PARAMETER GAS RUMAH KACA

PROSES TERBENTUKNYA GAS RUMAH KACA

Gas rumah kaca adalah gas-gas pembentuk suatu lapisan perangkap panas di atmosfer bumi yang dapat memantulkan kembali panas yang dipancarkan oleh permukaan bumi. Gas-gas tersebut sebenarnya muncul secara alami di lingkungan, tetapi dapat juga timbul akibat aktivitas manusia. Efek yang ditimbulkan oleh gas rumah kaca ini disebut dengan efek rumah kaca (green house effect).

Keberadaan gas rumah kaca di atmosfer ibarat selimut yang membuat bumi tetap hangat. Secara alami, konsentrasi gas rumah kaca sebenarnya berubah setiap saat yang diikuti dengan berubahnya iklim. Periode ketika iklim menjadi hangat menunjukkan bahwa konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer saat itu tinggi, sedangkan periode ketika iklim menjadi lebih dingin menunjukkan bahwa konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer adalah rendah. Perubahan tersebut sebenarnya merupakan siklus alami yang terjadi dalam skala waktu ribuan bahkan jutaan tahun setiap periode. Namun saat ini perubahan konsentrasi gas rumah kaca tersebut tidak lagi terjadi secara alamiah, tetapi juga dipengaruhi oleh aktivitas manusia, yang dampaknya baru disadari setelah jangka waktu lama.

Gambar 1. Ilustrasi Terjadinya Efek Rumah Kaca

(Sumber : https://mbojo.wordpress.com/2008/07/17/hubungan-efek-rumah-kaca-pemanasan-global-dan-perubahan-iklim/)

Lapisan atmosfir bumi terdiri atas troposfir, stratosfir, mesosfir dan termosfer. Lapisan terbawah (troposfir) adalah bagian yang terpenting dalam kasus efek rumah kaca. Sekitar 35% dari radiasi matahari tidak sampai ke permukaan bumi. Hampir seluruh radiasi yang bergelombang pendek (sinar alpha, beta dan ultraviolet) diserap oleh tiga lapisan teratas. Yang lainnya dihamburkan dan dipantulkan kembali ke ruang angkasa oleh molekul gas, awan dan partikel. Sisanya yang 65% masuk ke dalam troposfir. Di dalam troposfir ini, 14 % diserap oleh uap air, debu, dan gas-gas tertentu sehingga hanya sekitar 51% yang sampai ke permukaan bumi. Dari 51% ini, 37% merupakan radiasi langsung dan 14% radiasi difus yang telah mengalami penghamburan dalam lapisan troposfir oleh molekul gas dan partikel debu. Radiasi yang diterima bumi, sebagian diserap sebagian dipantulkan. Radiasi yang diserap dipancarkan kembali dalam bentuk sinar inframerah.

Sinar inframerah yang dipantulkan bumi kemudian diserap oleh molekul gas yang antara lain berupa uap air atau H₂O, CO₂, metana (CH₄), dan ozon (O₃). Sinar panas inframerah ini terperangkap dalam lapisan troposfir dan oleh karenanya suhu udara di troposfir dan permukaan bumi menjadi naik. Energi yang diserap inilah yang menghangatkan permukaan bumi sehingga atmosfer tampak seperti halnya rumah kaca. Berikut gambaran proses yang terjadi:

Gambar 2. Proses Terjadinya Gas Rumah Kaca

(Sumber: http://danialmandala.blogspot.co.id/2014/01/makalah-tetang-efek-rumah-kaca.html)

Dalam keadaan normal, efek rumah kaca diperlukan untuk menjaga perbedaan suhu saat siang dan malam agar tidak terlalu jauh berbeda. Namun, kegiatan manusia di Bumi seperti pembakaran bahan bakar fosil (batu bara, minyak dan gas alam), pertanian, dan pembebasan lahan, ddapat meningkatkan konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer sehingga menimbulkan dampak negatif bagi kehidupan di Bumi.

PARAMETER GAS RUMAH KACA

Protokol Kyoto mengatur enam jenis gas-gas rumah kaca, yaitu karbon dioksida (CO₂), metana (CH₄), nitrogen oksida (N₂O), dan tiga gas-gas industri yang mengandung fluor (HFC, PFC, dan SF6).  Karbon dioksida adalah 70 persen dari volume total gas-gas rumah kaca ini, disusul dengan metana, nitrogen oksida, dan sebagainya. Uap air sebetulnya adalah gas rumah kaca yang paling kuat.  Tetapi karena usianya di atmosfer hanya terbilang beberapa hari, maka potensi pemanasan globalnya (global warming potential, GWP) tidak terlalu berpengaruh.

  

Tabel 1. Parameter Gas Rumah Kaca

Berikut adalah penjelasan mengenai 6 senyawa gas rumah kaca yang disepakati dalam Protokol Kyoto, yaitu:

1.      Karbon Dioksida (CO₂)

Karbon dioksida adalah senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen terikat kovalen dengan atom karbon. Berbentuk gas pada temperatur dan tekanan standar dan berada di atmosfer. Konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi ± 387 pp. Tetapi jumlah bervariasi tergantung lokasi dan waktu. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang penting karena mampu menyerap gelombang inframerah. Karbon dioksida tidak berbentuk cair pada tekanan di bawah 5,1 atm tetapi berbentuk padat pada temperatur di bawah -78 °C. Dalam bentuk padat, karbon dioksida disebut es kering.CO₂ adalah oksida asam. Larutan CO₂ mengubah warna litmus dari biru menjadi merah muda.

Karbon dioksida diproduksi oleh hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi, dan mikroorganisme dalam respirasi dan dipergunakan tanaman pada fotosintesis. Sehingga karbon dioksida termasuk komponen yang penting dalam siklus karbon. Karbon dioksida juga dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil. Karbon dioksida anorganik dikeluarkan dari gunung berapi dan proses geotermal lainnya seperti pada mata air panas.

Kenaikan konsentrasi gas CO₂ ini disebabkan oleh kenaikan pembakaran bahan bakar minyak (BBM), batu bara dan bahan bakar organik lainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan-tumbuhan dan laut untuk mengabsorbsinya. CO₂ bertahan di atmosfer lebih lama dari gas rumah kaca utama yang lain dari hasil aktivitas manusia. Untuk gas CO₂, dengan jumlah emisi gas saat ini diperlukan waktu 1 abad, namun 20 persen darinya masih akan tetap tinggal di atmosfer sekitar 800 tahun ke depan. Periode siklus hidup CO₂ dalam atmosfer yang begitu panjang menjadi poin penting untuk segera mengurangi emisi CO₂ ke atmosfer.

Rata-rata konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi kira-kira 387 ppm berdasarkan volume, walaupun jumlah ini bisa bervariasi tergantung pada lokasi dan waktu. Karbon dioksida di atmosfer bumi dianggap sebagai gas kelumit dengan konsentrasi sekitar 385 ppm berdasarkan volume dan 582 ppm berdasarkan massa. Massa atmosfer bumi adalah 5,14×1018 kg, sehingga massa total karbon dioksida atmosfer adalah 3,0×1015 kg (3.000 gigaton). Konsentrasi karbon dioksida bervariasi secara musiman (terdapat di grafik). Di wilayah perkotaan, konsentrasi karbon dioksida secara umum lebih tinggi, sedangkan di ruangan tertutup, ia dapat mencapai 10 kali lebih besar dari konsentrasi di atmosfer terbuka.

Gambar 3. Total Emisi Gas CO₂

(Sumber : http://www.wri.org/blog/2014/05/history-carbon-dioxide-emissions)

2.      Metana (CH₄)

Metana merupakan gas yang terbentuk oleh adanya ikatan kovalen antara empat atom H dengan satu atom C. Metana merupakan suatu alkana. Alkana secara umum mempunyai sifat sukar bereaksi (memiliki afinitas kecil) sehingga biasa disebut sebagai parafin. Sifat lain dari alkana adalah mudah mengalami reaksi pembakaran sempurna dengan oksigen menghasilkan gas karbon dioksida (CO₂) dan uap air (H₂O). Metana merupakan gas yang tidak berwarna, sehingga tidak bisa dilihat dengan mata telanjang. Tetapi metana dapat diidentifikasi melalui indra penciuman karena baunya yang khas.

Metana yang merupakan komponen utama gas alam juga termasuk gas rumah kaca. Ia merupakan insulator yang efektif, mampu menangkap panas 20 kali lebih banyak bila dibandingkan karbondioksida. Metana dilepaskan ke atmosfir selama produksi dan transportasi batu bara, gas alam danminyak bumi. Metana juga dihasilkan dari pembusukan limbah organik di tempat pembuangan sampah (landfill), bahkan dapat keluarkan oleh hewan-hewan tertentu, terutama sapi, sebagai produk samping dari pencernaan.

Gambar 4. Gas Metana yang dihasilkan dari Sampah

(Sumber : http://jateng.tribunnews.com)

Metana merupakan gas dengan emisi rumah kaca 23 kali lebih ganas dibandingkan dengan karbondioksida. Dibutuhkan sekitar 1 dekade bagi emisi methana (CH₄) untuk meninggalkan atmosfer (yang terurai menjadi CO₂). Kalkulasi emisi gas metana yang dihasilkan oleh hewan dan manusia tiap tahunnya adalah sebagai berikut:

·         Western cattle: 120 kg/tahun

·         Non western cattle: 60kg/tahun

·         Domba: 8 kg/tahun

·         Babi: 1.5 kg/tahun

·         Manusia: 0.12 kg/tahun

Konsentrasi metana di atmosfer pada tahun 1998, dinyatakan dalam fraksi mol, adalah 1.745 nmol/mol (bagian per milyar), naik dari 700 nmol/mol pada tahun 1750. Pada tahun 2008, kandungan gas metana di atmosfer sudah meningkat kembali menjadi 1.800 nmol/mol.

3.      Nitrogen Oksida (N₂O)

N₂O adalah gas insulator panas yang sangat kuat. Ia dihasilkan terutama dari pembakaran bahan bakar fosil dan oleh lahan pertanian. Nitrogen dioksida dapat menangkap panas 300 kali lebih besar dari karbondioksida. Selain itu, dibutuhkan sekitar 1 abad untuk gas N₂O untuk meninggalkan atmosfer (yang terurai menjadi CO₂).

Dari sifat kimianya, nitrogen oksida di lapisan stratosfer dengan bantuan sinar matahari dapat merusak ozon, sehingga menjadi pengatur utama ozon stratosfer. Kemudian gas N₂O memiliki dampak 298 kali lebih banyak menyerap panas per satuan berat daripada karbon dioksida sehingga  menjadi bagian dari gas rumah kaca. Sedangkan untuk sifat fisisnya, gas nitrogen oksida pada suhu kamar tidak berwarna dan tidak mudah terbakar, tetapi pada temperatur tinggi dapat digunakan sebagai oxidizer dalam peroketan dan dalam balap motor untuk meningkatkan daya output mesin atau menambah tenaga mesin.

Nitrogen oksida berasal dari proses pertanian yang mengandalkan pupuk nitrogen atau pupuk amonia yang berbahan dasar kimia.Nitrogen oksigen (N₂O) juga berasal dari pembakaran bahan bakar fosil dan biomass.

       Gambar 5. Data Emisi Gas N2O menurut IPCC di Indonesia

(Sumber : http://jurnal.lapan.go.id/index.php/berita_dirgantara/article/viewFile/1732/1567)

Tabel 2. Perubahan Konsentrasi Gas N₂O Permukaan Global

(Sumber : http://jurnal.lapan.go.id/index.php/berita_dirgantara/article/viewFile/1732/1567)

Gas N₂O mempunyai berbagai fungsi tetapi bila ada di atmosfer termasuk salah satu gas rumah kaca yang bisa menyebabkan pemanasan global, oleh karena itu diadakanlah konvensi protokol Kyoto yang menyatakan bahwa konsentrasi gas N₂O masing-masing negara saat ini harus dikembalikan ke kondisi pada tahun 1990 yakni sebesar 308 ppb, sedangkan gas N₂O (Nitrogen Oksida) global dari sebelum masa industri (tahun 1750) hingga tahun 1998 konsentrasinya mengalami peningkatan yang cukup signifikan yakni dari 270 ppb menjadi 314 ppb seperti ditunjukkan Tabel 1, oleh karena itu perlu diupayakan penurunan emisi gas N₂O.

4.      Chloro-Fluoro-Carbon (CFC)

CFC merupakan zat-zat yang tidak mudah terbakar dan tidak terlalu toksik. Satu buah molekul CFC memiliki masa hidup 50 hingga 100 tahun dalam atmosfer sebelum dihapuskan. CFC biasanya digunakan sebagai bahan pendingin pada AC dan kulkas. CFC dipergunakan sebagai aerosol pada penyemprotan rambut, pengharum, dan pembasmi serangga. CFC bersifat sangat ringan sehingga mudah terangkat ke atmosfer yang lebih tinggi. Gas ini selain mampu menahan panas juga mampu mengurangi lapisan ozon, yang berguna untuk menahan sinar ultraviolet masuk ke dalam bumi. CFC dapat menyerang Ozon, akibatnya kandungan Ozon di angkasa menipis dan mengakibatkan lubang di kutub utara dan selatan, sehingga UV (ultraviolet) mampu menerobos masuk ke atmosfer dan menyebabkan terjadinya radiasi. Lapisan ozon yang tipis dapat mengancam kehidupan makhluk hidup di permukaan bumi.

Pada Protokol Montreal bulan September 1987, dicapai kesepakatan Internasional guna melindungi lapisan ozon. Kesepakatan itu antara lain produksi dan penggunaan CFC-11, CFC-12, CFC-113, CFC-114, halon, karbon tetraklorida, dan metil kloroform harus dihentikan, kecuali untuk penggunaan khusus. Selain itu, industri diharapkan mengembangkan bahan pengganti CFC yang bersahabat dengan ozon (ozone-friendly).

Gambar 6. Proses Terbetuknya Gas Rumah Kaca Akibat CFC

(Sumber : http://akangguruku.blogspot.co.id/2014/04/lapisan-ozon.html)

5.      Hidro-Fluoro-Carbon (HFCs)

HFCs ini juga disebut sebagi Freon. Gas ini juga dihasilkan oleh pendingin-pendingin yang menggunakan freon, seperti kulkas, AC, juga terbentuk selama manufaktur berbagai produk, termasuk busa untuk insulasi, perabotan (furniture), dan tempat duduk di kendaraan dan dapat menimbulkan pemanasan global.

6.      Sulfur Heksafluorida (SF₆)

Konsentrasi gas ini di atmosfer meningkat dengan sangat cepat, yang walaupun masih tergolong langka di atmosfer tetapi gas ini mampu menangkap panas jauh lebih besar dari gas-gas rumah kaca yang telah dikenal sebelumnya. Hingga saat ini sumber industri penghasil gas ini masih belum teridentifikasi.

Daftar Pustaka :

Anonim. 2011. Proses Terjadinya Gas Rumah Kaca dan Dampaknya. Tersedia dalam https://cirenggoreng.wordpress.com/2011/02/21/proses-terjadinya-gas-rumah-kaca-dan-dampaknya/ diakses pada 25 Februari 2018.

La An. 2008. Hubungan Efek Rumah Kaca, Pemanasan Global dan Perubahan Iklim. Tersedia dalam https://mbojo.wordpress.com/2008/07/17/hubungan-efek-rumah-kaca-pemanasan-global-dan-perubahan-iklim/ diakses pada 25 Februari 2018.

Soedomo. 1999. Pencemaran Udara. Bandung: Penerbit ITB