Apa itu NOx, CO dan Partikulat, dan Mengapa Berbahaya bagi Kita?

NOx, CO dan partikel materi adalah tiga kelompok gas dan zat pencemar utama yang keluar dari knalpot kendaraan bermesin pembakaran dalam: oksida nitrogen terbentuk dari reaksi oksigen dengan nitrogen di udara pada suhu pembakaran yang tinggi, karbon monoksida adalah produk pembakaran tidak sempurna akibat kekurangan oksigen, sedangkan partikel materi tersusun dari partikel jelaga halus yang terutama ditemukan pada mesin diesel. Ketiganya merugikan sistem pernapasan dan peredaran darah, sehingga menjadi sasaran utama standar emisi.

Apa Itu NOx dan Bagaimana Mesin Menghasilkannya?

NOx adalah nama kolektif bagi oksida nitrogen. Dua komponen yang paling umum adalah nitrogen oksida (NO, satu atom nitrogen satu atom oksigen) dan nitrogen dioksida (NO2, satu atom nitrogen dua atom oksigen). NO dapat berubah menjadi NO2 melalui reaksi di atmosfer; dalam laporan kualitas udara, NO2 digunakan sebagai indikator bagi seluruh kelompok NOx. Mari saya luruskan satu kebingungan yang sering terjadi: dinitrogen oksida (N2O) yang merupakan gas rumah kaca dan berdampak pada iklim adalah pencemar yang berbeda dari NOx.

Mekanisme pembentukannya adalah persoalan kimia yang sederhana. Suhu di dalam silinder mesin cukup tinggi untuk membuat molekul nitrogen (N2) dan oksigen (O2) di udara bereaksi satu sama lain. Ini bukan tujuan yang diinginkan dari pembakaran, melainkan produk sampingan yang tak terelakkan dari suhu tinggi. Semakin tinggi suhu dan tekanan, semakin banyak NOx yang dihasilkan.

Karena itulah mesin diesel menonjol. Diesel bekerja dengan udara berlebih, yaitu pembakaran "lean" yang kaya oksigen; oksigen per unit bahan bakar serta nilai suhu-tekanan silinder menjadikan produksi NOx lebih banyak dan kuat dibandingkan mesin bensin. Oleh karena itu, pusat kendali NOx selalu berada di sisi diesel; emisi NOx dari kendaraan juga telah diatur sejak tahun 1960-an.

Karbon Monoksida: Tak Berbau, Tak Berwarna, Beracun

Karbon monoksida adalah gas beracun yang terbentuk akibat pembakaran karbon yang tidak sempurna, tidak berbau dan tidak berwarna. Fisiologi di balik bahayanya sangat jelas: ketika CO masuk ke dalam darah, ia mengganggu pengangkutan oksigen. Akibatnya adalah kelelahan, sakit kepala, pusing dan gangguan konsentrasi yang disebabkan oleh kurangnya oksigen ke otak. Gejala awalnya meliputi sakit kepala, mengantuk dan mual; paparan berlanjut dapat menyebabkan muntah hingga kehilangan kesadaran. Karena tidak berbau, paparan serius dapat mencapai tingkat yang mematikan tanpa disadari.

Tabel paparan jangka panjang juga bukan sesuatu yang bisa diremehkan; paparan CO kronik paling sering dikaitkan dengan gangguan memori, perhatian dan konsentrasi serta gangguan gerak tipe Parkinson. Juga diketahui bahwa paparan rutin terhadap gas knalpot membuka jalan bagi masalah pernapasan seperti bronkitis, asma dan kanker paru-paru.

Kabar baik dari sisi teknis adalah: CO adalah polutan yang dapat diubah menjadi karbon dioksida yang tidak beracun di dalam katalitik konverter. Risikonya tetap ada pada gas yang tidak mencapai konverter; jika ada kebocoran di jalur knalpot, CO dapat lolos keluar tanpa diolah. Karena itu, integritas jalur knalpot bukan sekadar masalah kebisingan, melainkan persoalan keselamatan.

Mengapa Partikulat Sedang Berbahaya Seperti PM2.5?

Partikulat adalah campuran partikel padat dan cair kecil di udara; dalam bahasa sehari-hari inilah yang kita sebut "asap" atau "jelaga". Skala bahayanya berkaitan langsung dengan ukuran partikel. Partikel PM2.5 yang berdiameter di bawah 2,5 mikron, berkat ukurannya yang kecil, menembus hingga ke kedalaman sistem pernapasan dan peredaran darah. Sementara partikel ultra halus yang membentuk 80-95% jelaga diesel cukup kecil untuk masuk ke sel-sel paru-paru.

PM dianggap sebagai pendorong utama dampak kesehatan negatif yang berkaitan dengan paparan knalpot diesel. Dampak yang didaftarkan oleh otoritas kesehatan adalah:

• Kematian dini pada penderita penyakit jantung atau paru-paru
• Serangan jantung non-fatal dan detak jantung tidak teratur
• Perburukan asma, peradangan pernapasan dan kesulitan bernapas
• Pada peningkatan paparan jangka pendek, meningkatnya risiko kematian akut pada penderita gangguan kardiovaskular atau gangguan pernapasan yang sudah ada

Dampaknya tidak terbatas pada kesehatan saja. Polusi partikulat mengurangi jarak pandang, berdampak buruk pada iklim dan ekosistem, serta menyebabkan kerusakan pada material. Jadi jelaga yang keluar dari knalpot bukan hanya masalah pernapasan, tetapi juga masalah teknik lingkungan.

Hidrokarbon Tak Terbakar (HC): Dari Mana Asalnya?

Ada satu polutan lagi yang namanya tidak sering muncul seperti NOx di tabel emisi namun berada di tabel yang sama: hidrokarbon tak terbakar. Sumber-sumbernya terasa familier. Gas blow-by yang merembes dari rumah crankshaft dan kembali ke ruang bakar, campuran bahan bakar-udara yang terjebak di celah alur ring piston, bahan bakar cair di manifold hisap, dan lapisan minyak di dinding silinder adalah yang utama. Pada pengoperasian beban tinggi, celah alur ring piston adalah sumber utama emisi HC.

Ada pula sumber di luar ruang bakar: penguapan bahan bakar. Kerugian akibat penguapan bahan bakar dari tangki dan saluran juga ditambahkan ke emisi yang keluar dari knalpot. Sebagai contoh, campuran etanol dengan kadar rendah membuat bensin lebih mudah menguap sehingga dapat meningkatkan emisi penguapan. Pembakaran tidak sempurna, kekurangan oksigen atau kondisi pembakaran yang buruk adalah faktor dari sisi pembakaran yang secara langsung meningkatkan HC.

Standar Emisi Mana Menargetkan Gas Mana dan Mengapa?

Standar emisi Euro adalah serangkaian aturan yang menentukan jumlah maksimum polutan yang secara legal dapat dihasilkan oleh sebuah kendaraan; diperkenalkan pada 1992 bersamaan dengan kewajiban katalitik konverter. Logikanya sederhana: karena mekanisme kerusakan setiap polutan berbeda, masing-masing diberi batas tersendiri. Karena CO menargetkan pengangkutan oksigen, NO2 saluran pernapasan, dan PM jantung serta paru-paru, standar mengukur ketiganya secara terpisah.

Sejarah standar juga menunjukkan logika pembedaan ini: Sejak tahap Euro 2, Eropa menetapkan batas yang berbeda untuk kendaraan diesel dan bensin. Kendaraan diesel tunduk pada batas CO yang lebih ketat tetapi diizinkan memiliki NOx lebih tinggi; sedangkan kendaraan bensin dibebaskan dari standar partikulat hingga Euro 4. Euro 6, yang berlaku pada September 2014, memperketat batas NOx dan PM kendaraan diesel secara signifikan dan memberlakukan kewajiban yang membatasi bukan hanya massa tetapi juga jumlah partikul halus pada mesin diesel maupun bensin injeksi langsung (GDI). Di sisi diesel, kewajiban ini mengharuskan adopsi filter partikulat diesel (DPF) secara luas.

Perbedaan antara laboratorium dan jalan nyata kemudian menjadi pusat perdebatan setelah Dieselgate. Mulai September 2017, kendaraan disubjekkan pada uji RDE yang melakukan pengukuran dalam kondisi berkendara nyata. Hasilnya terukur: Pada periode yang dicakup aturan Euro, emisi NOx turun 84% dari tahun 2001 hingga 2017. Batas yang ketat juga mewajibkan sistem SCR menjadi umum pada kendaraan diesel.

Bagaimana Gas-Gas Ini Dibersihkan Sebelum Keluar dari Knalpot?

Rantai penanganan pasca-knalpot modern merancang solusi terpisah untuk setiap polutan. SCR (Selektif Reduksi Katalitik) menyuntikkan cairan knalpot diesel berbasis urea - yang dikenal sehari-hari sebagai AdBlue - ke dalam aliran knalpot; di katalisator, NOx direduksi menjadi nitrogen dan air yang tidak berbahaya. Pengurangan NOx dapat mencapai 90%; pada proses yang sama, HC dan CO berkurang 50-90%, PM 30-50%. DPF menahan partikel jelaga secara fisik; kombinasi DPF + SCR + DEF menahan jelaga sekaligus menurunkan NOx, sedangkan SDPF yang menggabungkan fungsi SCR dengan filter melakukan tugas yang sama dalam satu unit. Ada pula tindakan pencegahan di dalam silinder: EGR (sirkulasi ulang gas buang) mengirimkan sebagian gas buang kembali ke silinder sehingga menurunkan jumlah oksigen dan suhu pembakaran; karena suhu menurun, NOx yang terbentuk berkurang.

Berkat hal ini, profil emisi kendaraan baru telah berubah secara signifikan. Meskipun model baru menghasilkan sedikit lebih banyak CO2, mereka secara signifikan mengurangi produksi CO dan NOx dibandingkan generasi sebelumnya. Dari sudut pandang rekayasa, ini adalah kompromi yang dapat diterima: dampak iklim dan dampak polutan adalah skala yang berbeda, dan sebelum 2015 definisi "kendaraan emisi rendah" hanya berfokus pada CO2 yang rendah; setelah Dieselgate, polutan seperti NOx menjadi sorotan utama.

Apa Latar Belakang Debat NOx di Eropa?

Pada 2015, terungkap bahwa kendaraan diesel Volkswagen memanipulasi sistem kontrol emisinya agar lolos uji laboratorium; di jalan sesungguhnya, kendaraan-kendaraan itu menghasilkan oksida nitrogen hingga 40 kali lebih banyak dari yang dilaporkan. Peristiwa tunggal ini tidak berhenti sebagai masalah satu produsen: pada tahun-tahun berikutnya muncul bukti bahwa hampir semua produsen diesel di Eropa menggunakan strategi legal atau kemungkinan besar ilegal untuk turun di bawah batas uji. Uji laboratorium yang tidak mencerminkan berkendara nyata juga menjelaskan mengapa perdebatan ini terus berlanjut sebagai persoalan keandalan standar.

Angka di sisi kesehatan menunjukkan betapa seriusnya perdebatan ini. Diperhitungkan bahwa emisi berlebih kendaraan Volkswagen yang dijual di Jerman kemungkinan menyebabkan 1.200 kematian dini; emisi diesel NOx berlebih pada 2015 dikaitkan dengan sekitar 38.000 kematian dini di seluruh dunia, dan sebagian besar beban itu berada di Eropa. Di Eropa, setiap tahun sekitar 10.000 orang meninggal dini akibat emisi kendaraan diesel yang melampaui batas legal; paparan NO2 di perkotaan diperkirakan berkontribusi pada sekitar 75.000 kematian dini di benua Eropa pada 2012. Biaya kesehatan polusi udara dari kendaraan jalan raya di Uni Eropa diperkirakan mencapai 67-80 miliar euro per tahun.

Studi mengenai paparan jangka panjang terhadap NO2; melaporkan hubungan dengan mortalitas segala penyebab, mortalitas pernapasan dan kardiovaskular, serta gejala pernapasan dan fungsi paru pada anak-anak.

Tabelnya tidak bergerak satu arah saja. Antara 2005-2023, kematian yang diatribusikan pada PM2.5 di Uni Eropa turun 57% dan target pengurangan 55% pada 2023 tercapai. Artinya, perbaikan yang terukur mungkin terwujud ketika regulasi, teknologi, dan pengawasan bekerja bersama. Pendapat tentang di mana solusi harus dicari juga terpecah: satu pendekatan berfokus pada teknologi kontrol emisi dan penegakan standar, sementara pandangan lain berargumen bahwa pengurangan NOx paling cepat adalah dengan memindahkan pengguna kendaraan yang paling boros bahan bakar ke kendaraan listrik.

Pertanyaan Umum tentang NOx, CO, dan Partikulat

Mengapa PM2.5 lebih berbahaya daripada PM10?

Jawabannya terletak pada ukuran. Partikel PM2.5, berkat diameternya yang di bawah 2,5 mikron, dapat menembus jauh ke dalam sistem pernapasan dan peredaran darah; partikel yang lebih kasar seperti PM10 tidak dapat mencapai kedalaman tersebut. Semakin dalam penetrasi, semakin tinggi efek pada tingkat sel dan risiko terbawanya ke sistem jantung-pembuluh darah.

Mana yang menghasilkan lebih banyak NOx, diesel atau bensin?

Diesel. Karena mesin diesel bekerja pada suhu dan tekanan lebih tinggi dengan pembakaran kaya oksigen, mesin tersebut menghasilkan NOx dalam volume yang lebih besar. Ini sekaligus jawaban mengapa kontrol NOx diesel memerlukan sistem tambahan seperti SCR dan EGR.

Apa saja gejala keracunan CO?

Gejala awalnya adalah sakit kepala, pusing, mengantuk, dan mual; pada kondisi yang memburuk muncul muntah dan kehilangan kesadaran. Karena CO tidak berbau dan tidak berwarna, paparannya tidak disadari hingga gejala-gejala muncul.

Benarkah udara di dalam kendaraan bisa lebih kotor?

Ya, dalam lalu lintas yang padat, udara yang dihirup di dalam kendaraan bisa lebih buruk daripada yang dihirup orang yang berjalan di jalan yang sama; gas buang dapat masuk langsung ke dalam kabin. Inilah indikasi praktis mengapa pengaturan jendela tertutup dan sirkulasi udara menjadi penting.

Ringkasnya: setiap polutan yang keluar dari knalpot memiliki mekanisme terbentuknya, jalur bahayanya, serta solusi yang dirancang untuk menanganinya. NOx adalah tanda suhu tinggi, CO tanda pembakaran tidak sempurna, PM tanda jelaga, dan HC tanda bahan bakar yang tidak terbakar; karena standar mengukur keempatnya secara terpisah, menjadi mudah memahami mengapa setiap teknologi ada.

Sumber

• Vehicle NOx emissions: The basics
• Nitrogen Oxides (NOx)
• Basic Information about NO2 | US EPA
• What is nitrogen oxide and how do cars create it?
• Nitrogen Oxides | ToxFAQs™ | ATSDR
• Health and Environmental Effects of Particulate Matter (PM)
• Carbon Monoxide & Health | California Air Resources Board
• Border Agents Exposure to Carbon Monoxide (CO)
• Inhalable Particulate Matter and Health (PM2.5 and PM10)
• A systematic review of the health effects associated with diesel exhaust
• European emission standards
• Facts About SCR
• Impact of excess NOx emissions from diesel cars on air quality
• VW's excess emissions and premature deaths
• New study quantifies impact of NOx emissions from diesel vehicles
• Air pollution | European Environment Agency
• Unburned hydrocarbon emission mechanisms in small engines
• In-car air pollution