bahan bakar fosil seperti bensin dan solar. C. ALAT DAN BAHAN 1. Alat sederhana/ reaktor rakitan sendiri untuk mengubah sampah plastik menjadi minyak cair. Yang terbuat dari komponen : a. Kaleng bekas berukuran sedang b. Pipa aluminium bekas c. Selang plastic d. Ember plastic e. Lem khusus (foxy) f.

Gelas kaca

2. Bahan-bahan yang diperlukan, yakni : a. Kayu bakar b. Sampah plastik (yang digunakan berupa kantong plastik dan bekas minuman plastik) c. Air dan es D. PROSEDUR KERJAA 1. Pembuatan Reaktor a. Siapkan peralatan yang ada. b. Ambil kaleng, lalu lubangi pada pojok atasnya. Lubangi hingga sekiranya pipa besi dapat masuk ke dalamnya.

30 | M i n y a k B u m i

c. Kemudian ambil Lem Foxy hitam dan putih, lalu campurkan kedua lem. Setelah itu tempelkan pada pipa besi yang telah masuk ke dalam lubang di kaleng. d. Tutup sela-sela lubang menggunakan lem. Pastikan tidak ada rongga disekitar lubang. Tunggu hingga lemnya mengering. e. Setelah lemnya mengering, pasang selang plastik pada pipa besi. Alat pembuatan bahan bakar minyak siap digunakan 2. Persiapan Bahan Limbah Plastik Pertama-tama sampah plastik dibersihkan dari segala jenis pengotor dengan cara dicuci dengan air, setelah bersih sampah tersebut dijemur dibawah sinar matahari hingga mengering. 3. Proses Pirolisis Bahan baku sampah plastik yang telah dibersihkan dimasukkan kedalam reaktor

hingga

pembakaran

hampir

selama



penuh, 15-20

kemudian menit.

bakar

Hingga

reaktor.

hasil

Tunggu

pembakaran

menghasilkan uap berupa cairan berwarna kekuningan yang masuk kedalam pipa dan selang. Selang sebelumnya telah di rendam dalam air dan es, untuk dapat mempercepat proses pendinginan. Tunggu hingga minyak hasil penguapan tersebut keluar melalui pipa dan ditampung di gelas kaca. Data Pengamatan

NO.

PERLAKUAN

1

Pembuatan Reaktor

2

Persiapan Bahan Limbah Plastic

3

Proses Pirolisis

4

a. Pengemasan b. Pelabelan

31 | M i n y a k B u m i

KET.

LAPORAN PEMBUATAN PRODUK 1. Nama Produk 2. Alat dan Bahan 3. Proses Pembuatan 4. Dokumentasi (berupa foto dan video) a. Foto dilampirkan ke dalam hasil laporan b. Video proses pembuatan produk diunggah/di upload ke dalam youtube

Uji Pemahaman Coba ingat-ingat kembali percobaan yang telah dilakukan. Tuliskan dengan bahasa sendiri apa yang ada di dalam percobaan dan sebutkan keterkaitan STEM dengan percobaan materi Minyak Bumi. Jawaban dapat ditulis pada daftar table berikut ini: Analisis Aspek STEM pada Pembuatan Bahan Bakar dari Limbah Plastik Analisis Aspek Science

Technology

Engineering

Mathematics

…

Ex: Direndam dalam air dan es, untuk dapat mempercepat proses pendinginan …

…

…

…

…

…

…

…

…

Ex: Pemisahan fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didih

Ex: Menggunakan Tangki bekas untuk pembuatan reaktor …

32 | M i n y a k B u m i

Ex: Pembakaran selama ± 15-20 menit …

GLOSARIUM Eksploitasi : Rangkaian kegiatan untuk mengambil minyak bumi yang akan diolah Fraksi : Pecahan atau komponen suatu campuran Haloalkana : Suatu senyawa karbon yang mempunyai gugus halogen Jelaga : Butiran arang berwarna hitam yang sangat lunak terjadi dari asap kendaraan Penyulingan : Proses mendidihkan zat cair dan mengembunkan uap serta menampung embun di dalam wadah lain Petroleum : Minyak bumi Polutan : Zat-zat yang bisa menyebabkan timbulnya polusi

RANGKUMAN 1. Minyak bumi merupakan campuran dari berbagai senyawa. Penyusun utama minyak bumi adalah hidrokabon, terutama alkana, sikloalkana, dan senyawa aromatis. 2. Minyak bumi terbentuk dari jasad renik yang berasal dari hewan dan tumbuhan yang telah mati. 3. Pengolahan minyak bumi dilakukan pada kilang minyak melalui dua tahap : Pengolahan tahap pertama dengan cara distilasi bertingkat Pengolahan tahap kedua dengan berbagai macam proses seperti perengkaha, ekstraksi, kristalisasi, serta pembersihan dari kontaminasi. 4. Angka oktan adalah angka yang menunjukkan mutu bensin, dibandingkan dengan bensin standar yang mengandung isooktan dan nheptana. Semakin tinggi angka oktan, semakin baik mutu bensin. 5. Bensin standar yang mengandung 100% isooktana diberi angka oktan 100, sedangkan yang mengandung 100% n-heptana diberi angka oktan 0.

33 | M i n y a k B u m i

DAFTAR PUSTAKA Bybee. R. W. 2013. The Case for STEM Education : Challenges and Opportunity. Arlington IV: National Science Teachers Association Press. Hanover Research. 2011 . K-12 STEM Education Overview. Washington DC: Hanover Research. Ilmu kimia. (2019, 10 Maret). Pengertian Minyak Bumi, Proses Pembentukan, Pengolahan, Fraksi, dan Manfaatnya. Diakses pada 15 Oktober 2021, dari https://www.pakarkimia.com/minyak-bumi/ Irmita, L. U . 2018. Pengembangan Modul Pembelajaran Kimia Menggunakan Pendekatan. Science, Technology, Engineering And Mathematic (Stem) Pada Materi Kesetimbangan Kimia. Jurnal Pendidikan Kimia Volum 2, Nomor 2. Jauhariyah, F. R., H. Suwono., Ibrahim. 2017. Science, Technology, Engineering and Mathematics Project Based Learning (STEM-PJBL) pada Pembelajaran Sains. Pros. Seminar Pend. IPA PascasarjanaUM. Volume 2: 432-436. Purba, Michael. 2016. Kimia 1B untuk SMA Kelas X. Jakarta : Erlangga. Seider W.D., Lewin, D.R., 1999,”Process design Principles”, John Wiley & Sons, New York.

34 | M i n y a k B u m i