HUJAN ASAM

HUJAN ASAM

Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Kajian IPA Kimia Dosen : Dr. Hernani, M.Si.

Oleh Kelompok 2

AMAIRA UTAMI

1707073

HUSNUL CHATIMAH

1706456

ISHMATUL MAULAA

1707078

JURUSAN PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2018

0

Pendahuluan

Masalah lingkungan yang kita hadapi dari tahun ke tahun semakin meningkat baik yang berasal dari pencemaran air maupun pencemaran udara. Hal ini bukan hanya disebabkan oleh kegiatan industrinya, tetapi juga oleh aktivitas manusia dalam rumah tangga. Banyak orang kurang menyadari akan telah terjadinya pencemaran udara, padahal sekitar 15% kematian disebabkan pencemaran udara. Pencemaran udara di kota-kota besar seperti Jakarta telah cukup memprihatinkan. Jakarta sebagai kota metropolitan dibebani oleh kegiatan transportasi yang cukup padat yang memberi sumbangan bahan pencemar udara yang cukup signifikan, demikian halnya untuk kota-kota besar lainnya. Akhir-akhir ini permasalahan pada sumberdaya air mulai banyak bermunculan sebagai akibat dari pencemaran lingkungan yang telah berlangsung bertahun-tahun sebelumnya. Permasalahan paling sering muncul biasanya dari segi kuantitas, tetapi kualitas  pun akhir-akhir ini semakin banyak permasalahannya. permasalahann ya. Menurunnya kualitas air bisa dikarenakan adanya perkembangan di daerah tersebut seperti industri, transportasi dan lainnya terutama di daerah perkotaan. Setiap daerah pasti mengalami perkembangan. Perkembangan bisa ditandai dengan adanya pertambahan jumlah penduduk, permukiman baru, meningkatnya kendaraan. Pertambahan jumlah penduduk pasti memiliki dampak seperti semakin banyaknya sumberdaya yang dibutuhkan. Pengelolaan sumberdaya untuk memenuhi kebutuhan manusia akan pangan, papan dan sandang, serta kebutuhan lainnya pasti akan menggunakan berbagai teknologi. Teknologi di samping membawa kemakmuran dapat pula membawa pengaruh sampingan berupa limbah buangan atau bahan sisa tidak terpakai. Limbah yang dibuang ke alam bisa menyebabkan kerusakan alam baik air, tanah maupun udara. Sumber polutan seperti gas SO2  dan NO2  banyak dihasilkan dari pembakaran bahan  bakar minyak (BBM). Penggunaan Penggun aan BBM tersebut tersebu t banyak dikonsumsi untuk transportasi dan industri di kota-kota besar. Untuk rumah tangga penggunaan BBM tersebut dirasakan menurun sejak berlakunya penggunaan gas pengganti minyak terutama di kota-kota besar. Polutan seperti oksida sulfur (SO2) dan oksida nitrogen (NO2) melalui reaksi oksidasi akan  berubah menjadi SO3  dan NO3, selanjutnya berubah menjadi senyawa sulfat dan senyawa nitrat. Senyawa-senyawa tersebut akan berpindah dari atmosfer ke permukaan bumi melalui  presipitasi dan deposisi langsung, sehingga dikenal deposisi basah dan deposisi kering. Deposisi basah terjadi dengan pembentukan awan dan akhirnya turun sebagai hujan, salju atau kabut yang mengandung asam. Air hujan yang membawa asam melalui proses deposisi  basah bila pHnya dibawah 5,6 maka dapat dikatakan telah terjadi hujan asam. Nilai pH 5,6 1

adalah batas normal dari keasaman air hujan, dimana air murni berada dalam kesetimbangan dengan konsentrasi CO2  global (330 ppm) di atmosfer, dan pH 5,6 digunakan sebagai garis  batas untuk keasaman air hujan. Secara prinsip keasaman air hujan sangat dipengaruhi oleh senyawa-senyawa sulfat (H2SO4), nitrat (HNO3) dan asam chlorida (HCl), karena itu kenaikan atau penurunan senyawa tersebut dapat menyebabkan angka pH turun atau naik. Sedangkan emisi alkali (partikel debu dan gas NH3) akan mempengaruhi keasaman air hujan secara signifikan, dengan menetralkan beberapa faktor asam (Mouli et al., 2005). Adanya ozon di atmosfer  berperanan pula sebagai oksidator SO2  dan NO2  untuk membentuk asam sulfat dan nitrat yang berdampak terjadinya hujan asam.

A. Hujan Asam

Hujan asam terjadi akibat pertemuan antara polutan SO2, SO3, NO2 dan HNO3 dengan  butir air yang bereaksi dan membentuk asam sulfat dan asam nitrat yang membuat pH air kurang dari 5.6. Semua unsur polutan tersebut merupakan hasil sampingan dari proses  pembakaran bensin dan solar baik dari kendaraan maupun asap pabrik (Cahyono, 2010). Hujan asam telah menimbulkan masalah besardi daratan Eropa, Amerika serta di Asia termasukIndonesia. Dampak negatif dari hujan asam selainrusaknya bangunan dan  berkaratnya benda-bendayang benda-benda yang terbuat dari logam, juga terjadinya kerusakanlingkungan kerusakanlingkun gan terutama pengasaman (acidification)danau dan sungai yang menyebabkan terganggunya keseimbangan ekosistem baik biotik maupun abiotk. Hujan asam memiliki pH air yang lebih rendah dibanding hujan normal (Sarina dkk, 2015). Gambar berikut menunjukan proses terjadinya hujan asam.

2

Gambar 1. proses hujan asam

Hujan asam merupakan istilah umum untukmenggambarkan turunnya asam dari atmosfir ke bumi. Sebenarnya turunnya asam dariatmosfir ke bumi bukan hanya dalam kondisi “basah” Tetapi juga “kering”. Sehinggadikenal  pula dengan istilah deposisi

(penurunan / pengendapan) basah dan deposisikering. Deposisi basah mengacu pada hujan asam , kabut dan salju. Ketika hujan asam inimengenai tanah, ia dapat berdampak buruk bagi tumbuhan dan hewan , tergantung darikonsentrasi asamnya, kandungan kimia tanah, buffering capacity   (kemampuan air atautanah untuk menahan perubahan pH ), dan jenis tumbuhan/hewan yang terkena. Deposisi kering mengacu pada gas dan partikel yang mengandung asam. Sekitar 50%keasaman di atmosfir jatuh kembali ke bumi melalui deposisi kering.Kemudian angina membawa gas dan partikel asam tersebut mengenai bangunan, mobil, rumah dan  pohon.Ketika hujan turun ,partikel asam yang menempel di bangunan atau pohon tersebut akanterbilas, menghasilkan air permukaan yang asam. Angin dapat membawa material asam pada deposisi kering dan basah melintasi  bataskota dan Negara sampai ratusan kilometer. Untuk mengukur keasaman hujan asamdigunakan pH meter. Hujan dikatakan hujan asam jika telah memiliki pH dibawah 5,0 (Air murni mempunyai pH 7). Semakin rendah pH air hujan tersebut, maka semakin  beratdampaknya bagi mahluk mahl uk hidup.

3

B. Asam

Hujan asam sangat berkaitan dengan polusi atmosfer dan kimia air yang sebelumnya telah dibahas di bab sebelumnya. Secara historis, ahli kimi mengidentifikasi asam  berdasarkan propertinya, rasanya yang asam, perubahan warna menurut indicator, dan reaksi terhadap

mineral

tertentu.

Meskipun

mencicipi

bukanlah

langkah

cerdas

untuk

mengidentifikasi bahan kimia, tetapi rasa asam cuka dan buah lemon sudah tentu asam. Asam juga menunjukan sifat kimiawi yang umum. Sebagai contohnya, litmus,  pewarna tanaman, berubah dari biru menjadi pink dengan adanya asam. Sifat asam lainnya yang umum adalah dalam kondiisi tertentu, asam dapat melarutkan material seperti marmer atau cangkang telur. Keduanya mengandung ion karbonat baik sebagai kalsium atau magnesium karbonat. Keberadaan asam dalam karbonat melepaskan karbon dioksida. Sepertihalnya yang terjadi dalam perut manusia ketika sendawa. Dalam level molekular, asam  adalah senyawa yang melepaskan ion hydrogen, H+ dalam bentuk aqueous. Ingat bahwa atom hydrogen secara elektrikal adalah netral yang terdiri atas satu electron dan satu proton. Jika electron hilang, maka akan bermuatan positif H+ karena hanya proton yang tertinggal. Terkadang, H+ biasanya disebut juga ju ga proton. Perhatikan gas hydrogen klorida, pada suhu ruangan terdiri atas molekul HCl. Gas tersebut dapat dengan mudah larut dalam air untuk melepaskan dua ion yang disebut dengan ion H+ (aq) dan Cl- (aq).

Dapat dikatakan juga bahwa HCl terdisosiasi menjadi H+ (aq) dan Cl- (aq), atau HCl terionisasi untuk membentuk H+  (aq) dan Cl-  (aq). Pada dasarnya, tidak ada molekul HCl yang tidak terionisasi atau berada tetap pada larutan. Maka, HCl adalah asam yang terionisasi (terdisosiasi) secara sempurna. Terdapat kerumitan dalam pengertian asam sebagai zat yang melepas ion H+ (proton) dalam larutan. Dengan sendirinya, ion H+  sangat reaktif dan mereka akan menempel pada molekul lainnya, seperti molekul air. Ketika larut dalam air, masing-masing HCl akan melepaskan proton H+ kepada molekul H2O, membentuk H3O+ yaitu ion hydronium. Berikut adalah reaksi yang terjadi:

4

Larutan yang terbentuk dari kedua hasil reaksi di atas disebut asam hidroklorik yang memiliki karakteristik dan property asam karena keberadaan ion H3O+  (ion hydronium) dalam bentuk larutan (aqueous). Pertanyaan:

Berdasarkan reaksi asam berikut, tuliskan persamaan kimia yang menunjukan pelepasan ion hydrogen. a. HI(aq), hydroiodic acid   b. HNO3 (aq), nitric acid  c. H2SO4 (aq), sulphuric acid 

C. Basa

Tidak ada pembahasan mengenai asam yang sempurna tanpa menyebutkan rekan kimia mereka, yaitu basa. Basaadalah senyawa yang menghasilkan ion hidroksida, OHdalam bentuk larutan (aqueous). Sebagai contoh, sodium hidroksida (NaOH), senyawa ionic yang larut dalam air untuk memproduksi ion sodium dan ion hidroksida.

Basa memiliki karakteristik dan properti tertentu yang disebabkan oleh keberadaan OH-  (aq). Tidak seperti asam, basa biasanya berasa pahit dan tidak memberikan rasa enak  pada makanan. Ketika larut dalam air, basa akan licin, seperti sabun. Contoh umum dari basa termasuk peralatan rumah tangga yaitu ammonia (larutan NH3) dan NaOH, terkadang disebut larutan alkali. Peringatan pada pembersih oven mengingatkan bahwa larutan alkali dapat mengakibatkan iritasi mata, kulit dan pakaian.

Gambar 2. Oven cleaner  dapat mengandung NaOH yang disebut lye

Ammonia, nitrogen yang mengandung basa, adalah gas yang memiliki bau yang tajam. Larutan ammonia (NH3) dibuat dengan melarutkan gas tersebut di air.

5

Larutan tersebut disebut “ammonia rumah tangga” yang mengandung 5% massa NH 3.

Disebutkan mengenai basa yang melepaskan ion hidroksida pada larutan, tidak dapat menjelaskan secara jelas mengapa larutan ammonia adalah senyawa basa. Secara jelas, molekul air dapat mentransfer ion hydrogen ke NH3 (aq) untuk membentuk ion ammonium,  NH4 (aq).

Asumsikan bahwa H+  dalam persamaan tersebut dating dari molekul air, reaksi larutan ammonia dengan air dapat menunjukan pembentukan ammonium hidroksida,  NH4OH.

Sumber dari ion hidroksida dalam ammonia rumah tangga sekarang harus tampak. Ammonium hidroksida terdisosiasi untuk membentuk ion hidroksida dan ammonium. Reaksi ini terjadi hanya pada kondisi tertentu, yaitu hanya pada jumlah yang sedikit dari dua ion yang terbentuk dalam larutan ammonia. Hal tersebut sudah cukup untuk memproduksi larutan  basa.

D. Netralisasi: Basa adalah Antasida

Asam dan basa saling bereaksi. Hal ini tidak hanya akan terjadi pada tabung reaksi di laboratorium,tapi juga di rumah dan hamper di semua lingkungan ekologi di bumi. Sebagai contohnya, jika menyimpan jus lemon pada ikan, makaakan terjadi reaksi asam-basa. Asam dalam lemon menetralisir senyawa seperti ammonia yang diproduksi oleh “bau ikan”. Hal ini

terjadi juga jika pupuk ammonia di lahan bereaksi dengan emisi asam dari pembangkit listrik, netralisasipun terjadi. Kebanyakan reaksi asam-basa terjadi cepat dan hampir seketika. Reaksi berikut membahas mengenai reaksi asam-basa pada larutan asam hidroklorik dan sodium hidroksida. Jika volume dan konsentrasi sama dicampur, produksi yang akan dihasilkan adalah sodium klorida serta air.

Ini adalah contoh dari netralisasi, reaksi kimia dimana ion hydrogen membentuk asam yang dikombinasikan dengan ion hidroksida yang membentuk basa dan molekul air. Pembentukan air dapat direpresentasikan sebagai berikut: 6

Bagaimana mengenai ion sodium dan klorida? Berdasarkan reaksi kimia sebelumnya, HCl dan NaOH dapat secara sempurna terdisosiasi menjadi ion ketika terlarut dalam air. Maka reaksi yang akan terjadi adalah sebagai berikut:

Larutan netral baik asam maupun basa, memiliki konsentrasi ion H+ dan OH-  yang

setara. Air murni adalah larutan yang netral. Beberapa larutan garam juga netral seperti yang terbentuk dari melarutkan NaCl di air murni. Sebaliknya, larutan asam mengandung konsentrasi ion H+ lebih tinggi daripada OH-, dan larutan basa memiliki konsentrasi ion OHlebih tinggi daripada ion H+. Ini dapat terlihat aneh bahwa larutan asam mengandung ion OH-  juga larutan basa yang mengandung H+. akan tetapi ketika air terlibat, bukan tidak mungkin untuk membentuk H+  tanpa OH-  ataupun sebaliknya. Simple, berguna dan hubungan yang sangat penting muncul diantara konsentrasi ion hydrogen dan ion hidroksida dalam larutan (aqueous).

Kurung persegi mengindikasi bahwa konsentrasi ion terutarakan dalam molaritas dan [H+] yang dibaca sebagai “konsentrasi ion hydrogen”. Ketika [H +] dan [OH-] dikalikan  bersama, produk yang dihasilkan adalah sebuah konstanta sebesar 1x10-14  seperti yang terlihat dalam ekspresi matematis diatas. Ekspresi matematis ini juga menunjukan bahwa konsentrasi H+  dan OH-  saling terikat ketika [H+] naik, [OH-] menurun. Dan ketika [H+] menurun, [OH-] meningkat. Kedua ion tersebut terdapat dalam larutan aqueous. Diketahui konsentrasi H+ dalam reaksi sebelumnya dikalkulisikan dengan konsentrasi OH-  (ataupun sebaliknya). Sebagai contohnya, jika sampel hujan memiliki konsentrasi H+ sebanyak 1x10-5 M, kita dapat menghitung konsentrasi OH- dengan mensibstusikan 1x10-5 M untuk [H+].

7

Konsentrasi ion hidroksida (1x10-9  M) lebih kecil dari konsentrasi ion hydrogen (1x10-5  M), larutan asam. Dalam air murni atau dalam larutan netral, molaritas dari ion hydrogen dan ion hidroksida setara yaitu 1x10-7 M. dengan menggunakan ekspresi matematis dapat terlihat bahwa: [H+][OH-] = (1x10-7)(1x10-7) = 1x10-14

E. Pendahuluan Mengenai pH

Kata “pH” mungkin terdengar familiar. Peralatan tes tanah dan air dalam aquarium

dan kolam renang melaporkan tingkat keasaman dalam pH. Penulisan pH selalu ditulis dengan kata p kecil dan H besar yang berarti “ power of Hidrogen yaitu, kekuatan hydrogen”.

Dalam kata yang sangat simple, data disingkat pH yaitu number yang biasanya berkisar antara 0 dan 14, yang mengindikasikan keasaman larutan .

Dalam skala nilai tengah, pH 7 membedakan larutan asam dan basa. Larutan dengan  pH kurang dari 7 adalah larutan asam, dan larutan dengan pH lebih dari 7 adalah alkaline atau  basa. Gambar di bawah menunjukan hujan “normal” biasanya agak asam dengan pH berkisar

antara 5-6. Sedangkan air murni mempunyai pH 7, yang harus diketahui adalah bahwa air hujan bukanlah H2O murni. Hujan asam lebih asam daripada hujan “normal” dan emmpunyai pH lebih rendah . Dalam pembahasan selanjutnya, akan membahas senyawa

tambahan lain yang membuat air hujan menjadi asam dan bahkan lebih asam dari yang lainnya.

Seperti yang telah dikira, nilai pH berkaitan dengan konsentrasi ion hydrogen, dimana hal ini dihubungkan dengan konsentrasi ion hidroksida. Untuk larutan dimana nilai [H+] adalah pangkat 10, nilai pH adalah pangkat nilai tersebut (eksponen) dengan tanda yang diganti. Sebagai contoh, jika [H+] = 1x10-3  M, makabilai pH adalah 3. Sama halnya untuk [H+] = 1x10-9 M, nilai pH adalah 9. Satu aspek skala pH mungkin akan terlihat sedikit membingungkan. Seiring dengan nilai pH yang menurun, keasaman akan meningkat. Sebagai contohnya, air dengan pH 5 sedikit lebih asam dengan pH 4. Hal ini karena, pH 4 berarti bahwa nilai [H+] adalah 0.0001 M. sedangkan, larutan dengan pH 5 lebih cair dengan nilai [H+] = 0.00001 M. Larutan kedua 8

ini kurang asam dengan hanya 1/10 konsentrasi ion hydrogen sebagai larutan pH 4. Berikut hubungan antara pH dan konsentrasi ion hydrogen.

Gambar 3. Hubungan pH dan konsentrasi ion hydrogen

F. Tantangan Pengukuran pH Air

Hujan hanyalah salah satu cara asam bisa turun ke permukaan bumi dan air. Salju dan embun adalah hal yang berbeda. Kata deposisi asam termasuk bentuk yang basah seperti hujan, salju, embun dan suspense mikroskopik dari tetes air yang menyerupai awan biasanya lebih asam dan lebih berbahaya dari hujan asam. Termasuk juga bentuk “kering” dari asam. Sebagai contohnya, selama musim panas, partikel asam yang kecil

(aerosol) yaitu senyawa ammonium nitrat (NH4 NO3) dan ammonium sulfat ((NH4)2SO4) dapat menempel pada permukaan. Endapan yang kering dapat sesignifikan seperti endapan  basah dari hujan, salju dan kabut. Aerosol tersebut, berkontribusi terhadap partikel udara seperti pada gambar berikut:

Gambar 4. Peta pembagian daerah yang terkena hujan asam

9

Bagaimana level keasaman dari daratan United States, Alaska, Hawaii dan Puerto Rico? Untuk menjawab pertanyaan ini, kami memerlukan alat analitikal yaitu, pH meter. Banyak tipe pH meter yang tersedia, tergantung kondisi mana alat tersebut akan digunakan and seberapa besar kamu akan membayar. pH meter yang paling memungkinkan untuk digunakan memiliki tutup  probe  yang special dengan membrane yang sensitive terhadap H+. Ketika  probe tersebut dicelupkan dalam sampel, ion H+akan membentuk tegangan listrik sepanjang

membran.

Meteran

yang

mengukur

tegangan

listrik,

mengubahnya

ke

pH

dan

mengidentifikasi bilai pH pada layar digital seperti gambar berikut:

Gambar 5. Alat untuk pengukuran pH

Alat tersebut bisa langsung digunakan untuk mengukur pH dari sampel air hujan, walaupun melalui prosedur tertentu, seperti mengkalibrasi elektroda yang penting untuk mendapatkan hasil yang akurat. Tantangan yang lebih adalah untuk mengumpulkan sampel air hujan tanpa mengkontaminasinya. Seperti contoh, wadah yang digunakan harus sangat  bersih dan bebas dari keringat dari tangan atau mineral dari air yang digunakan untuk mencuci. Ketika wadah ditempatkan, wadah tersebut harus cukup tinggi untuk menjaga dari kontaminasi percikan air dari tanah ataupun objek sekitar. Terkadang, kontaminasi masih tetap terjadi dari serbuk tanaman, insect, burung, daun, debu dan bahkan abu dari api. Salah satu cara untuk meminimalisir kontaminasi yaitu dengan menyusun kumpulan air hujan dalam wadah dengan tutup dan sensor kelembaban yang membuka tutup tersebut ketika hujan turun. Hal ini digunakan untuk mengumpulkan sampel oleh hamper 250 tempat  National Athmospheric Depositin Program/National Trends Network (NADP/NTN). Gambar  berikut menunjukan sampel yang digunakan oleh stasiun monitoring NADP/NTN yang telah digunakan lebih dari 25 tahun. Satu wadah untuk elemen kering (terbuka ketika tidak hujan)

10

dan yang lainnya tertutup. Sensor tersebut membuka wadah tersebut (dan menutup yang lainnya) ketika hujan turun.

Gambar 6. sampel yang digunakan oleh stasiun monitoring NADP/NTN

Menentukan dimana tepat untuk menyimpan beberapa alat tersebut juga sebuah tantangan. Karena kendala anggaran, alat tersebut tidak bisa disimpan dimana saja yang dikehendak. Para peneliti dapat memikirkan keuntungan yang akan didapat dengan menyimpan alat tersebut deket ekosistem tertentu seperti di taman nasional. Sekarang ini, terdapat banyak koleksi yang disimpan di United Sited yang secara historical merupakan daerah dengan keasaman lebih tinggi. Sampel air hujan telah dikumpulkan secara rutin di United States dan Kanada sejak 1970. Sejak 1978, NADP/NTN telah mengumpulkan lebih dari 250.000 sampel, menganalisis  pH dan ion-ion seperti SO42-, NO3-, Cl-, NH4+, Ca2+, Mg2+, K +  dan Na+. gambar berikut menunjukan lima site aktif dari NADP/NTN di Illinois.

Gambar 7. Lima site aktif 11

Setiap minggu, para peneliti dari Central Analytical Laboratory di Champaign, Illinois, menerima ratusan sampel air hujan. Gambar-gambar berikut mengindikasi magnitude keadaan. Gambar di kiri atas menunjukan koleksi wadah sampel yang akandibersihkan sebelum digunakan kembali. Gambar di kanan atas menunjukan sampel air hujan yang hendak dianalisis, masing-masing ditandai dengan label alphanumeric. Sedikit sampel disisihkan setelah analisis dan disimpan dalam suhu udingin. Gambar kiri atas menunjukan Karen Harlin, direktur laboratoriun sedang berdiri dekat pintu dari ruangan dingin dimana sampel tersebut disimpan. Gambar kanan bawah menunjukan sampel dalam ruangan dingin. Sampel tersebut memungkinkan untuk digunakan oleh peneliti maupun siswa.

Gambar 8. Beberapa sampel air hujan

Sampel air hujan yang digunakan dan dianalisis berasal dari ladang. Duplikasi sampel ini digunakan sebagai check pint   dalam data dan mengidentifikasi level deterirasi dari sampel selama perjalanan. Tulisan berikut menunjukan perubahan kecil yang dapat berubah seiring waktu. Sebagai contoh, bakteri dapat mengkonsumsi natural asam yang terdapat dalam air hujan dalam jumlah yang sedikit (sebagai contoh, asam formic dan asam asetat) yang menyebabkan penurunan level keasaman. Perubahan suhu juga dapat menyebabkan hilangnya gas terlarut dalam sampel. Efek dari kedua hal ini kecil, dank arena pengukuran dilakukan di central laboratorium makan hal ini lebih mudah di standardisasi. Pengukuran di ladang tidak berlanjut pada tahun 2005. Setiap tahun, para peneliti di Central Analytical Laboratory menggunakan data analitikan untuk membuat peta seperti gambar di bawah ini. Dari peta berikut, dapat diketahui bahwa air hujan bersifat sedikit asam. Seperti disebutkan sebelumnya, “air hujan murni” selalu mengandung karbon dioksida dalam jumlah kecil. CO 2 adalah komponen alami

12

dari atmosfer bumi dalam konsentrasi yang rendah- sekitar 385 pppm atau 0.0385%. jumlah karbon dioksida yang sedikit larut dalam air dan menghasilkan larutan asam lemah. H+ (aq) + HCO3- (aq)

CO2 (g) + H2O(l)

Reaksi tersebut terjadi hanya dalam waktu tertentu, yaitu jumlah H+  yang kecil dan HCO3- (ion hydrogen karbonat) dibentuk. Jumlah yang sedikit ini cukup. Pada 25°C, sampel air bereaksi dengan karbon dioksida yang terdapat di atmosfer. Jika peta sebelumnya, dalam beberapa decade kamu akan menemukan beberapa pola. Keasaman telah lebih menurun; di beberapa Negara, nilai pH tidak cukup rendah dibanding sebelumnya. Tapi, seiring penurunan tersebut, pH bukanlah suatu hal yang penting karena pH air hujan yang normal adalah 5.3. CO2  tidak bisa menjadi satu-satunya sumber H+  di air hujan. Jumlah yang sangat sedikit dari asam alami juga berkontribusi kepada level keasaman. Bagaimanapun, tambahan asam tersebut tidak akan terhitung terhadap pH yang kurang dari 5.

G. Keasaman Ekstra

Analisis kimia dari hujan menegaskan bahwa penyebab utama adalah sulfur dioksida (SO2), sulfur trioksida (SO3), nitrogen monoksida (NO), dan nitrogen dioksida (NO2). Senyawa ini secara kolektif ditunjuk SOx dan NOx, lebih dikenal sebagai “SOx dan NOx.” Berdasarkan definisi asam sebagai zat yang mengandung dan melepaskan ion H+ dalam air, SO2, SO3, NO, dan NO2  dapat memenuhi syarat. Karena senyawa ini tidak mengandung hydrogen. SOx dan NOx larut dalam air untuk membentuk asam yang melepaskan ion H+. Meskipun tidak ASAM sendiri, oksida sulfur dan nitrogen yang anhidrida asam, secara harfiah “asam tanpa air.” Ketika anhidrida asam ditambahkan ke

dalam air, asam yang dihasilkan. Misalnya, sulfur dioksida larut dalam air untuk membentuk asam sulfit.

SO2 (g) + H2O(L)

H2SO3

(6. 10)

asam sulfit

Demikian pula, sulfur trioksida larut dalam air untuk membentuk asam sulfat.

SO3 (g) + H2O(L)

H2SO4 (aq)

(6. 11)

asam sulfat

13

Dalam air, asam sulfat merupakan sumber ion H + H2SO4 (aq)

H+(aq) + HSO4- (aq)

(6. 12a)

Ion hidrogen sulfat juga dapat memisahkan untuk menghasilkan ion H + lain.

H2SO2- (aq)

H+(aq) + SO2- (aq)

(6. 12b)

Tambahkan persamaan 6.12a dan 6.12b menunjukkan bahwa asam sulfat memisahkan untuk menghasilkan dua ion hidgrogen dan ion sulfat (SO 2-).

H2SO4 (Aq)

2H+ + SO2- (aq)

(6. 12c)

Dalam cara yang sama tapi lebih rumit, NO2  bereaksi pada udara yang lembab untuk membentuk asam nitrat. Reaksi ini merupakan penyederhanaan dari kimia atmosfer yang terjadi.

4NO2 (g) + 2H2O (l) + O2 (g)

4 HNO3

(6. 13)

asam nitrit

Seperti asam sulfat, asam nitrat juga memisahkan untuk melepaskan ion H +. HNO3(aq)

H + (aq) + NO- (aq)

(6. 14)

ion nitrat

Daerah dengan hujan asam harus menunjukkan peningkatan kadar ion sulfat dan ion nitrat, dari SOx dan NOx masing-masing. deposisi asam ini dapat berupa basah atau kering. Pembakaran emisi batubara dan SO2 membuat emisi sulfur dioksida yang tertinggi di negara-negara dengan banyak tanaman batubara tenaga listrik, pabrik baja, dan industri  berat lainnya yang mengandalkan batubara. Ohio merupakan salah satu negara tersebut. Pada tahun 2004 (dan juga di tahun terakhir), Ohio, diikuti oleh Penn- sylvania dan Indiana, memimpin emisi SO2. tiga negara yang sama menyebabkan emisi NOx juga. Tapi emisi  NOx yang tinggi juga ditemukan di daerah perkotaan besar dengan kepadatan penduduk yang tinggi dan lalu lintas mobil berat. Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa pada tahun 1990 (dan masih hari ini) tingkat tertinggi NO2  atmosfer diukur atas Los Angeles 14

Gambar 9 tidak menunjukkan ini tingkat tinggi karena pengendapan di barat yang gersang sering kering. Meskipun demikian, emisi yang signifikan. Misalnya, vegetasi di Joshua Tree National Park, sebelah timur dari Los Angeles County, telah rusak oleh deposisi kering.

Gambar 9. Peta Los Angeles

H. Sulfur Dioksida Dan Pembakaran Batubara

Batubara mungkin tidak muncul jauh berbeda dari arang atau jelaga hitam, yang keduanya pada dasarnya karbon murni. Ketika karbon dibakar dengan banyak oksigen, membentuk karbon dioksida dan membebaskan sejumlah besar panas (yang tentu saja merupakan alasan untuk membakarnya).

C (dalam batubara) + O2 (g)

CO2 (g)

(6. 15)

Batubara merupakan zat kompleks. Kita bisa mendekati komposisi dengan C135H96O9 NS rumus kimia. Batubara juga mengandung sejumlah kecil dari unsur-unsur seperti silikon, natrium, kalsium, aluminium, nikel, tembaga, seng, arsenik, timbal, dan merkuri. Batubara membakar untuk melepaskan unsur-unsur yang dikandungnya, terutama dalam bentuk oksida. Karena karbon dan hidrogen yang hadir dalam jumlah terbesar,  jumlah besar CO2  dan H2O yang dihasilkan. Tapi pembakaran batubara juga melepaskan merkuri, arsenik, dan memimpin ke dalam lingkungan-jelas menjadi perhatian, tetapi tidak satu yang kita akan mengejar di sini. Pada saat ini, sulfur adalah unsur utama kami yang menarik. Beberapa ratus juta tahun yang lalu, batubara terbentuk dari pembusukan vegetasi seperti yang ditemukan di rawa-rawa atau rawa gambut. Karena sulfur hadir di semua

15

makhluk hidup, sebagian belerang berasal dari vegetasi kuno. Bagaimana- pernah, sebagian  besar sulfur dalam batubara berasal dari ion sulfat (SO42-) secara alami terdapat dalam air laut. Jutaan tahun yang lalu, bakteri di lantai laut dimanfaatkan sulfat sebagai sumber oksigen, menghilangkan oksigen dan melepaskan ion sulfida (S2-). Pada gilirannya, ion sulfida menjadi dimasukkan ke dalam batuan kuno (termasuk batubara) yang berada dalam kontak dengan air laut. Sebaliknya, batubara terbentuk dalam gambut air tawar memiliki kandungan sulfur rendah. Dengan demikian, persen sulfur dalam batubara dapat bervariasi dari kurang dari 1% menjadi sebanyak 6%.

S (s) + O2 (g)

SO2 (g)

(6. 16)

Karena kandungan sulfur batubara bervariasi, pembakaran batu bara menghasilkan sulfur dioksida dalam jumlah banyak. Fakta ini merupakan inti dari hujan asam. Ketika  batu bara dibakar, sulfur dioksida yang dihasilkan berjalan benar di atas cerobong asap  bersama dengan karbon dioksida, uap air, dan sejumlah kecil abu logam oksida. langkahlangkah pengendalian emisi dapat dilakuan, tentu saja, untuk mengurangi jumlah SO2. Setelah di atmosfer, SO2  dapat bereaksi dengan oksigen membentuk sulfur trioksida, SO3.Sulfur trioksida berperan dalam pembentukan aerosol,

2SO2 (g) + O2 (g)

2SO3 (g)

(6. 17)

Reaksi ini cukup lambat, tetapi dipercepat oleh kehadiran partikel padat halus dibagi, seperti tumpukan abu yang naik bersama dengan SO2  tersebut. Setelah SO3  terbentuk,  bereaksi cepat dengan uap air di atmosfer untuk membentuk asam sulfat. jalur lain juga tersedia untuk konversi belerang dioksida menjadi asam sulfat. Salah satu sangat penting melibatkan radikal hidroksil (OH) yang terbentuk dari ozon dan air di hadapan cahaya matahari. Reaksi OH dengan SO2 menyumbang 20-25% asam sulfat pada atmosfer. Reaksi ini sangat cepat didalam intensitas cahaya matahari dan sangat penting ketika musim panas  pada siang hari. Perhitungan kimia dapat membantu menghitung besar SO2 yang dihasilkan oleh  pembangkit listrik tenaga batu bara. Pembangkit membakar 1 juta metrik ton batubara tahun, di mana metrik ton setara dengan 1000 kg, atau 1 × 103 g. 1 × 106 metrik ton batu bara / tahun = 1 × 109 kg batu bara / tahun = 1 × 10 12 g batu  bara / tahun. Anggaplah batu bara rendah sulfur yang mengandung 2,0% sulfur; yaitu, 2,0 g 16

sulfur per 100 g batubara. Pertama kita dapat menghitung gram belerang yang dilepaskan setiap tahun dari 1 juta metrik ton (1 × 1012 g) batubara.

Berikutnya, 1 mol belerang bereaksi dengan oksigen membentuk 1 mol SO2  (lihat  persamaan 6.16). Massa molar sulfur adalah 32,1 g, dan massa molar SO2 adalah 64,1 g, yaitu, 32,1 g + 2 (16,0 g). Oleh karena itu, 32,1 g belerang terbakar untuk menghasilkan 64,1 g SO2.

Massa SO2 setara dengan 40.000 metrik ton atau 88 juta pounds dari SO2 per tahun.  pembangkit listrik pembakaran batu bara sulfur yang lebih tinggi dapat memancarkan lebih dari dua kali ini. Hubungan antara pembakaran emisi batubara dan sulfur dioksida di Amerika Serikat sangat jelas. Sebagian besar emisi timbul dari pembangk it listrik (“pembakaran  bahan bakar”) di mana batubara atau bahan bakar fosil lainnya dibakar untuk menghasilkan

listrik untuk konsumsi publik atau industri. Transportasi bertanggung jawab hanya untuk  persen kecil dari emisi karena bensin dan solar mengandung sulfur dengan jumlah yang relatif rendah. Proses industri, seperti memproduksi logam dari bijih logam, bagian untuk sisa emisi. Sebagai contoh, bijih dari kedua tembaga dan nikel sulfida. Ketika sulfida nikel dipanaskan sampai suhu tinggi dalam smelter, bijih terurai dan sulfur dioksida dilepaskan. Demikian pula, peleburan tembaga sulfida melepaskan SO2.

17

Gambar 10. Data emisi sulfur dioksida

I. Nitrogen Oksida dan Acidifikasi Los Angeles

Batubara telah dinyatakan sebagai pelaku utama kerusakan lingkungan karena ketika dibakar, batu bara menghasilkan sulfur dioksida. Tapi SO2  bukan satu-satunya penyebab curah hujan asam. Kerusakan lain telah diidentifikasi. misalnya, udara berkabut yang mungkin menetap ke lembah Los Angeles. Meskipun konsentrasi SO2 relatif rendah, hujan masih sangat asam. Pada bulan Januari 1982, kabut dekat Bowl Rose di Pasadena ditemukan memiliki pH 2,5. Bernafas seperti menghirup secangkir cuka yang halus. Keasaman kabut ini melebihi dari curah hujan normal dengan setidaknya 500 kali. Pada tahun yang sama ini, kabut di Corona del Mar di pantai selatan dari Los Angeles adalah 10 kali lebih asam daripada dekat Rose Bowl, dinyatakan dengan pH 1,5. Dalam kedua kasus, sesuatu yang lain dari sulfur dioksida terlibat. Untuk memecahkan misteri tersebut, kita beralih ke mobil dan truk yang macet di Los Angeles secara gratis siang dan malam. pertama, mungkin tidak jelas bagaimana ini ribuan kendaraan berkontribusi curah hujan asam. Bensin terbakar untuk membentuk CO2 dan H2O, bersama-sama dengan sejumlah kecil CO, hidrokarbon tidak terbakar, dan jelaga. Tapi bensin mengandung sedikit belerang. Akibatnya, kita harus mencari sumber lain keasaman.  Nitrogen oksida telah diidentifikasi sebagai kontributor hujan asam, tetapi bensin tidak mengandung nitrogen. Oleh karena itu, logika (dan kimia) menegaskan bahwa nitrogen oksida tidak dapat dibentuk dari pembakaran bensin. Secara harfiah, ini benar. Ingat,  bagaimanapun, bahwa sekitar 80% dari udara terdiri dari molekul N2. Molekul-molekul ini sangat stabil dan untuk sebagian besar yang tidak aktif. Namun demikian, jika suhu cukup tinggi, nitrogen dapat dan tidak bereaksi secara langsung dengan beberapa elemen. Salah satunya adalah oksigen. Dengan energi yang cukup, nitrogen dan oksigen bergabung untuk membentuk nitrogen monoksida (nitrat oksida).

Energi yang diperlukan untuk reaksi ini dapat berasal dari petir atau dari “petir” di

dalam mesin pembakaran internal. Di mobil, bensin dan udara ditarik ke dalam silinder dan dikompresi, membawa molekul N2  dan O2  lebih dekat bersama-sama. Bensin, setelah dinyalakan, membakar dengan cepat. energi melepaskan kekuatan kendaraan. Tetapi kebenarannya adalah bahwa energi juga memicu reaksi kimia (6.18) 18

Reaksi N2 dengan O2 untuk membentuk NO tidak terbatas pada mesin mobil. Reaksi yang sama terjadi ketika udara dipanaskan sampai suhu tinggi dalam tungku dari  pembangkit listrik tenaga batu bara. Oleh karena itu, pembangkit tersebut berkontribusi dalam jumlah besar baik sulfur oksida dan nitrogen oksida yang mengasamkan curah hujan. Secara nasional, pembakaran bahan bakar (misalnya, batu bara) di pabrik utilitas listrik dan industri melepaskan lebih dari sepertiga dari oksida nitrogen. sumber transportasi seperti kendaraan bermotor, pesawat terbang, dan kereta api mencapai lebih dari setengah. Ketika di lingkungan perkotaan, sebuah proporsi yang lebih besar dari NO muncul dari kendaraan  bermotor. Pada awal 1990-an, solusi penghijauan untuk mengurangi emis NO dan penghematan energi diperkenalkan ke manufaktur kaca As oleh Praxair Inc dari Tarrytown, NY. Teknologi pemenang penghargaan mereka menggantikan 100% oksigen untuk udara di tungku besar yang digunakan untuk meleleh dan memanaskan ulang kaca. Beralih dari udara (78% nitrogen) untuk oksigen murni mengurangi 90% produksi NO dan memangkas konsumsi energi hingga 50%. Manufaktur kaca menggunakan Praxair teknologi Oxy-Fuel menyimpan energi yang cukup setiap tahunnya untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari dari 1 juta orang Amerika. Setelah terbentuk nitrogen monoksida sangat reaktif, melalui serangkaian langkahlangkah yang bereaksi dengan oksigen, senyawa organik hidroksil (VOC) untuk membentuk  NO2 .  NO2 (g) + OH (g)

HNO3 (l)

(6.20)

Reaktif menengah spesies A, A', dan A”, hadir dalam jumlah sedikit, sintesis dari

molekul VOC. Produksi hujan asam terhubung ke senyawa jejak yang sama di atmosfer.  Nitrogen dioksida sangat reaktif, beracun, gas merah-coklat dengan bau busuk. Untuk tujuan reaksi yang paling signifikan dari NO2 adalah salah satu yang mengkonversi ke asam nitrat, HNO3. Sebelumnya, persamaan 6.13 penyederhanaan konversi ini. Sebenarnya serangkaian reaksi terjadi dengan adanya sinar matahari. Ini terjadi di udara sekitar Los Angeles, Phoenix, Dallas, dan wilayah metropolitan cerah lainnya. Kunci utama adalah radikal hidroksil. Setelah terbentuk di atmosfer, radikal hidroksil dengan cepat dapat bereaksi dengan nitrogen dioksida untuk menghasilkan asam nitrat.

19

HNO3 memisahkan sepenuhnya dalam air untuk melepaskan H + dan NO -. Hasilnya adalah nilai pH yang sangat mengkhawatirkan yang kadang kala ditemukan dalam hujan dan kabut dari Los Angeles.

J. SO2 dan NOx-Bagaimana cara menumpukknya?

Di Amerika Serikat, antropogenik emisi tahunan (manusia) berada di urutan jutaan sekitar 15 dan 20 juta ton untuk SO2 dan NOx masing-masing. Sebagian besar emisi sulfur dioksida dapat ditelusuri utiliti pembangkit listrik tenaga batu bara. Tingkat polutan ini telah berubah secara dramatis dari waktu ke waktu. Sebelum tahun 1950, jumlah yang relatif kecil NOx terdapat dalam hujan, kabut, dan salju. tingkat  NOx saat ini adalah hasil dari peningkatan tanpa henti emisi. emisi ini, tidak seperti emisi SO2, telah mendatar dalam beberapa tahun terakhir. Sebaliknya, emisi SO2 telah menurun secara substansial sejak puncaknya pada tahun 1974 penghargaan untuk banyak hal, termasuk 1990 Amandemen Clean Air Act. Secara global, tingkat SO2  dan NOx juga berubah dari waktu ke waktu. Yang terakhir yang sukar untuk dilacak. Ini berasal dari jutaan sumber kecil, tidak diatur, dan sumber NOx di seluruh dunia. Sebaliknya, emisi SO2  dapat diperkirakan dengan tingkat akurasi yang wajar. data nasional pada konsumsi bahan bakar fosil dan pemurnian bijih logam yang mengandung sulfur membuat ini mungkin. Untuk mendapatkan perkiraan,  peneliti mulai dengan jumlah bahan bakar fosil (bersama-sama dengan kandungan sulfur mereka) yang diproduksi di suatu negara, kemudian tambah impor bahan bakar fosil, dan akhirnya kurangi ekspor. Logam penyulingan sedikit lebih sulit untuk diperkirakan, sebagai  jumlah sulfur dirilis tergantung pada teknologi yang digunakan (yang tidak selalu diketahui). Meskipun demikian, memungkinkan untuk mencapai kesimpulan menggunakan jenis data.

Gambar 11. Emisi Nitrogen Oksida 20

Salah satu perkiraan diterbitkan pada tahun 2004 menunjukkan kabar baik penurunan emisi SO2 dunia selama dekade terakhir. Kembali di tahun 1970-an, Eropa Barat dan Amerika Utara bersama judul penghasil emisi terbesar di dunia. Tingkat emisi AS kemudian menurun dengan cepat dan orang-orang dari Eropa Barat mengikuti. Eropa Timur mengambil alih peran utama, mencapai puncaknya pada tahun 1989, dan sekarang juga tingkat emisi yang ditinggalkan. penurunan ini terjadi untuk alasan yang berbeda: peraturan lingkungan di Eropa berbeda dengan depresi ekonomi di Eropa Timur.

Tabel 1. Perkiraan Emisi Global Perkiraan Emisi Global Sulfur Dioksida dan Nitrogen Oksida †

SO2*TIDAK  x

Sumber alami

25

Oceans ‡

Tanah

5.6

Gunung berapi

10

Petir

5.0

Subtotal

35

10,6

Sumber antropogenik

semua sumber

69

 pembakaran bahan bakar fosil

33,0

 pembakaran biomassa

7.1

Pesawat terbang

0,7

Subtotal Total

69

40,8

104

51,4

* Dalam unit 1012 g sulfur / tahun. †Dalam satuan 10 12 g nitrogen / tahun.

Belerang dipancarkan dari lautan dalam bentuk

dimetil sulfida daripada SO2. Senyawa ini secara

alami dikonversi menjadi belerang dioksida oleh radikal hidroksil, OH. Sumber: Perubahan Iklim 2001: Dasar Ilmiah, Kontribusi Kelompok Kerja I Laporan Penilaian Ketiga dari Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim, Cambridge University Press, 2001, hal. 315 dan  p. 260. Dicetak ulang dengan izin.

21

Benua Asia memimpin emisi SO2. Pada tahun 1970, Amerika Serikat memancarkan sekitar 30 juta ton sulfur dioksida dan China sekitar 10 juta ton. Pada tahun 1990, kedua negara melepaskan sekitar 22 juta ton. Dengan dimulainya tahun 2000, Cina muncul sebagai  pemimpin yang jelas dalam emisi SO2. Namun, dengan penutupan beberapa tambang  batubara tidak efisien yang lebih tua, emisi dari China belum bangkit secepat mereka bisa.. Tabel 1 menyajikan pandangan global tentang SO2  dan NOx, emisi dari kedua sumber alam dan antropogenik. Jelas, manusia bukan satu-satunya generator sulfur dan nitrogen oksida. Meskipun demikian, jumlah sulfur ditambahkan ke atmosfer oleh manusia adalah dua kali lipat dari gunung berapi, lautan, dan sumber-sumber alam lainnya. Jumlah nitrogen ditambahkan sebagai NOx oleh manusia kira-kira empat kali dari sumber-sumber alam seperti petir dan bakteri yang ditemukan di tanah. menunjukkan kompleksitas jalur alami nitrogen dalam biosfer. Menginterpretasikan data dari Tabel 1. emisi alami secara inheren variabel dan sulit untuk memperkirakan. Sebagai contoh, penelitian telah menunjukkan bahwa ton NOx dibentuk oleh petir sangat bervariasi menurut wilayah (cenderung lebih tinggi di dekat khatulistiwa) dan berdasarkan bulan (lebih tinggi selama bulan Juli di belahan bumi utara, Januari di Southern). Selain itu, konsentrasi lokal dari NOx tunduk pada arus naik dan downdrafts badai. Kadang-kadang, peristiwa geologi utama mengubah pola. Letusan Juni 1991 Gunung Pinatubo di Filipina. Letusan ini, yang terbesar di abad ini, disuntikkan antara 15 dan 30 juta ton sulfur dioksida ke stratosfer. Pada ketinggian ini, SO2 bereaksi untuk membentuk tetesan kecil dan kristal beku asam sulfat. Selama berbulan-bulan, aerosol H2SO4 tetap tergantung di atmosfer, yang mencerminkan dan menyerap cahaya matahari. Penurunan sementara suhu global rata-rata diamati pada akhir 1991 yang berlanjut sampai 1992 dikaitkan dengan efek dari letusan. Ketika efek pendinginan dari Gunung Pinatubo dimasukkanke program komputer yang digunakan untuk memodelkan perubahan suhu global, prediksi setuju  berbanding lurus dengan hasil pengamatan. Bukti juga menunjukkan bahwa kristal beku H2SO4 disediakan banyak situs katalitik baru untuk reaksi kimia yang menyebabkan kerusakan ozon stratosfir.

K. Endapan Asam dan Efeknya terhadap Bahan

hujan, kabut, dan salju di Amerika Serikat lebih asam dibandingkan curah hujan 22

tercemar. Secara regional, keasaman hujan telah meningkat secara signifikan sejak Revolusi Industri. Dalam kasus terburuk, kabut dan embun dapat memiliki pH 3,0 atau lebih rendah. Selama tahun 1980 Kongres AS mendanai upaya penelitian nasional yang disebut Asam Pengendapan Assessment Program Nasional (NAPAP). Lebih dari 2000 ilmuwan yang terlibat, dengan pengeluaran total $ 500 juta. Proyek ini selesai pada tahun 1990, dan  para ilmuwan yang berpartisipasi menyiapkan laporan 28-volume (NAPAP, Persatuan Sains dan Teknologi, 1991). Beberapa materi ini diambil dari laporan NAPAP dan dari laporan dari konferensi pada tahun 2001. Konferensi ini berjudul “Hujan Asam: Apakah Soal?” Dan

d isponsori oleh Pusat Informasi Lingkungan. Tujuannya adalah untuk “menempatkan masalah hujan asam tepat kembali di garis depan dalam agenda publik. Hujan asam tetap  pada agenda public, satu alasannya kerusakan yang terjadi akibat hujan asam sepereti efek dari hujan asam pada logam, patung-patung, dan bangunan. Tabel 2. Pengaruh Hujan Asam dan Manfaat Pemulihan Pengaruh Hujan Asam dan Manfaat Pemulihan Efek

Manfaat Pemulihan

Bahan

Kurang kerusakan bangunan, benda-benda

deposisi asam kontribusi untuk korosi dan

 budaya, dan mobil, sehingga menurunkan

kerusakan bangunan, benda-benda budaya,  biaya dan mobil. Hal ini mengurangi nilai mereka

masa

depan

mengoreksi

dan

memperbaiki kerusakan tersebut

dan meningkatkan biaya mengoreksi dan memperbaiki kerusakan. Kesehatan manusia

Lebih sedikit kunjungan ke ruang gawat

Sulfur dioksida dan nitrogen oksida dalam

darurat, rawat inap lebih sedikit, dan

 peningkatan udara kematian akibat asma

kematian lebih sedikit

dan

bronkitis

dan

merusak

sistem

kardiovaskular  jarak penglihatan

Mengurangi kabut, karena itu kemampuan

Di atmosfer, sulfur dioksida dan nitrogen

untuk melihat pemandangan pada jarak yang

oksida membentuk sulfat dan nitrat aerosol

lebih besar dan dengan lebih jelas

yang

mengganggu

visibilitas

dan

mempengaruhi kenikmatan taman nasional dan pemandangan lainnya.

23

tingkat yang lebih rendah keasaman dalam

Permukaan air

Permukaan air asam menurunkan bertahan air permukaan dan pemulihan kehidupan hidup dari kehidupan hewan di danau dan hewan di danau yang rusak lebih parah dan sungai. Dalam kasus yang lebih parah, sungai. keasaman

menghilangkan

beberapa

atau

semua jenis ikan dan organisme. stres

hutan

pada

pohon

berkurang,

sehingga

deposisi asam kontribusi untuk degradasi mengurangi efek cedera musim dingin, hutan dengan merusak pertumbuhan pohon investasi dan

meningkatkan

kerentanan

serangga,

dan

kekeringan.

mereka  berkuurang pencucian nutrisi dari tanah,

terhadap cedera musim dingin, infestasi dengan demikian meningkatkan kesehatan serangga,

dan

menyebabkan

kekeringan. pencucian

dan

Ini

juga hutan secara keseluruhan.

penipisan

nutrisi alami di tanah hutan. Sumber:Tren Emisi dan Efek di Timur AS, Kantor Akuntan Amerika Serikat General

Dari 100 atau lebih elemen pada tabel periodik, sekitar 80% adalah logam. Logam  biasanya yang mengkilap dan keperakan di Ance tampil lagi; setidaknya, mereka mengkilap sebelum mereka menjadi ternoda atau berkarat oleh hujan asam. Meskipun hujan asam (pH 3-5) tidak mempengaruhi semua logam, sayangnya besi adalah salah satunya logam yang dipengaruhi oleh hujan asam. Besi merupakan bahan utama konstruksi. Jembatan, rel kereta api, dan kendaraan dari semua jenis bergantung dari besi dan baja. Batang baja digunakan untuk memperkuat  bangunan beton dan jalan raya. Di banyak bagian negara, digunakan sebagai dekorasi pagar  besi dan sisi kedua ornamen dan melindungi kota dan rumah di pedesaan. Permasalahan  besi ialah ketika berkarat, yang ditunjukkan oleh persamaan kimia ini.

4 Fe (s) + 3 O 2 (g)

2 Fe2O3 (s)

(6.21)

Berkarat merupakan proses yang lambat. Besi menggabungkan oksigen dengan cepat hanya jika panas atau terbakar, seperti dengan sparkler pada tanggal empat Juli. Tetapi pada suhu kamar, besi membutuhkan ion hidrogen untuk berkarat. Bahkan air murni (pH = 7) memiliki konsentrasi H

+

cukup lambat memdorong untuk berkarat. Di hadapan asam,

24

 proses karat sangat dipercepat. Peran H + jelas dalam persamaan 6.22, langkah pertama dari  proses kedua. Pada langkah ini, logam besi terlarut.

4 Fe (s) + 2O2 (g) + 8 H+(aq)

4 Fe2+ (aq) + 4H2O (l)

(6.22)

Pada langkah kedua, cairan Fe2+ lanjut bereaksi dengan oksigen 4 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4H2O(l)

2Fe2O3 (aq) + 8H+ (aq)

(6.23)

Padatan Fe2O3 ialah bahan dengan warna coklat kemerahan yang biasa disebut dengan karat. Karena besi secara inheren tidak stabil saat berada di lingkungan alam, sejumlah uang yang sangat besar dihabiskan setiap tahun untuk melindungi besi dan baja di jembatan, mobil, bangunan, dan kapal. Cat adalah cara yang paling umum perlindungan, tetapi bahkan cat degradasi, terutama ketika terkena hujan asam dan gas. Pelapisan besi dengan lapisan tipis dari logam kedua seperti kromium (Cr) atau seng (Zn) adalah cara lain untuk  perlindungan. Besi dilapisi dengan seng disebut besi galvanis. Besi galvanis masih rentan terhadap kehadiran hujan asam. Karena itu, struktur galvanis harus diganti lebih sering daripada di masa lalu. Cat mobil dapat terlihat atau diadu oleh deposisi asam. Untuk mencegah hal ini,  produsen mobil sekarang menggunakan cat tahan asam. Ini adalah sebuah ironi bahwa mobil memancarkan mars yang sangat kimia pada catnya. Diikuti NO dari knalpot mobil dan mungkin menemukan bahwa bahan kimia akhirnya berakhir di tetesan pemukul kap mobil Anda. Hujan asam juga merusak patung-patung dan monumen yang terbuat dari marmer. Misalnya, orang-orang di Battlefield Nasional Gettysburg telah menderita kerusakan tidak dapat diperbaiki. Marmer batu kapur, terutama terdiri dari kalsium karbonat, CaCO3,  perlahan-lahan larut dalam adanya ion H +. CaCO3 (s) + 2 H+(aq)

Ca2+ (aq) + CO2 (g) + H2O (l)

25

(6.24)

Gambar 12. Patung yang keropos terkena hujan asam

Pengunjung ke Lincoln Memorial di Washington, DC, belajar bahwa stalaktit besar yang tumbuh di ruang bawah memorial ialah hasil dari hujan asam mengikis marmer, bahan yang mengandung baik kalsium karbonat atau magnesium karbonat (atau keduanya). monumen lainnya di Amerika Serikat bagian timur menderita nasib yang sama. Beberapa  batu nisan batu kapur tidak lagi terbaca. Di seluruh dunia, banyak patung ternilai dan tak tergantikan marmer dan bangunan sedang diserang oleh asam udara Parthenon di Yunani, Taj Mahal di India, dan reruntuhan Maya di Chichen Itza semua menunjukkan tanda-tanda erosi asam. Ironisnya, beberapa deposisi asam di situs ini adalah karena NOx yang dihasilkan oleh bus pariwisata dan kendaraan dengan kontrol emisi minimal.Hujan asam tidak mengenal batas geografis atau politik. Hujan asam telah mengikis reruntuhan Maya di Chichen Itza, Meksiko.

Gambar 13. Reruntuhan yang terkena hujan asam

26

L. Deposisi Asam, Kabut, dan Kesehatan Manusia

Deposisi asam umumnya disebabkan oleh polutan sekunder dari oksidasi gas nitrogen oksida (NO) atau sulfur oksida (SO2) yang dibebaskan ke atmosfer. Proses perubahan gas menjadi asam terjadi selama beberapa hari, dan selama waktu tersebut polutan dapat  berpindah ratusan kilometer dari sumber aslinya. Sumber terbesar sulfur, terutama berasal dari : 1. Pembakaran batubara mengandung 2-3% sulfur dan kemudian sulfur tersebut pada saat dibakar akan teroksidasi menjadi SO. 2. Peleburan biji logam yang mengandung sulfur untuk menghasilkan logam murni. Logamlogam seperti seng, nikel, dan tembaga umumnya mengandung sulfur. 3. Letusan gunung berapi, dapat menambah jumlah sulfur dalam suatu area.

Sedangkan 95% sumber Nitrogen Oksida di atmosfer berasal dari aktivitas manusia, 5% sisanya berasal dari proses-proses alami. Sumber utama NO, yaitu : 1. Pembakaran bahan bakar minyak, batubara, dan gas. 2. Aktivitas bakteri di dalam tanah 3. Kebakaran hutan 4. Kegiatan gunung berapi 5. Petir

Deposisi asam dapat mempengaruhi stabilitas lingkungan, baik lingkungan manusia maupun alam. Banyak dampak yang ditimbulkan oleh peristiwa deposisi asam yang tentunya merugikan bagi kesetimbangan lingkungan alam dan kehidupan manusia. Deposisi asam memiliki bermacam-macam dampak terhadap manusia, antara lain: 1. Pengasaman permukaan air (laut, sungai, danau, rawa, dll) dan serangkaian kerusakan ekosistem. 2. Kerusakan hutan dan tanaman 3. Kerusakan kerangka bangunan 4. Gangguan kesehatan manusia

Efek yang lebih jelas dari deposisi asam seringkali dapat diamati hanya dengan melihat diluar jendela. Siapa pun yang tinggal di bagian timur Amerika Serikat sudah tidak asing lagi dengan kabut musim panas. Kabut akan terlihat secara jelas pada hari yang cerah. Penumpang pesawat terbang, saat mereka mengintip dari jarak 30.000 kaki, mungkin akan 27

memperhatikanfitur dan warna landscape yang kabur. Sama seperti para pengunjung ke Pegunungan Taman Nasional dapat melihat kumpulan foto yang kontras, begitu juga pada Gambar 14.

Gambar 14. Pegunungan Taman Nasional

Penyebab kabut dipahami dengan baik, namun berbeda dari satu daerah ke daerah lainnya. Di timur, misalnya, pembangkit listrik tenaga batu bara di Lembah Ohio dan tempat lain menghasilkan asap dan partikel yang pada gilirannya menciptakan kabut. Di sebelah  barat, serangkaian partikel yang berbeda termasuk debu tanah dan jelaga tungku pembakaran kayu menjadikan kabut semakin tebal. Di daerah timur dan barat, pembangkit listrik memancarkan NOx dan SO2. Seperti yang kita ketahui sebelumnya, batu bara mengandung  belerang beberapa persen, dan saat batu bara dibakar, sebuah aliran sulfur dioksida yang stabil dilepaskan ke atmosfer. Karena belerang dioksida tidak berwarna, gas ini bukan yang kita lihat sebagai "kabut asap." Sebaliknya, SO2 adalah pelopor dari kabut ini. Mari fokus pada molekul SO2 saat keluar dari cerobong asap tinggi dari pembangkit listrik. Saat bergerak melawan angin kencang, SO2  bisa membentuk aerosol asam sulfat melalui beberapa fase. Pertama, reaksi SO2  dengan oksigen membentuk SO3. (Persamaan 6.10) Sulfur trioksida adalah gas tidak berwarna, namun memiliki sifat higroskopik, yaitu mudah menyerap air dari atmosfer dan mempertahankannya. Seperti yang kita lihat dalam  persamaan 6.11, sebuah molekul SO3  dapat bereaksi cepat dengan molekul air untuk membentuk asam sulfat. Tetesan asam sulfat kecil dan mungil kemudian membeku untuk menghasilkan tetesan yang lebih besar. Tetesan ini membentuk aerosol dengan ukuran partikel sekitar 1 mikrometer. Partikel asam sulfat ini tidak menyerap sinar matahari. Sebaliknya, mereka menyebarkan sinar matahari, mengurangi visibilitas Aerosol asam sulfat, yang bisa bertahan 28

 beberapa hari, bisa menempuh perjalanan ratusan mil ke arah angin, itulah sebabnya kabut  bisa menjadi begitu tersebar luas. Selain itu, partikel asam ini cukup stabil sehingga masuk ke dalam bangunan dan menjadi bagian dari udara yang kita hirup di dalam rumah. Anda juga mungkin pernah mendengar tentang aerosol sulfat. Ingatlah bahwa asam sulfat, H2SO4, terionisasi untuk menghasilkan H+, HSO4-, dan SO42-. Konsentrasi masingmasing dapat diukur dalam satu aerosol. Tapi aerosol asam ini bisa bereaksi dengan basa untuk menghasilkan garam yang mengandung ion sulfat. Biasanya basa ini adalah amonia atau dalam bentuk cair, amonium hidroksida. Dengan demikian, partikel dalam aerosol dapat  berupa campuran asam sulfat, amonium sulfat, (NH4)2SO4, dan amonium hidrogen sulfat,  NH4HSO4. Konsentrasi sulfat dan ion hidrogen sulfat (bukan hanya pH) memberikan indikasi yang lebih baik berapa banyak asam sulfat yang awalnya ada. Kabut paling terasa di musim panas ketika ada lebih banyak sinar matahari untuk mempercepat reaksi fotokimia menyebabkan asam sulfat. Akibatnya, jarak pandang rata-rata di Amerika Serikat bagian timur sekarang sekitar 20 mil dan kadang-kadang serendah satu mil. Oleh sebab itu, jarak pandang di negara bagian barat sekarang berkurang dari kisaran sekitar 200 mil atau kurang dari 100 mil. Di mana dahulu kita bisa melihat pegunungan 100 mil jauhnya, namun sekarang kita tidak bisa melihat dengan jarak 100 mil karena tertutup kabut. Meski kabut asam bisa membahayakan kesehatan seseorang, namun perhatian publik adalah pada efek tidak langsung dari deposisi asam. Misalnya, kelarutan tertentu ion logam  beracun, termasuk timbal, kadmium, dan merkuri yang meningkat secara signifikan dengan adanya asam. Unsur-unsur ini secara alami ada di lingkungan, tapi biasanya terikat erat pada mineral yang membentuk tanah dan batu. Terlarut dalam air yang mengandung asam dan diteruskan ke suplai air umum, logam-logam ini dapat menimbulkan ancaman serius pada kesehatan. Peningkatan konsentrasi logam berat telah ditemukan di beberapa waduk utama di Eropa Barat.

M. NOx –  Kabut Ganda

Pada pembahasan kali ini yaitu antara produksi makanan dan emisi NOx. Perbedaan utama antarasenyawa nitrogen dan belerang di lingkungan; yaitu, nitrat yang bertindak sebagaipupuk dan merawat pertumbuhan tanaman. Sebenarnya tanaman juga bergantung  pada belerang, sama seperti bergantung pada karbon, hidrogen, fosfor, dan potasium. Kecuali nitrogen, nitrogen unsur-unsur ini tersedia di biosfer untuk diserap tanaman. Karena bentuk

29

nitrogen yang bisa digunakan tidak mencukupi, kita perlu menambahkannya dalam bentuk  pupuk. Kadar nitrogen bisa rendah di tanah saat N2 membuat begitu banyak pada atmosfer. Meski melimpah, molekul nitrogen bukan dalam bentuk kimia yang bisa digunakan kebanyakan tanaman. Seperti yang tahu, N2 jauh kurang reaktif dari O2. Agar tumbuh, tanaman membutuhkan akses ke bentuk nitrogen yang lebih reaktif, seperti ion amonium, amonia, atau ion nitrat. Bentuk reaktif ini tercantum dalam Tabel 6.3. Semua bentuk nitrogen terjadi secara alami dan sampai saat ini semua tersedia di bumi dalam  jumlah relatif kecil. Tabel 3. Bentuk reaktif Nitrogen

Meskipun kita mengkategorikan N2 sebagai tidak reaktif, satu reaksi yang melibatkan molekul nitrogen adalah sangat penting: identifikasi nitrogen biologis. Tanaman seperti alfalfa, kacang-kacangan, dan kacang polong mengeluarkan, atau "memperbaiki," N2  dari atmosfer (Gambar 15 ).

Gambar 15. Bakteri yang hidup di akar tanaman 30

Bukan tanaman itu sendiri, melainkan bakteri yang hidup di dekat akar tanaman ini yang memenuhi nitrogen. Sebagai bagian dari metabolisme mereka, pencampuran bakteri  pada nitrogen mengambil nitrogen dari udara dan mengubahnya menjadi amonia. Bila amonia larut dalam air, maka akan melepaskan ion amonium.

Ion ini merupakan salah satu dari dua bentuk reaktif nitrogen yang kebanyakan tanaman bisa menyerapnya.

Bentuk nitrogen reaktif lainnya yang dapat diserap tanaman adalah ion nitrat.  Nitrifikasi adalah proses pengubahan amonia di dalam tanah menjadi ion nitrat. Dua jenis  bakteri tersebut terlibat sepanjang jalur ini.

Akhirnya, untuk menjadi lingkaran penuh, terjadi denitrifikasi, yaitu proses  pengubahan nitrat kembali ke gas nitrogen. Sekali lagi, bakteri menyelesaikan tugas ini. Dengan demikian, bakteri memanfaatkan energi yang dilepaskan saat molekul N2  stabil. Bergantung kepada kondisi tanah, jalur dapat terjadi pada langkah-langkah yang mencakup  NO dan N2O. Bentuk nitrogen reaktif juga bisa dilepaskan dari tanah.

31

Gambar 16. Siklus Nitrogen

Penjelasan Siklus Nitrogen

 Nitrogen merupakan unsur terbesar yang terdapat di atmosfer (80 %). Nitrogen merupakan salah satu unsur penyusun asam amino yang merupakan protein yang temukan  pada semua organisme bahkan sampai ke virus. Protein merupakan salah satu senyawa kimia utama yang dibutuhkan oleh tubuh. Protein memiliki peranan vital bagi organisme, seperti fungsi struktural maupun fungsi dungsional di dalam tubuh. Protein bahkan menyusun materi genetik yang berperan sebagai pengatur di dalam tubuh serta yang akan diwariskan kepada keturunannya. Nitrogen di alam dalam bentuk gas  N2 yang tidak dapat digunakan baik oleh tumbuhan maupun hewan. Berbeda dengn tumbuhan dan hewan, bakteri mapu menggunakan nitrogen dalam bentuk gas (N2) untuk metabolismenya, dan menghasilkan senyawa nitrogen dalam bentuk lain, amonium (NH4) dan nitrat (NO3). Dua jalur utama masuknya nitrogen ke dalam suatu ekosistem. Jalur pertama nitrogen  besaral dari deposit nitrogen atmosfer yang berjumlah sekitar 5% samai 10%. Dalam jalur inii  baik- amonium maupun nitrat yang terlarut air hujan maupun yang terbawa oleh debu- debu dapat memasuki suatu ekosistem untuk selanjutnya digunakan oleh tumbuhan. Sedangkan

32

 jalur yang kedua masuknya nitrogen ke dalam suatu ekosistem ialah melalui serangkaian reaksi kimia yang dibantu oleh mikroorganisme. 1. Fiksasi Nitrogen Fiksasi (pengikatan) nitrogen hanya dapat dilakukan oleh prokariota (bakteri dan alga) tertentu yang mampu mengikat senyawa nitrogen dalam bentuk N2 (nitrogen anorganik) menjadi nitrogen organik dengan mengubahnya menjadi asam amino yang merupakan  penyusun protein. Keberadaan prokariota pengikat nitrogen amat penting bagi suatu ekosistem mengingat peranan nitrogen ialah struktural senyawa protein yang menjalankan  banyak fungsi vital di dalam tubuh.  Nitrogen difiksasi oleh bakteri di ekosistem terestrial dan juga bakteri yang  bersimbiosis dengan akar tanaman Leguminoceae, Rhizobium leguminosa. Sedangkan  pada ekosistem akuatik terdapat populasi sianobakteria (alga prokariot) yang mampu mengikat nitrogen bebas dari atmosfer masuk ke badan air yang dapat digunakan oleh tmbuhan air dan alga untuk nutrisi pertumbuhan. Mikroorganisme pengikat nitrogen menggunakan senyawa tersebut untuk reaksi metabolisme di dalam tubuhnya. Hasil samping dari reaksi fiksasi ini akan menghasilkan senyawa amoniayang menjadi prekursor pertama kali nitrogen organik yang dapat digunakan oleh tumbuhan. 2.  Nitrifikasi Merupakan

reaksi

kimia

metabolisme

amonium

(NH4)

oleh

bakteri

nitrit

(Nitrosomonas, Nitrosococus) yang menghasilkan senyawa nitrit (NO2). Amonia (NH3) hasil fiksasi N2 yang dibebaskan ke dalam tanah akan bereasi dengan ion Hidrogen sehingga membentuk senyawa amonium (NH4) yang bersifat asam dan dapat digunakan secara langsung oleh tumbuhan. Amonia (NH3) merupakan senyawa nitrogen dalam  bentuk gas, sehingga dapat menguap ke atmosfer. Pada saat ini amonia mampu membentuk amonium dengan berikatan dengan ion hidrogen. Amonium yang terbentuk di atmosfer akan ikut terbawa dengan aliran hujan yang akan membasahi bumi. Kandungan amonium ini akan mempengaruhi pH tanah di suatu ekosistem. Amonium yang terakumulasi ditanah sebagian besar dimanfaatkan oleh bakteri nitrit untuk menghasilkan energi dan akan menghasilka senyawabuangan NO2. Selanjutnya senyawa nitrit akan digunakan oleh bakteri nitrat (Nitrobacter) yang menghasilkan senyawa nitrat (NO3). Senyawa nitrat jauh lebih “ramah” dibanding senyawa nitrogen

lainnya. Senyawa ini dapat digunakan oleh tumbuhan secara langsung untuk diasimilasi menjadi senyawa nitrogen organik, asam amino yang akan menyusun protein. Hewan 33

mendapat asupan nitrogen dengan cara memakan tumbuhan atau hewan lain melalui rantai makanan pada suatu ekosistem. 3. Asimilasi Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam  bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan. Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap,

pertama-tama

direduksi

menjadi ion

nitrit dan

kemudian ion

amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia , nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil. 4. Amonikfasi Amonifikasi ialah penguraian nitrat menjadi amoniun (NH4) melalui proses  penguraian yang dibantu oleh dekomposer (bakteri dan jamur). Pembebasan akumulai nitrogen pada organisme yang telah mati akan sangat lama siklusnya jika tidak dibantu oleh dekomposer. Sang pengurai menggunakan senyawa nitrogen organik kompleks (protein/asam amino) untuk memenuhi nutrisinya) dan dalam reaksi ini mengembalikan senyawa amonium yang akan menggantikan senyawa amonium yang telah digunakan bai oleh mikroorganisme maupun tumbuhan. 5. Denitrifikasi Adalah suatu reaksi kimia yang merombak senyawa nitrat menjadi senyawa N2 ke atmosfer. Denitrifikasi dilakukan oleh bakteri denitrifikans yaitu Pseudomonas dan Clostridium dalam keadaan anaerobik yang membantu pengembalian senyawa nitrogen ke atmosfer.

Semua jalur ini adalah bagian dari siklus nitrogen, satu set jalur kimia dimana nitrogen bergerak melalui biosfer. Dalam siklus ini, semua spesies adalah bentuk nitrogen reaktif kecuali untuk N2. Sekarang kembali ke cerita tentang asidifikasi asam, ingatlah bahwa bentuk nitrogen yang reaktif dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman. Karena bakteri di dalam tanah tidak  bisa memasok amonia, ion ammonium, atau nitrat dalam jumlah yang dibutuhkan untuk  pertumbuhan tanaman, petani menggunakan pupuk. Beberapa abad yang lalu, pupuk

34

diperoleh dengan deposit tambang garam (amonium nitrat dari padang pasir Chili) atau dengan mengumpulkan guano, kotoran burung dan kelelawar di Peru yang kaya akan nitrogen. Bagaimana pupuk diperoleh dalam jumlah besar yang dibutuhkan untuk pertanian masa kini? Jawabannya terletak pada kedua reaksi penting dari N2,

 N2(g) + 3H2(g) ---> 2 NH3 (g)

[6.28]

Reaksi kimia ini dikenal dengan proses Haber-Bosch. Hal ini memungkinkan ekonomi produksi amonia, yang pada gilirannya memungkinkan produksi pupuk berskala  besar dan bahan peledak berbasis nitrogen. Sebagai pupuk, amonia bisa langsung diaplikasikan tanah atau bisa diaplikasikan sebagai amonium nitrat atau amonium fosfat.

Gambar 17. Data Nitrogen Reaktif

Garis hijau yang dimulai sekitar tahun 1910 pada Gambar 17 menunjukkan  peningkatan besar nitrogen reaktif dari proses Haber-Bosch. Perhatikan juga garis emas pada grafik di atas, pembakaran bahan bakar fosil lain yaitu sumber nitrogen reaktif di lingkungan kita. Pada suhu tinggi pembakaran, N2  bereaksi dengan O2  untuk membentuk NO. Garis merah atas untuk populasi, tentu saja tidak mengherankan, jika kenaikan nitrogen reaktif dari  pembakaran bahan bakar fosil (produksi energi) dan pemupukan (produksi pangan) sejajar dengan pertumbuhan populasi dunia. Sekarang kita bisa mengerti kabut ganda emisi NOx. Masalah pertama adalah bahwa mereka berkontribusi terhadap deposisi asam yang pada gilirannya membentuk kabut dan 35

mengurangi kualitas udara. Selain itu, keasaman ekstra juga merusak ekosistem dan membahayakan kesehatan manusia. Masalah kedua adalah bahwa emisi NOx adalah bentuk nitrogen reaktif, sama seperti  pupuk yang digunakan untuk produksi pangan. Kedua NOx dan pupuk mengganggu keseimbangan dalam siklus nitrogen di planet kita. Bentuk nitrogen reaktif dalam siklus ini terus-menerus melakukan interkoneksi. Dengan demikian, amoniak yang dimulai sebagai  pupuk mungkin berakhir sebagai NO, pada akhirnya akan meningkatkan keasaman atmosfer dan tanah. Atau NO mungkin berakhir sebagai N2O, gas rumah kaca yang saat ini menaikkan konsentrasi atmosfer. Atau ion ammonium yang tidak terikat ke tanah, akhirnya dikeluarkan sebagai ion nitrit atau nitrat, yang pada akhirnya mencemari air. Tetes hujan asam yang turun bisa menyebabkan banyak dampak di biosfer. Dengan terlalu banyak nitrogen reaktif, ekosistem menjadi kelebihan beban. Asal usul nitrogen reaktif tidak penting-bisa berasal dari deposisi asam atau bisa juga dari kelebihan pemupukan. Terlepas dari sumbernya, penumpukan nitrogen reaktif bisa menghancurkan konsekuensi.

N. Kerusakan Danau dan Aliran Sungai

Hujan asam akan memberikan pengaruh pada daerah yang terkena baik biotik maupun abiotik seperti hutan, sawah, pada tanah, berupa peningkatan keasaman tanah, pada perairan dapat mengganggu ekosistem di dalam perairan, baik di danau, laut, maupun sungai. Endapan asam mempengaruhi tanah, air, berbagai makhluk hidup, dan juga tanam-tanaman, sehingga lingkungan di tanah dan air yang berupa makhluk hidup (boitik) akan terpengaruh oleh adanya keasaman di lingkungan hidupnya. Kelebihan zat asam pada danau akan mengakibatkan sedikitnya species yang  bertahan. Jenis plankton dan invertebrate   merupakan makhluk yang paling pertama mati akibat pengaruh pengasaman. Jika air di danau memiliki pH di bawah 5, lebih dari 75% dari spesies ikan akan hilang. Ini disebabkan oleh pengaruh rantai makanan, yang secara signifikan berdampak pada keberlangsungan suatu ekosistem. Tidak pada semua danau yang terkena hujan asam akan terjadi pengasaman, telah ditemukan jenis batuan dan tanah yang dapat membantu menetralkan keasaman. Setelah

air

sungai-sungai

dan

danau-danau

mengandung

asam,

di

Negara

Skandinavia, berbagai jenis ikan termasuk ikan salmon Atlantik dan ikan trout coklat lenyap. Pada puncak musim-musim dingin, di Negara Skandinavia dan Amerika Utara, slaju berkadar asam, jatuh dan dengan cepat mencair pada musim semi, mengakibatkan air pada sungai-

36

sungai dan danau-danau menjadi asam. Karena ikan salmon lemah terhadap kadar keasaman, maka ikan salmon tidak dapat bertahan hidup pada musim-musim mencairnya salju. Seperti disebutkan sebelumnya pada Tabel 2, asidifikasi air permukaan adalah salah satu efek deposisi asam. Danau yang sehat memiliki pH 6,5 atau sedikit di atas. Seiring pH diturunkan di bawah 6.0, ikan dan kehidupan air lainnya terpengaruh (Gambar 6.25). Hanya  beberapa spesies dapat bertahan di bawah pH 5.0; dan pada pH 4.0, sebuah danau pada dasarnya mati.

Gambar 18. Derajat Keasaman (pH)

Sejumlah penelitian telah melaporkan asidifikasi asam danau dan sungai yang  progresif pada wilayah geografis tertentu, bersamaan dengan penurunan populasi ikan. Di selatan Norwegia dan Swedia, di mana masalah itu pertama kali diamati, satu per lima dari danau tidak lagi terdapat ikan, dan setengah dari sungai tidak memiliki ikan trout coklat. Di Ontario bagian tenggara, pH rata-rata dari danau sekarang 5.0, jauh di bawah pH 6.5 yang dibutuhkan untuk danau yang sehat. Di Virginia, lebih dari sepertiga sungai trout secara episodis bersifat asam atau sangat beresiko. Banyak daerah di Midwest tidak memiliki masalah dengan asam garam dari danau atau sungai, meskipun Midwest adalah sumber utama  presipitasi asam. Ini paradoks yang nyata yang bisa dijelaskan cukup sederhana. Bila curah hujan asam turun atau mengalir ke danau, pH danau akan turun (menjadi lebih asam) kecuali asam dinetralkan atau entah bagaimana dimanfaatkan oleh vegetasi di sekitarnya. Di beberapa daerah, tanah di sekitarnya mengandung basa yang bisa menetralisir asam. Kapasitas danau atau badan air lainnya untuk menahan penurunan pH yang disebut kapasitas penetralan asam “acid-neutralizing capacity” (ANC). Permukaan geologi sebagian besar wilayah Midwest

adalah batu kapur, CaCO3. Akibatnya, danau di Midwest memiliki ketinggian kapasitas  penetralan asam karena batu kapur perlahan bereaksi dengan hujan asam, seperti yang kita lihat sebelumnya dengan patung dan monumen marmer (lihat persamaan 6.24). Lebih penting lagi, danau dan sungai juga memiliki konsentrasi yang relatif tinggi ion kalsium dan hidrogen karbonat. Hal ini terjadi akibat reaksi batu kapur dengan karbon 37

dioksida dan air. Karena asam dikonsumsi oleh ion karbonat dan hidrogen karbonat, maka pH danau akan tetap kurang lebih konstan.

CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l)

Ca2+ (aq) + 2HCO3- (aq) ion kalsium

[6.29]

hidrogen karbonat

Berbeda dengan Midwest, banyak danau di New England dan utara New York (begitu  juga di Norwegia dan Swedia) dikelilingi oleh granit, keras, tahan, dan banyak batuan kurang reaktif kecuali proses lokal lainnya sedang berjalan, danau-danau ini sangat sedikit kapasitas  penetralan asam. Akibatnya, banyak yang menunjukkan kationifikasi asam bertahap. Bukti eksperimental menunjukkan bahwa populasi ikan yang paling mungkin terkena dampaknya, dimulai dengan hujan asam dan diakhiri dengan pengambilan ion aluminium. Setelah oksigen dan silikon, aluminium merupakan elemen paling melimpah ketiga di kerak  bumi. Granit mengandung ion aluminium; tanah mengandung struktur kompleks aluminium silikat. Senyawa aluminium alami memiliki kelarutan yang sangat rendah dalam air, namun di dalam presentasi asam, kelarutannya meningkat drastis. Jadi, saat pH danau turun dari 6,0 menjadi 5,0, konsentrasi ion aluminium di danau bisa meningkat 1000 kali lipat. Ikan yang terpapar dengan konsentrasi tinggi ion aluminium dapat menyebabkan lendir yang kental pada insang mereka sehingga mencekik mereka. Selain itu, ion aluminium (Al3) bereaksi dengan molekul air untuk menghasilkan ion H, meningkatkan keasaman, yang  pada akhirnya akan melarutkan lebih banyak ion aluminium dan menjadi lebih memperparah masalah.

Al3+ (aq) + H2O (l)

H+ (aq) + Al(OH)2 (aq)

Ternyata, memahami asimilasi danau jauh lebih rumit dari sekedar mengukur pH dan kemampuan menetralkan asam. Salah satu tingkat kompleksitasnya ditambahkan dengan variasi tahunan. Beberapa tahun, misalnya, salju musim dingin yang berat terus berlanjut ke musim semi dan kemudian meleleh tiba-tiba. Akibatnya, limpasannya mungkin lebih asam dari pada biasanya, karena mengandung semua endapan asam yang dikunci di salju musim dingin. Sebuah gelombang keasaman bisa masuk ke saluran air pada saat ikan bertelur atau menetas. Di Adirondacks, sekitar 70% danau beresiko untuk asidifikasi asam episodik, dibandingkan dengan persentase yang jauh lebih kecil terpengaruh (19%). Di Appalachian,  jumlah danau yang terkena dampak episodik (30%) adalah tujuh kali terkena dampak kronis. 38

Tingkat kerumitan lain datang dengan penumpukan spesies nitrogen reaktif semacam itu sebagai ion nitrat atau ion amonium. Saturasi nitrogen terjadi saat area overload dengan "nitrogen", yaitu ketika bentuk reaktif nitrogen memasuki ekosistem melebihi kapasitas sistem untuk menyerap nitrogen. Pola penyerapan nitrogen tergantung pada usia vegetasi (secara umum, lebih muda, hutan yang tumbuh menyerap nutrisi lebih dari yang lebih tua) dan waktu (pertumbuhan tanaman berhenti di musim dingin). Tapi penyerapan nitrogen tampaknya memiliki batas. Begitu saturasi nitrogen berkembang, nitrat ion terakumulasi dengan kenaikan keasaman yang menyertainya. Akibatnya, tanah hanya memiliki kemampuan yang sedikit untuk menetralisir presipitasi asam sebelum mengalir ke danau dan sungai. Kabar baiknya adalah bahwa emisi SO2 telah menurun dalam beberapa tahun terakhir, dan kita telah melihat penurunan sulfat yang sesuai konsentrasi ion di danau Adirondacks.  Namun, meski emisi NOx  tetap cukup konstan, jumlah nitrat di Adirondacks semakin meningkat di lebih banyak danau. Dengan demikian, tampak bahwa saturasi nitrogen telah terjadi di sekitar vegetasi, dengan lebih banyak keasaman yang berakhir di danau. Tanah di wilayah ini dari danau-danau ini kemungkinan besar telah kehilangan beberapa kapasitas  penawar asamnya. Temuan terakhir dicampur. Laporan Maret 2000 kepada Kongres secara terangterangan mengatakan bahwa danau di Pegunungan Adirondack memakan waktu lebih lama untuk pulih dari danau yang terletak di tempat lain dan kemungkinan akan pulih sedikit demi sedikit, tanpa pengurangan lebih lanjut dari deposisi asam. Laporan Perkembangan Hujan Asam yang dikeluarkan oleh EPA pada tahun 2004,  bagaimanapun, melaporkan beberapa perbaikan. Misalnya, dibandingkan dengan tahun-tahun sebelumnya ketika lebih dari 10% danau di Adirondacks bersifat asam, hari ini nilainya mendekati 8%. Perbaikan serupa didokumentasikan di Midwest, dimana sekarang hanya sekitar 1% dari danau yang asam. Sebaliknya, danau-danau di New England dan Blue Ridge Mountains tetap mengandung asam.

O. Strategi Kontrol

Dengan Clean Air Act Amandemen tahun 1990, banyak yang berharap masalah hujan asam akan dipecahkan. Program Hujan Asam yang didirikan sebagai bagian dari Amandemen Undang-undang Air Bersih tahun 1990 membuat pengurangan emisi NOx  dan SO2  menjadi  prioritas nasional.

39

Meski sebagai pemerintah telah melakukan pengurangan yang signifikan, kita masih ditantang untuk membersihkan daerah yang tercemar udara dan asam. Untuk NOx, Program Hujan Asam menetapkan target untuk mengurangi emisi tahunan sebesar 2 juta ton pada tahun 2000. Tahap I dari program NOx yang diterapkan pada sekitar 170 batubara yang menghasilkan listrik, menentukan tingkat emisi 0.50 atau 0,45 lb dari NOx perjuta Btu dari  pemasukkan panas, tergantung dari tipe boiler. Fleksibilitas itu telah dibangun, sehingga tingkat emisi bisa dirata-rata selama beberapa unit. Tahap II dimulai pada tahun 2000, memperketat standar emisi dan menerapkan standar untuk jenis lain dari boiler. Terlepas dari upaya ini, tujuan untuk emisi NOx belum tercapai. Meskipun emisi oleh pembangkit listrik (menghasilkan sekitar seperempat dari NOx) menurun, emisi NOx meningkat di tempat lain, seperti dengan meningkatnya jumlah truk dan mobil di jalan raya. Pengurangan nitrogen oksida dari kendaraan ini sangat menantang, karena dimiliki secara individu, dan dengan desain lebih dari 200 juta kendaraan bermotor di Amerika Serikat dan sekitar 1 miliar di seluruh dunia. Dari jumlah tersebut, kontributor terbesar untuk polusi NOx terus meningkat. Untuk mengurangi NOx, banyak teknik yang menggunakan berbagai label harga sedang digunakan. Ini secara kimiawi mungkin mengurangi NO yang dipancarkan oleh mobil dan truk dengan memasukkannya ke dalam konverter katalitis dan perangkat kontrol emisi lain. Salah satu fungsinya dari katalis ini: mengubah CO dan fragmen hidrokarbon yang tidak terbakar menjadi CO2. Katalis lainnya, biasanya di bagian lain dari konverter katalitis, mendorong pembalikan kombinasi nitrogen dan oksigen yang terjadi pada mesin pada suhu tinggi. Sebagai gas buangannya yang dingin, NO cenderung membusuk menjadi unsur penyusunnya.

2 NO (g)

N2 (g) + O2 (g)

Biasanya, reaksi ini berlangsung perlahan, namun katalis yang tepat dapat secara signifikan meningkatkan laju dan dengan demikian menurunkan jumlah NO yang dipancarkan. Sebuah program yang didanai saat ini oleh EPA berusaha mengurangi emisi dari bus sekolah Menggunakan katalisator adalah salah satu dari beberapa strategi yang digunakan, dan yang lainnya termasuk mengurangi waktu idle mesin dan menggunakan  bahan bakar yang lebih bersih. Pabrik batubara, sumber utama emisi NOx lainnya, menunjukkan teknologi lainnya, misalnya, program demonstrasi teknologi pembakaran batubara bersih telah mengembangkan dan menginstal pembakar NO rendah pada banyak tanaman batubara api. Pembakar ini 40

menurunkan jumlah udara selama proses pembakaran, sehingga dengan jumlah oksigen kurang, NOx sedikit diproduksi. Pada tahun 2003, Departemen Energi A.S. melaporkan  bahwa pembakar NO rendah, sekarang pada 75% pembangkit listrik tenaga batu bara. Proyek CCT lainnya melibatkan "reburning" dimana bahan bakar tambahan disuntikkan ke dalam  produk pembakaran untuk melepaskan O dari NOx. Kedua teknologi baru ini cukup kompleks

sehingga

dibutuhkan

sistem

intelijen

artificial

yang

diperlukan

untuk

mengoptimalkan kondisi operasi. Keberhasilan mengurangi emisi NOx dilaporkan oleh satu  pembangkit listrik yang menggunakan teknologi CCT baru ditunjukkan pada Gambar 19.

Gambar 19. pembangkit listrik yang menggunakan teknologi

Program Hujan Asam juga menyerukan pengurangan 10 juta ton emisi SO2  pada tahun 2000. Tahap I, yang dimulai pada tahun 1995, mewajibkan 263 unit pengeboran  pembakaran batubara di 110 pembangkit listrik listrik (terletak di 21 negara bagian yang  berbeda) untuk mengurangi emisi mereka. Tahap II, dimulai pada tahun 2000, semakin memperketat emisi pada tanaman ini. Fase ini juga menetapkan pembatasan lebih lanjut pada  pembangkit listrik yang dipenuhi gas alam dan minyak untuk menjangkau 2000 unit boiler Sampai saat ini, program emisi SO2  telah berhasil. Fakta bahwa SO2  yang paling antropogenik berasal dari sumber titik (pembakaran batubara) pembangkit listrik dan pabrik membuat masalah SO2  lebih mudah diserang. Seperti yang sudah kita lihat dari Gambar 6.17b, langkah besar telah terjadi dalam mengurangi emisi SO 2 di AS.

41

Tiga strategi utama telah digunakan untuk mengurangi emisi SO 2: (1) beralih ke "Batubara bersih" dengan kadar sulfur lebih rendah, (2) membersihkan batubara untuk menghilangkan penggunaan belerang, dan (3) menggunakan cara kimia untuk menetralkan asam sulfur dioksida di pembangkit listrik. Kami mempertimbangkan efektivitas dan biaya masing-masing. Peralihan batubara merupakan pilihan karena batubara sangat bervariasi dalam kandungan belerang dan kandungan isi panas Antrasit, atau "batu bara keras", yang ditemukan di Pennsylvania. Ini menghasilkan jumlah energi terbesar dan memiliki persen sulfur terendah, namun  pasokannya lebih mahal. Bituminous, atau "soft coal", berlimpah di Midwest. Ini memiliki kandungan panas yang hampir sama dengan antrasit tapi biasanya mengandung 3-5% sulfur. Negara-negara Barat memiliki simpanan yang sangat besar dari batubara sub-bituminous rendah belerang dan lignit (batubara coklat); Namun, batubara ini memiliki kandungan panas rendah dan mungkin mengandung hingga 40% air. Pembersihan batu bara relatif mudah dan teknologinya tersedia. Batubara hancur menjadi serbuk halus dan dicuci dengan air sehingga mineral yang mengandung sulfur lebih  berat tenggelam ke bawah. Tapi prosesnya hanya menghilangkan setengah dari belerang, dan harganya mahal- dari $ 500 sampai $ 1000 per ton SO2 yang dihilangkan. Alternatif

pengalihan

batubara

atau

pembersihan

batu

bara

adalah

untuk

menghilangkan SO2  secara kimiawi selama atau setelah pembakaran di pembangkit listrik. Metode utama untuk melakukan ini disebut penggosokan. Gas tumpukan dilewatkan melalui  bubur kapur bubuk basah, CaCO3. Batu kapur menetralkan asam SO2  untuk membentuk kalsium sulfat, CaSO4.

2SO2 (g) + O2 (g) + 2 CaCO3 (s)

2 CaSO4 (s) + 2 CO2 (g)

Batu kapur itu murah dan mudah didapat. Meski prosesnya sangat effisien, memasang scrubber mahal, sehingga biaya metode ini diperkirakan mencapai $ 400-600 per ton SO2 yang dibuang. Bagian dari biaya dikaitkan dengan pembuangan dari CaSO4  yang terbentuk, kita tidak bisa menghindari hukum pelestarian materi. Belerang harus berakhir di suatu tempat; baik itu naik tumpukan sebagai SO2 atau terjebak sebagai CaSO4. Alasan utama mematuhi peraturan Amandemen Perubahan Udara Bersih tahun 1990 dicapai dan bahkan lebih baik adalah pengalihan batubara, di mana batubara sulfur tinggi diganti dengan batubara belerang rendah. Pada awal 1990-an, penggunaan kapal induk baru 42

dan menguntungkan tarif kereta api membuat simpanan yang luas dari batu bara sulfur rendah yang lebih rendah (bahkan kurang dari 1% S) di Montana dan Wyoming tersedia dengan biaya lebih rendah dari pada untuk Midwestern atau batubara belerang rendah timur. Pada tahun 1991, batubara rendah sulfur barat rata-rata hanya $ 1,30 per juta Btu;  batubara belerang rendah timur adalah $ 1,60-1,70 per juta Btu. Biaya batubara timur  belerang tinggi $ 1,35-1,55 per juta Btu. Dengan keunggulan harga ini, tidak mengherankan  bahwa hampir 60% pengurangan SO2  berasal dari perpindahan ke batubara barat belerang rendah daripada menggunakan alternatif yang lebih mahal, seperti menggosok. Tapi konversi ke batubara belerang rendah ini memiliki biaya tersembunyi. Ini mengabaikan dampak sosial dan dampak ekonomi pada negara bagian yang menghasilkan batubara sulfur tinggi. Sejak tahun 1990, diperkirakan telah terjadi pengalihan batubara yang telah menyebabkan 30%  penurunan lapangan kerja di wilayah di mana batubara tinggi belerang ditambang. Ini termasuk wilayah Pennsylvania, Kentucky, Illinois, Indiana, dan Ohio, meskipun setengah dari drop dapat dikaitkan dengan otomasi dan faktor pasar lainnya. Negara-negara Barat sekarang memproduksi hampir 33% batubara yang ditambang di Amerika Serikat, naik dari hanya 6% di tahun 1970. Pergeseran ke batubara barat belerang rendah memiliki sisi lain untuk itu. Karena batu  bara menghasilkan sedikit panas per gram dari pada bara timur, pembangkit listrik harus membakar lebih banyak lagi batubara untuk menghasilkan jumlah listrik yang sama, membakar lebih banyak batubara dapat melepaskan lebih banyak polutan. Sebagai contoh, merkuri dan logam lainnya lebih banyak terjadi di batubara dari negara-negara barat. Jika  banyak Batubara yang dibakar, lebih banyak logam dilepaskan kecuali langkah-langkah diambil untuk menghilangkannya sebelum mereka naik ke cerobong asap.

P. Kebijakan Hujan Asam

 Netralisasi hujan asam akan membutuhkan lebih dari sekedar proses kimia. Seperti yang telah kita bahas pada paparan di atas, para pemimpin industri, pejabat negara, politisi, dan warga di seluruh dunia bangsa adalah semua pemain penting. Kami membutuhkan solusi yang bisa diterapkan - baik secara ekonomi maupun dalam hal kesehatan manusia. Salah satu solusi tersebut terletak pada fitur unik dari Clean Air Act Amandemen 1990: sistem "topi dan perdagangan" nasional. Emisi SO2  dibatasi untuk memenuhi tujuan yang semakin rendah. Sebagai contoh, pada tahun 2001 rilis SO 2 telah ditetapkan sebesar 10,6 juta ton dari utilitas listrik; Pada tahun 2010 rilis akan diturunkan menjadi 8,95 juta ton. Untuk mencapai tujuan ini, setiap perusahaan utilitas beroperasi dengan izin itu untuk 43

mengurangi polusi yang bisa dilepaskan secara legal per tahun. Melebihi batas maksimum  peraturan ini akan dikenakan denda $ 25.000 per hari.

Gambar 20. Emisi cap and trade concept

Bagian "perdagangan" dari sistem limit dan tunjangan kerja, perusahaan diberi tunjangan emisi yang melisensi emisi 1 ton SO2, baik selama berjalan atau tahun setelahnya. Pada akhir tahun, masing-masing perusahaan harus memiliki tunjangan yang memadai untuk menutupi emisi sebenarnya. Jika memiliki tunjangan ekstra, mereka bisa menjual atau menyimpannya untuk tahun depan. Jika memiliki tunjangan yang tidak memadai, mereka harus membeli sebagian besar tunjangan perdagangan yang telah terjadi di Lembah Ohio. Contoh dari sistem limit dan sistem perdagangan ditunjukkan pada Gambar 6.29. Tanpa kontrol, 20.000 ton dipancarkan dari masing-masing dua unit. Masing-masing dibatasi 10.000 ton, tapi satu, melalui efisiensi yang lebih besar, berkinerja lebih baik. Unit dengan emisi di bawah tutupnya ditetapkan kredit untuk setiap ton SO2  disimpan. Kredit ini bisa dijual ke pembangkit listrik yang tidak bisa dengan efisien memenuhi tunjangan emisi mereka. Dengan demikian ada insentif finansial bagi produsen listrik untuk mencapai  pengurangan emisi asam oksidasa yang signifikan. Di sisi lain, pembelian kredit oleh mereka yang belum bisa memenuhi standar yang lebih ketat memungkinkan mereka melakukan lanjutkan operasi, pada atau di bawah tingkat izin, sementara pabrik bekerja untuk mengurangi emisi.

44

Perdagangan luar biasa dari tunjangan emisi berdasarkan ketentuan undang-undang yang baru terjadi pada tahun 1993. Sejak saat itu, tunjangan telah dibeli dan dijual dalam transaksi pribadi dan di pelelangan umum. The Chicago Board of Trade bahkan memiliki  perdagangan komoditas pasar dalam tunjangan emisi. Harga sudah cukup jauh, paling tidak dari $ 1000 diprediksi oleh petugas utilitas. Pada lelang tunjangan hujan asam 2005, yang terendah berhasil tawaran untuk tunjangan tahun berjalan adalah $ 300, dan tertinggi di $ 750. Program perdagangan emisi nasional belum direalisasikan untuk NOx. Sementara itu, serangkaian program yang kompleks ada di seluruh Amerika Serikat yang memiliki tujuan  bersama: mengurangi ozon troposfer. Salah satu program tersebut, Program Perdagangan Anggaran NOx, saat ini beroperasi di 11 negara bagian timur laut. Sejak tahun 2003, program ini telah berhasil meraih pengurangan sumber stasioner yang tidak penting seperti  pembangkit listrik tenaga batu bara. Sebaliknya, tingkat ozon telah menurun di daerah sekitar. Dalam jangka panjang, argumen yang paling kuat untuk pengurangan emisi mungkin adalah bermanfaat bagi kesehatan manusia. Air bersih tidak hanya menambah sedikit  penyakit dan penderitaan, tetapi juga penghematan uang riil untuk perawatan kesehatan. Angka-angka itu menarik. Sebuah laporan ke Kongres pada tahun 2003 mengkredit Program Hujan Asam sebagai penyediaan tahunan kuantitatif terbesar manfaat kesehatan manusia (lebih dari $ 70 miliar) dari setiap program peraturan federal yang diterapkan dalam 10 tahun terakhir. Jika dihitung, kita akan menemukan ini adalah rasio biaya t-to-cost lebih dari 40 sampai 1. Kami berharap matematika yang kami kutip pada pembukaan bab ini akan berubah menjadi refleksi. Yaitu, jika seseorang menghentikan lima orang di jalan dan bertanya kepada mereka tentang nitrogen (atau belerang), kami berharap mereka akan melaporkan bahwa mengurangi ini adalah biaya yang sangat efektif untuk investasi.

Q. Hujan Asam di Indonesia

Di Kota Bandung telah terjadi hujan asam (Koran Republika tanggal 23 April 2009), yang dapat menyebabkan pohon dan bangunan menjadi lebih rapuh. Menurut Dr. Thomas Djamaluddin, Kepala Pusat Pemanfaatan Sains Atmosfer dan Iklim, indikator yang bisa dilihat dari terjadinya hujan asam di Kota Bandung adalah bercak-bercak berwarna kehijauan  pada patung-patung yang terbuat dari tembaga yang banyak tersebar di Kota Bandung, diantaranya adalah patung pemain bola di pertigaan Jalan Tamblong dan Jalan Sumatera (DETIK, 22 April 2009). 45

Secara alami hujan asam dapat terjadi akibat emisi gas dari gunung api dan dari  proses biologis di tanah, rawa, dan laut. Tumbuhan yang membusuk dan letusan gunung api melepaskan bahan-bahan kimia yang dapat menyebabkan hujan asam, tetapi umumnya hujan asam yang banyak terjadi disebabkan oleh aktivitas manusia. Penyebab terbesar hujan asam adalah pembakaran batu bara sebagai pembangkit tenaga listrik, kegiatan industri, kendaraan  bermotor dan industri pengolahan pupuk untuk pertanian terutama amonia.  National ( Geographic, 2007).

Ketika manusia menggunakan bahan bakar, maka sulfur dioksida (SO2) dan nitrogen oksida (NO) dilepaskan ke atmosfer dan kemudian bereaksi dengan air, oksigen, dan senyawa lainnya membentuk asam sulfat dan asam nitrat yang mudah larut dan jatuh bersama air hujan. Ion-ion beracun yang terlepas akibat hujan asam menjadi ancaman yang besar bagi kesehatan manusia, habitat dan kehidupan organisma perairan, dan merusak alam.

Gambar 21. Proses Hujan Asam

Hujan asam yang mencapai bumi akan mengalir sebagai air limpasan pada permukaan tanah, masuk ke dalam sistem air, dan sebagian lagi terendapkan di dalam tanah. Hujan asam dapat juga terjadi dalam bentuk salju, kabut, dan bahan halus yang jatuh ke bumi ( National Geographic, 2007 ). 46

Masalah hujan asam tidak hanya meningkat sejalan dengan pertumbuhan populasi dan industri tetapi telah berkembang menjadi lebih luas. Penggunaan cerobong asap yang tinggi untuk mengurangi polusi lokal berkontribusi dalam penyebaran hujan asam, karena emisi gas yang dikeluarkannya akan masuk ke sirkulasi udara regional yang memiliki jangkauan lebih luas (Gambar 22). Sering terjadi hujan asam di daerah yang jauh dari lokasi sumbernya, daerah pegunungan cenderung memperoleh lebih banyak karena tingginya curah hujan di tempat tersebut ( National Geographic, 2007 ).

Gambar 22. Kegiatan Industri yang menggunakan cerobong asap

Pemanfaatan air hujan sebagai sumber air bersih dan air minum dalam kebutuhan sehari-hari adalah hal yang biasa dilakukan oleh masyarakat di daerah pedalaman dan daerah yang belum terjangkau oleh jalur pipa distribusi PDAM, seperti yang dialami masyarakat Alor, NTT. Jika air hujan bersifat asam dan akan dimanfaatkan sebagai air minum, maka  perlu dilakukan penambahan kapur tohor (kapur bakar) untuk menetralkan kadar pH air.

R. Langkah Praktis Pengendalian Hujan Asam

Langkah praktis yang bisa dilakukan untuk mengendalikan hujan asam yaitu: 1. Melakukan penghijauan di lingkungan rumah, minimal satu kepala keluarga menanam satu jenis tanaman yang berfungsi mengurangi kadar polutan di atmosfer. 2. Mengurangi penggunaan bahan bakar bensin yang merupakan sumber utama NO dan SO, serta menggunakan bahan bakar yang ramah lingkungan. 47

3. Mengurangi penggunaan kendaraan pribadi dan menyebarluaskan angkutan umum sebagai alat transportasi di setiap wilayah, misalnya kereta api listrik. 4. Menyebarluaskan gerakan hemat energi kepada seluruh masyarakat untuk mengurangi  polutan yang berasal dari rumah tangga. 5. Peranan pemerintah sebagai pemegang kebijakan yaitu dengan mengeluarkan peraturan yang ketat terhadap pencemaran lingkungan serta memberikan motivasi kepada masyarakat untuk senantiasa menjaga kelestarian lingkungan. 6. Pemerintah harus mendukung program penghijauan dan mengeluarkan bahan bakar tanpa timbale (Pb) yang dapat mengurangi kadar NO dan SO2 di udara. 7. Pengendalian Pencemaran Selama Pembakaran Beberapa teknologi untuk mengurangi emisi SO2 dan Nox pada waktu pembakaran telah dikembangkan. Salah satu teknologi ialah lime injection in multiple burners  (LIMB). Selain

itu,

bisa

juga

dilakukan

dengan

penggunaan Scrubbers. Alat ini

mampu

mengurangi emisi sulfur okida hingga 80-95 % (Ophardt, C.O., 2003). 8. Untuk mengurangi dampak buruk yang muncul dari hujan asam terhadap tanah ataupun danau dapat dilakukan dengan menambahkan zat kapur kedalam tanah atau kedalam danau. Penambahan kapur kedalam tanah maupun danau dapat menetralkan sifat asam. 9. Pengendalian Setelah Pembakaran Zat pencemar juga dapat dikurangi dengan gas ilmiah hasil pembakaran. Teknologi yang sudah banyak dipakai ialah fle gas desulfurization (FGD). Cara lain ialah dengan menggunakan amonia sebagai zat pengikatnya sehingga limbah yang dihasilkan dapat dipergunakan sebagi pupuk. 10. Menggunakan Bahan Bakar Dengan kandungan Belerang Rendah Kandungan belerang dalam bahan bakar bervariasi. Penggunaan gas asalm akan mengurangi emisi zat pembentuk asam, akan tetapi kebocoran gas ini dapat menambah emisi metan. Usaha lain yaitu dengan menggunakan bahan bakar non-belerang atau bahan  bakar alternatif yang ramah lingkungan, misalnya metanol, etanol dan hidrogen.

 Namun permasalahan lingkungan ini tentunya harus didukung kesadaran dari semua  pihak karena pemeliharaan lingkungan merupakan suatu investasi masa depan yang sangat  berharga bagi kelanjutan generasi mendatang.

48

S. Kesimpulan

1. Hujan asam didefinisikan sebagai segala macam hujan dengan pH di bawah 5,6. Hujan secara alami bersifat asam (pH sedikit di bawah 6) karena karbondioksida di udara yang larut dengan air hujan memiliki bentuk sebagai asam lemah. 2. Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor dalam bahan  bakar fosil serta nitrogen di udara yang bereaksi dengan oksigen membentuk sulfur dioksida dan nitrogen oksida. Zat-zat ini berdifusi ke atmosfer dan bereaksi dengan air untuk membentuk asam sulfat dan asam nitrat yang mudah larut sehingga jatuh bersama air hujan. Secara sedehana, reaksi pembentukan hujan asam sebagai berikut: Pada dasarnya Hujan asam disebabkan oleh 2 polutan udara, Sulfur Dioxide (SO2) dan nitrogen oxides (NOx) yang keduanya dihasilkan melalui pembakaran. 3. Adapun beberapa dampak yang ditimbulkan oleh hujan asam antara lain Kelebihan zat asam pada danau akan mengakibatkan sedikitnya species yang bertahan, hujan asam yang larut bersama nutrisi didalam tanah akan menyapu kandungan tersebut sebelum pohon pohon dapat menggunakannya untuk tumbuh, korosi dan menyebabkan terganggunya kesehatan manusia. 4. Usaha untuk mengendalikan deposisi asam ialah menggunakan bahan bakar yang mengandung sedikit zat pencemar, menghindari terbentuknya zat pencemar saar terjadinya pembakaran, menangkap zat pencemar dari gas buangan dan penghematan energi serta penambahan zat kapur.

T. Saran

Agar pemerintah dan masyarakat baik dari kalangan industri maupun umum, untuk bekerja sama dalam menjalankan peraturan yang berkaitan dengan upaya penurunan polusi udara agar dapat terlaksana dan diterapkan dengan baik dan seksama. Dengan penurunan polusi udara, diharapkan akan mampu mencegah terjadinya hujan asam yang membawa akibat  buruk tidak hanya erhadap lingkungan namun terhadap kelangsungan hidup manusia.

49