Materi Mapel IPAS ke-2

 

Studi Kasus: Dampak Penggunaan Energi Fosil terhadap Lingkungan dan Kesehatan

Tujuan Pembelajaran: Studi Kasus Dampak Energi Fosil

Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta didik diharapkan mampu:

1. Menjelaskan pengertian energi fosil dan perannya dalam kehidupan modern, termasuk contoh penggunaannya di berbagai sektor.
2. Menganalisis dampak negatif penggunaan energi fosil terhadap lingkungan, seperti pencemaran udara, pemanasan global, dan hujan asam.
3. Menjelaskan hubungan antara pembakaran energi fosil dengan gangguan kesehatan masyarakat, seperti gangguan pernapasan akibat paparan PM2.5.
4. Menginterpretasikan data polusi udara (seperti grafik PM2.5) untuk menilai tingkat pencemaran dan potensi risikonya bagi manusia dan alam.
5. Merumuskan solusi atau tindakan mitigasi yang dapat dilakukan untuk mengurangi dampak energi fosil, baik secara individu maupun kolektif.

Latar Belakang

Energi fosil seperti minyak bumi, batu bara, dan gas alam telah menjadi sumber utama energi global selama lebih dari satu abad. Energi ini digunakan untuk pembangkit listrik, transportasi, industri, dan rumah tangga. Namun, penggunaan energi fosil memiliki dampak serius terhadap lingkungan dan kesehatan manusia.

Studi Kasus: Pencemaran Udara di Cekungan Jakarta

Lokasi: Jakarta dan wilayah sekitarnya (Jabodetabek)
Isu: Pencemaran udara akibat pembakaran energi fosil
Waktu: Berlangsung kronis selama bertahun-tahun, dengan puncak polusi udara terjadi pada musim kemarau

Fakta Utama:

• Data dari IQAir (2023) menunjukkan kualitas udara Jakarta sering masuk dalam 10 kota dengan polusi tertinggi di dunia.
• Sumber polusi terbesar adalah kendaraan bermotor berbahan bakar fosil dan pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) batu bara yang berada di sekitar kota.
• Konsentrasi PM2.5 (partikel halus yang dapat masuk ke paru-paru) sering melebihi ambang batas yang ditetapkan WHO.

 Zat atau Komponen yang Termasuk PM2.5

PM2.5 (particulate matter 2.5) adalah partikel-partikel udara berukuran sangat kecil, dengan diameter ≤ 2,5 mikrometer (sekitar 3% diameter sehelai rambut manusia). Karena ukurannya yang sangat halus, PM2.5 dapat masuk ke saluran pernapasan hingga ke paru-paru, bahkan ke aliran darah, sehingga sangat berbahaya bagi kesehatan.

PM2.5 bukan satu jenis zat, melainkan campuran partikel padat dan cair yang dapat berasal dari berbagai sumber. Berikut beberapa komponen utama PM2.5:

Jenis Zat	Contoh/Asal Usul
Karbon Hitam (Black Carbon)	Sisa pembakaran tidak sempurna dari bensin, solar, kayu, dan batu bara
Nitrat (NO₃⁻)	Reaksi antara nitrogen oksida (NOx) dan amonia di udara
Sulfat (SO₄²⁻)	Reaksi antara sulfur dioksida (SO₂) dengan uap air di atmosfer
Amonium (NH₄⁺)	Hasil reaksi amonia dengan sulfat atau nitrat. Amonia dari pertanian (kotoran hewan, pupuk) bereaksi dengan NOx dan SO₂ menghasilkan partikel amonium (komponen PM2.5)
Logam Berat	Timbal (Pb), merkuri (Hg), kadmium (Cd) — berasal dari industri dan kendaraan
Debu Halus (Silika, Alumina)	Debu jalan, proses industri, kegiatan konstruksi
Senyawa Organik Volatil (VOCs)	Dari asap kendaraan, pembakaran limbah, dan industri kimia
Partikel Asap	Kebakaran hutan, asap rokok, asap dapur tradisional

Asal-usul Logam Berat dalam PM2.5

Logam berat seperti timbal, merkuri, dan kadmium dapat menempel pada partikel halus (PM2.5) di udara melalui berbagai proses pembakaran, aktivitas industri, dan transpor udara. Karena ukurannya sangat kecil dan sifatnya beracun, keberadaan logam berat dalam PM2.5 menjadi ancaman serius bagi kesehatan manusia.

1. Timbal (Pb)

Sumber utama:

• Bensin bertimbal (meskipun sekarang sudah dilarang di banyak negara)
• Peleburan logam (smelter timbal, industri aki/baterai)
• Pembakaran limbah elektronik (e-waste)
• Industri cat, keramik, dan pipa logam tua

Mekanisme ke udara:

• Timbal menguap saat proses pembakaran atau peleburan, lalu mengembun menjadi partikel halus (PM2.5) dan terdispersi di atmosfer.

Dampak kesehatan:

• Menyebabkan gangguan neurologis, terutama pada anak-anak
• Kerusakan ginjal dan sistem peredaran darah
• Penurunan IQ dan gangguan tumbuh kembang

2. Merkuri (Hg)

Sumber utama:

• Pembangkit listrik tenaga batu bara (PLTU)
• Pembakaran limbah medis dan kimia
• Pertambangan emas skala kecil (menggunakan amalgamasi)
• Industri kimia dan lampu fluorescent

Mekanisme ke udara:

• Merkuri menguap saat dibakar, kemudian berikatan dengan partikel lain di udara membentuk PM2.5 yang mengandung senyawa merkuri anorganik.

Dampak kesehatan:

• Merusak sistem saraf pusat
• Gangguan fungsi ginjal dan hati
• Efek buruk pada janin dan ibu hamil

3. Kadmium (Cd)

Sumber utama:

• Pembakaran batu bara
• Peleburan dan pengolahan logam seng dan timbal
• Industri baterai (Ni-Cd), pelapisan logam, dan plastik PVC
• Rokok (asap tembakau mengandung kadmium)

Mekanisme ke udara:

• Terbawa ke atmosfer saat proses industri atau pembakaran, kemudian mengendap dalam bentuk PM2.5.

Dampak kesehatan:

• Merusak paru-paru dan ginjal
• Bersifat karsinogenik (penyebab kanker)
• Menyebabkan gangguan tulang dan anemia

Debu Halus (Fine Dust): Silika dan Alumina sebagai Komponen PM2.5

Silika (SiO₂) dan alumina (Al₂O₃) adalah mineral alami yang sering ditemukan dalam bentuk debu halus di udara. Ketika ukurannya sangat kecil (≤ 2,5 mikrometer), partikel-partikel ini bisa masuk ke saluran pernapasan manusia dan menjadi bagian dari PM2.5.

1. Silika (SiO₂)

Apa itu silika?

Silika (silikon dioksida) adalah senyawa kimia yang tersusun atas silikon dan oksigen. Bentuk alaminya banyak ditemukan dalam pasir, tanah, batu kuarsa, dan granit.

Asal-usul debu silika di udara:

Sumber	Penjelasan
Konstruksi dan bangunan	Pemotongan, penggilingan, atau penghancuran beton, batu, keramik, dan semen
Industri pertambangan	Penambangan batu kuarsa, pasir silika, atau proses peledakan batuan
Pabrik semen dan bata	Proses pembakaran tanah liat atau bahan mentah yang mengandung silika
Sumber alami	Angin kencang di daerah gersang atau gurun yang membawa debu silika ke udara

Bahaya paparan silika:

• Silikosis (penyakit paru-paru kronis)
• Penyakit paru obstruktif kronik (PPOK)
• Kanker paru-paru
• Peradangan saluran napas

2. Alumina (Al₂O₃)

Apa itu alumina?

Alumina (aluminium oksida) adalah senyawa aluminium dan oksigen yang terbentuk secara alami dari pelapukan batuan bauksit, dan banyak digunakan dalam industri logam dan bahan tahan api.

 

Asal-usul debu alumina di udara:

Sumber	Penjelasan
Industri peleburan aluminium	Proses elektrolisis atau pembakaran bauksit untuk memurnikan aluminium
Industri keramik dan refraktori	Pembuatan bahan tahan panas, seperti bata tahan api atau isolator industri
Pabrik pengolahan logam	Aktivitas pemotongan, pengamplasan, atau pengeboran material yang mengandung Al
Sumber alami	Letusan gunung berapi dan abrasi batuan oleh angin

Bahaya paparan alumina:

• Iritasi paru-paru dan saluran napas
• Gangguan pada pekerja industri (aluminosis)
• Risiko penyakit paru kronik bila terhirup terus-menerus

Senyawa Organik Volatil (VOCs)

Senyawa Organik Volatil (Volatile Organic Compounds – VOCs) adalah kelompok besar senyawa kimia berbasis karbon yang mudah menguap pada suhu dan tekanan ruang. Artinya, mereka dapat berubah dari bentuk cair atau padat menjadi uap atau gas dan menyebar ke udara dengan sangat mudah.

Contoh umum: formaldehida, toluena, benzena, asetaldehida, dan xilen.

Sumber VOCs

VOCs berasal dari berbagai aktivitas alami dan aktivitas manusia.

Sumber Antropogenik (Buatan Manusia):

Kegiatan	Senyawa VOC yang dihasilkan
Emisi kendaraan bermotor	Benzena, toluena, formaldehida
Industri pelarut dan cat	Xilen, etil asetat, stirena
Produk rumah tangga (parfum, pembersih)	Limonena, alkohol, formaldehida
Percetakan dan pelapis permukaan	Toluen, metanol, aseton
Pembakaran sampah atau biomassa	Formaldehida, asetaldehida, akrolein

Sumber Alami (Biogenik):

Asal	Senyawa VOC
Emisi tanaman dan pohon	Isoprena, monoterpena (seperti limonena)
Aktivitas vulkanik	Senyawa sulfur dan hidrokarbon
Fermentasi dari kotoran hewan	Metana, amonia

Tabel jenis Senyawa Organik Volatil (VOC)

Nama Senyawa	Rumus Kimia	Sumber Umum	Dampak terhadap Kesehatan
Formaldehida	HCHO	Lem kayu, resin, asap rokok, pelapis furnitur	Iritasi mata dan saluran napas, bersifat karsinogen (penyebab kanker)
Benzena	C₆H₆	Bahan bakar kendaraan, asap rokok, pelarut industri	Menyebabkan leukemia, gangguan sistem saraf
Toluena	C₇H₈	Cat, thinner, lem, penghapus cat kuku	Sakit kepala, pusing, kerusakan hati dan ginjal
Aseton	C₃H₆O	Penghapus cat kuku, pelarut cat, pembersih industri	Iritasi mata, pusing, mual dalam konsentrasi tinggi
Xilen	C₈H₁₀	Bensin, cat semprot, perekat	Iritasi saluran napas, pusing, kelelahan, gangguan fungsi hati

Dampak VOCs terhadap Kesehatan dan Lingkungan

Terhadap Kesehatan Manusia:

• Iritasi mata, hidung, dan tenggorokan
• Sakit kepala, mual, dan pusing
• Gangguan sistem saraf pusat
• Efek jangka panjang: kanker, kerusakan organ (hati, ginjal)

Terhadap Lingkungan:

• Membentuk ozon troposfer (ozon di permukaan bumi) melalui reaksi fotokimia dengan nitrogen oksida (NOx) → menyebabkan kabut asap (smog).
• Berkontribusi terhadap pembentukan PM2.5 sekunder
• Menurunkan kualitas udara dalam ruangan (indoor air pollution)

Reaksi Pembentukan Ozon dari VOCs (Contoh):

plaintext

SalinEdit

VOCs + NOx + sinar matahari → O₃ (ozon) + senyawa iritan lainnya

Penggunaan VOCs dalam Industri (Namun Berisiko)

Industri	VOCs yang Digunakan	Tujuan
Industri cat dan pelarut	Toluena, xilen	Pengencer dan pelarut
Kosmetik dan parfum	Alkohol, limonena	Pewangi dan pelarut
Industri farmasi	Pelarut organik	Proses sintesis obat
Percetakan	Asetat, stirena	Pengering tinta

Upaya Pengendalian dan Pencegahan Paparan VOCs

Upaya Pengendalian dan Pencegahan Paparan VOCs

• Gunakan cat atau pelarut rendah VOC (Low-VOC paint)
• Ventilasi ruangan dengan baik saat mengecat atau membersihkan
• Hindari pembakaran terbuka limbah rumah tangga
• Gunakan alat pelindung diri (masker respirator) dalam lingkungan kerja ber-VOC tinggi
• Perkuat regulasi industri dan kendaraan bermotor

Karbon Hitam

Karbon hitam (Black Carbon, BC) adalah partikel halus hasil pembakaran tidak sempurna dari bahan yang mengandung karbon, seperti bahan bakar fosil, biomassa, dan kayu. Karbon hitam merupakan komponen utama dari jelaga (soot) dan tergolong sebagai partikel PM2.5, yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan.

Ciri-ciri Karbon Hitam:

• Berwarna hitam pekat (gelap)
• Tidak larut dalam air
• Bersifat hidrofobik (menolak air)
• Mampu menyerap sinar matahari dan menghasilkan panas

Asal atau Sumber Emisi Karbon Hitam:

Sumber	Contoh Aktivitas
Kendaraan bermotor diesel	Mesin diesel tanpa filter emisi
Pembakaran biomassa	Pembakaran kayu, jerami, atau hutan liar
Industri dan pembangkit listrik	Pabrik yang menggunakan batu bara atau minyak
Pembakaran sampah terbuka	Sampah plastik, karet, dan organik
Penggunaan kompor tradisional	Kompor arang, minyak tanah, atau kayu

Dampak Karbon Hitam:

1. Kesehatan

• Masuk ke saluran pernapasan → menyebabkan iritasi paru, asma, bronkitis
• Menembus alveolus → memicu penyakit jantung, stroke, kanker paru
• Efek jangka panjang: penurunan fungsi paru-paru dan kematian dini

2. Lingkungan

• Menyumbang pemanasan global dengan menyerap radiasi matahari
• Mencairkan es dan salju lebih cepat (karena menyerap panas di permukaan es)
• Mempengaruhi curah hujan dan pola iklim lokal

3. Kualitas Udara

• Salah satu penyusun utama kabut asap perkotaan dan polusi udara PM2.5
• Menurunkan visibilitas dan meningkatkan indeks pencemaran udara (AQI)

Tabel Perbandingan Karbon Hitam vs Karbon Dioksida

Aspek	Karbon Hitam (Black Carbon)	Karbon Dioksida (CO₂)
Bentuk	Partikel padat halus	Gas tidak berwarna
Sifat	Tidak larut air, menyerap cahaya	Larut dalam air, tidak menyerap cahaya
Umur di atmosfer	Beberapa hari hingga minggu	Puluhan hingga ratusan tahun
Efek pemanasan	Sangat kuat, lokal & jangka pendek	Sedang, global & jangka panjang
Sumber utama	Pembakaran tidak sempurna (diesel, kayu, sampah)	Pembakaran sempurna bahan fosil
Warna asap	Hitam pekat (jelaga/soot)	Tidak terlihat (gas tak berwarna)
Dampak kesehatan	Iritasi paru, kanker, penyakit jantung	Efek tidak langsung (akumulasi gas rumah kaca)
Pengaruh lingkungan	Mempercepat pencairan es, kabut asap	Pemanasan global, perubahan iklim

 Grafik: Polusi PM2.5 Jakarta vs Batas Aman WHO

Berikut grafik sederhana yang menggambarkan kadar rata-rata PM2.5 harian di Jakarta dibandingkan dengan ambang batas WHO:

 Tingkat PM2.5 Harian (µg/m³)

 

70 ┤                          ●  (Jakarta - Hari Tertinggi)

60 ┤                       ●

50 ┤                    ●

40 ┤                 ●           (Ambang batas WHO: 15 µg/m³)

30 ┤              ●

20 ┤           ●

10 ┤        ●

 0 ┼──●────────────────────────────────

     WHO    Jakarta Hari Biasa    Hari Tertinggi

Keterangan:

·         Batas aman WHO untuk PM2.5: 15 µg/m³

·         Rata-rata Jakarta di musim kemarau: 40–70 µg/m³

·         Data berdasarkan laporan dari IQAir dan Greenpeace tahun 2023

Dampak yang Ditimbulkan dari pengguanaan energi fosil

·         Dampak Lingkungan:

1. Pencemaran Udara: Emisi karbon dioksida (CO₂), nitrogen oksida (NOₓ), sulfur dioksida (SO₂), dan partikel debu menyebabkan penurunan kualitas udara.
2. Pemanasan Global: CO₂ dari pembakaran bahan bakar fosil adalah penyebab utama efek rumah kaca dan perubahan iklim.
3. Hujan Asam: Gas SO₂ dan NOₓ bercampur dengan uap air di atmosfer, menyebabkan hujan asam yang merusak tanaman, bangunan, dan ekosistem air.
4. Kerusakan Ekosistem: Pengeboran dan penambangan batu bara menyebabkan deforestasi dan degradasi lahan.

·         Dampak terhadap Kesehatan:

1. Gangguan Pernapasan: Tingginya kadar PM2.5 dan gas berbahaya menyebabkan asma, bronkitis, dan penyakit paru-paru kronis.
2. Kanker: Paparan jangka panjang terhadap partikel dari bahan bakar fosil meningkatkan risiko kanker paru-paru.
3. Penurunan Kualitas Hidup: Polusi udara menurunkan produktivitas masyarakat dan meningkatkan beban biaya kesehatan.

Upaya Solusi dan Alternatif

1. Pengurangan Konsumsi Energi Fosil: Pemerintah mulai membatasi penggunaan PLTU batu bara dan mengalihkan ke pembangkit berbasis energi terbarukan.
2. Transisi ke Energi Bersih: Promosi penggunaan kendaraan listrik dan panel surya di rumah tangga.
3. Kebijakan Emisi: Pemerintah menerapkan kebijakan pajak karbon dan pembatasan emisi pada industri dan kendaraan.
4. Pendidikan dan Kampanye Kesadaran: Mengedukasi masyarakat tentang pentingnya mengurangi ketergantungan pada energi fosil.

Kesimpulan

Studi kasus Jakarta menunjukkan bahwa penggunaan energi fosil secara besar-besaran memberikan konsekuensi serius terhadap kualitas udara, kesehatan masyarakat, dan lingkungan hidup. Oleh karena itu, transisi ke energi terbarukan bukan hanya pilihan, tetapi keharusan untuk keberlanjutan hidup generasi masa depan.

Soal Diskusi (buatlah kelompok yang terdiri 4 orang)

1. Temukan contoh kasus dampak energi fosil di wilayah jabotabek ( minimal 100-150 kata berupa ringkasan yang berisi lokasi tempat terjadinya, penyebabnya, kerugian yang ditimbulkan) !
2. Buatlah langkap-langkah penanggulangan dampak penggunaan energi fosil di lingkungan sekolah dan lingkungan rumah ! (minimal 5 langkah penanggulangan)