BAB VIII PENGELOLAAN SAMPAH BERBASIS RENEWABLE ENERGY

Transkripsi

1 BAB VIII PENGELOLAAN SAMPAH BERBASIS RENEWABLE ENERGY 8.1. Latar Belakang Laju pertumbuhan penduduk yang tinggi, telah meningkatkan konsumsi energi untuk kehidupan sehari-hari. Sampai saat ini, sumber energi utama yang dikonsumsi adalah minyak bumi. Namun disadari bahwa persedian minyak bumi semakin menipis sehingga apabila dieksploitasi terus-menerus akan habis. Oleh karena itu perlu dilakukan efisiensi energi dan memanfaatkan sumber-sumber energi terbarukan. Pada sisi lain, jumlah timbulan (produksi) sampah di lingkungan perkotaan terus meningkat. Umumnya, sampah kota didominasi oleh sampah organik dengan komposisi berkisar antara persen. Kedua permasalahan tersebut telah memacu penelitian untuk mencari sumber energi terbarukan dengan memanfaatkan jumlah sampah yang melimpah di lingkungan perkotaan. Pemikiran tersebut diatas muncul karena sampah kota merupakan sumberdaya yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan. Teknik pemanfaatan sampah sebagai sumber energi yang dilakukan dalam kegiatan ini adalah dengan merecovery gas metan dari TPA dan memfermentasi sampah secara anaerobik dalam digester kedap udara. Recovery gas metan TPA merupakan hal yang sangat penting dalam rangka upaya mencegah emisi gas metan yang berkontribusi dalam pemanasan global. Teknik recovery gas metan dan pemanfaatannya dapat dilakukan dengan berbagai cara tetapi perlu diadaptasikan dengan kondisi TPA di Indonesia yang open dumping. Sementara itu, teknik pemanfaatan sampah sebagai sumber energi melalui fermentasi anaerobik juga perlu rekayasa teknik terkait dengan sifat dan karakter sampah kota yang berbeda dengan limbah peternakan yang sudah popular dimanfaatkan menjadi biogas. Teknik biogas sampah saat ini sedang mulai berkembang. Skala pengolahan sampah organik menjadi biogas melalui fermentasi anaerobik dapat dilakukan secara tersentralisasi di pusat pengolahan sampah atau terdesentralisasi tersebar di dekat sumber-sumber sampah. Pengolahan sampah menjadi biogas yang tersentralkan umumnya berkapasitas besar dan membutuhkan 117

2 biaya investasi, operasi dan pemeliharaan yang tinggi dengan operasi yang mekanis. Hal tersebut menjadi kendala utama pembangunannya. Sementara itu, pengolahan sampah menjadi biogas yang tersebar di dekat sumber-sumber sampah biayanya relatif murah, padat karya, keterlibatan masyarakat tinggi, dan teknologinya tepat guna. Kegiatan penelitian Pengelolaan Sampah Berbasis Renewable Energy dilakukan di kota Probolinggo, sebagai tindak lanjut adanya MoU antara BPPT dengan Walikota Probolinggo dan Perjanjian Kerja Sama (PKS) antara Direktur Pusat Teknologi Lingkungan-BPPT dengan Kepala Badan Lingkungan Hidup (BLH) kota Probolinggo. Kajian ini telah dimulai tahun 2013, dengan kegiatan yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: Menyusun disain prototipe teknologi anaerobic digestion sampah organik perkotaan skala rumah tangga dan komunal. Mengkaji performansi kinerja prototipe instalasi teknologi anaerobic digestion sampah organik perkotaan skala rumah tangga dan komunal. Kegiatan tersebut telah dapat dilaksanakan dengan baik dan menjadi dasar dalam pelaksanaan kegiatan tahun Sedangkan kajian yang telah dilakukan untuk tahun 2014 adalah sebagai berikut: Studi recovery dan instalasi alat purifikasi gas metan TPA. Instalasi dan diseminasi food digester skala rumah tangga. Disain instalasi digester biogas sampah skala kawasan Tujuan dan Sasaran Tujuan dari kegiatan ini adalah : Mengkaji dan mengembangkan teknologi pengelolaan sampah organik perkotaan menjadi biogas melalui teknologi anaerobic digestion. Mengkaji dan mengembangkan teknik recovery dan instalasi alat purifikasi gas metan TPA. Melakukan pendampingan dalam instalasi dan diseminasi food digester skala rumah tangga. Merancang disain instalasi digester biogas sampah skala komunal. Sedangkan sasaran kegiatan adalah: Diperolehnya teknik recovery dan terpasangnya alat purifikasi gas metan TPA Terdesiminasinya food digester skala rumah tangga. 118

3 Diperolehnya disain instalasi digester biogas sampah skala komunal Hasil Kegiatan Pengkajian dan Pengembangan Teknik Recovery dan Instalasi Alat Purifikasi Gas Metan TPA Studi Teknik Recovery dan Instalasi Gas Metan TPA Studi teknik recovery dan instalasi gas metan TPA didahului dengan studi literatur untuk mengetahui teknik recovery, purifikasi dan pemanfaatan gas metan TPA yang berkembang di dunia. Studi ini juga mencakup kegiatan survei ke beberapa TPA di Indonesia untuk mengetahui best practices yang dilakukan misalnya di TPA Supit Urang (Kota Malang), TPA Talangagung (Kab. Malang), TPA Bantargebang (Bekasi) dan TPA Sumur Batu (Bekasi). Dari studi ini diketahui: Teknik recovery gas TPA yang sesuai dengan kondisi TPA open dumping dan kondisi sosio-ekonomi Kab/Kota di Indonesia. Teknik purifikasi gas metan TPA yang menjadi dasar untuk mendisain dan menginstalasi alat purifikasi gas metan. Distribusi penggunaan gas metan TPA untuk memasak untuk masyarakat sekitar TPA. Berdasarkan kajian yang telah dilakukan maka teknik recovery dan instalasi gas metan TPA yang dilakukan di TPA Supit Urang Kota Malang dan TPA Talang Agung Kabupaten Malang, menarik untuk dikaji dan dievaluasi. Kedua TPA tersebut menggunakan metoda yang sama dan sangat cocok dan sesuai untuk digunakan di TPA yang sudah selesai operasi di kota-kota dan kabupaten di Indonesia, karena alasan sebagai berikut: Sesuai dengan kondisi TPA open dumping. Sesuai dengan kondisi sosio-ekonomi Kab/Kota di Indonesia. Menggunakan teknologi yang tepat guna dan peralatan yang sederhana. Serta dapat dilakukan oleh tenaga ahli yang ada di TPA itu sendiri. Instalasi recovery gas dan pemanfaatannya pada kedua TPA tersebut meliputi: Sumur gas Jaringan pemipaan antar sumur 119

4 Tower water trapping Suction blower Filter arang aktif Sarana pemanfaatan internal (kompor gas, genset listrik, dan kompresor penabungan gas) Jaringan transmisi dan distribusi gas Gambar 8.1. Jaringan Pemipaan (kiri) dan Tower Water Trapping (kanan). Gambar 8.2. Pipa Transmisi (kiri) dan Pipa Distribusi Gas (kanan). 120

5 Gambar 8.3. Gas TPA Dimanfaatkan untuk Memasak Disain dan Pembuatan Alat Purifikasi Gas Metan TPA Alat purifikasi yang didisain adalah yang cocok dengan kondisi daerah di Indonesia. Dari purifikasi ini diharapkan kandungan metannya meningkat dari 30 persen menjadi 95 persen. Capaian tersebut bermanfaat untuk digunakan sebagai BBG kendaraan bermotor. Tanpa purifikasi yang baik pemanfaatan gas TPA untuk penggerak gas engine akan mengakibatkan cepatnya kerusakan gas engine. Tanpa dipurifikasi gas metan TPA hanya dapat didistribusikan ke rumah tangga di sekitar TPA untuk digunakan memasak pengganti LPG. Diantara berbagai metode purifikasi biogas, water scrubber dipilih untuk diteliti karena water scrubber merupakan metode yang paling mudah dilakukan di daerah rural. Air adalah pelarut CO2 yang baik. Kelarutan CO 2 di air dibentuk oleh variasi tekanan dan temperatur. Teknologi water scrubber merupakan suatu metode penyerapan untuk memisahkan CO2 dari aliran gas. Selain CO2, water scrubber juga dapat memisahkan H2S dan NH3 Untuk mendisain water scrubber, beberapa hal yang harus diperhatikan adalah: Asumsi data dasar volume dan komposisi biogas. Material balance dan penentuan laju air yang akan digunakan sebagai scrubber. Seleksi packing material di dalam kolom scrubber. Penentuan diameter kolom. Penentuan tinggi kolom. Penentuan rangka pendukung dan distribusi air. 121

6 Gambar 8.4. Alat Purifikasi Gas Metan TPA Sistem Water Scrubber Pendampingan dalam Instalasi dan Diseminasi Food Digester Skala Rumah Tangga Food digester skala rumah tangga yang diinstalasi dan diseminasi merupakan hasil riset tahun Sistem yang digunakan dalam food digester adalah sistem kontinyu dan low solid dengan input sampah makanan dari dapur, kantin, restoran, dan sebagainya. Start up dilakukan dengan menggunakan kotoran sapi dan dilanjutkan dengan input yang berupa sampah makanan. Digester ini mempunyai performansi yang baik dalam menangani sampah makanan dan memproduksi biogas. Gas yang dihasilkan setiap harinya dapat untuk memasak sekitar satu jam dan slurry nya digunakan untuk memupuk tanaman. Oleh kerena performansi yang baik tersebut food digester diperbanyak, kemudian diuji coba untuk diterapkan di beberapa lokasi, seperti di rumah warga, kantin perkantoran, dan TPS 3R di wilayah Kota Probolinggo. Digester tersebut kelihatannya dapat menjadi alternatif yang baik dimasa depan untuk menangani sampah makanan di kota-kota lainnya di Indonesia. 122

7 Gambar 8.5. Food Digester yang Siap Didistribusikan (kiri) dan Sudah Didistribusikan (kanan) Untuk tahun 2014 telah dibuat 4 buah food digester dan 1 buah sudah didistribusikan kepada Bapak Mahmudi yang beralamat di Jalan Ciwulan, Kelurahan Kareng, Kecamatan Wonoasih. Terlihat pada gambar food digester yang ditempatkan di halaman depan rumah Bapak Mahmudi. Saat ini biogas hasil food digester tersebut sudah digunakan untuk memasak Disain Instalasi Digester Biogas Sampah Skala Komunal Disain instalasi digester biogas sampah skala kawasan juga berbasiskan hasil riset tahun Sistem yang digunakan adalah digester perkolasi dengan sistem batch dan high solid (TS diatas 20%). Input yang dipakai berupa sampah taman dan sampah pasar. Kapasitas digester untuk cakupan layanan KK dengan jumlah sampah sekitar 5 m 3 perhari. Digester yang didesain merupakan sistem modular berupa serial bak dari beton. Masa tinggal sampah (padat) sekitar 40 hari di dalam digester untuk dipanen gasnya. Biogas yang dihasilkan direncanakan untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik di lokasi tersebut. Sedangkan sisa padatannya akan digunakan sebagai pupuk kompos Sistem yang Dipergunakan Teknologi pengolahan sampah menjadi biogas skala komunal sangat beragam. Berdasarkan pertimbangan teknis, ekonomis dan lingkungan, sistem yang dipakai sebagai dasar desainnya adalah kombinasi sistem anaerobik aerobik. 123

8 Yang dimaksud dengan kombinasi anaerobik aerobik adalah memproses atau mengolah sampah secara anaerobik dahulu untuk menghasilkan biogas dan setelah itu prosesnya dilanjutkan secara aerobik untuk menghasilkan kompos. Sistem anaerobik yang dipilih adalah sistem yang meliputi: High Solid Anaerobic Digestion (HSAD). Single stage. Batch. Mesofilik. Sistem HSAD adalah sistem anaerobik pengolahan sampah menjadi biogas dalam kondisi material sampah yang difermentasikan kandungan padatannya di atas 25 persen sehingga disebut pula sebagai sistem padat atau kering (dry). Sistem ini berbeda dengan sistem Low Solid Anaerobic Digestion (LSAD), di mana kandungan padatannya sekitar # persen yaitu dengan cara dibuburkan dulu dengan penambahan air. Kemudian yang dimaksud dengan single stage yaitu bahwa seluruh reaksi hidrolisis hingga pembentukan metan (metanogenesis) direkayasa berlangsung dalam digester yang sama. Prosesnya sistem batch, bukan kontinyu yakni sampah organik dimasukan ke dalam digester kemudian ditutup rapat dan setelah proses fermentasi selesai sampah dikeluarkan dari digester dan digester tersebut diisi kembali. Digester yang dipergunakan terdiri atas beberapa serial bak. Selanjutnya, kondisi temperatur yang dipergunakan dalam proses adalah kondisi mesofolik atau temperatur kamar. Sementara itu, lanjutan dari sistem anaerobik yang diterapkan adalah sistem aerobik. Sistem aerobik yang dipilih adalah komposting sistem static pile yang dilengkapi dengan injeksi udara menggunakan blower. Kelebihan dari sistem anaerobik dan aerobik yang dipergunakan meliputi: Toleran terhadap kontaminan yang terdapat di dalam sampah organik seperti serpihan plastik, pecahan kaca, pasir dan sebagainya. Dalam proses fermentasi, material berada menetap di dalam bak digester sehingga tidak diperlukan peralatan pendorong atau pemindah seperti halnya pada sistem kontinyu. 124

9 Proses batch dan stasioner memudahkan pengendalian untuk menghasilkan energi yang optimal. Proses berlangsung closed loop liquid cycle untuk cairan yang dihasilkan. Mereduksi produksi CO2 melalui penggunaan biogenic energy Produksi gas berlangsung kontinyu karena fermentasi berlangsung di dalam serial bak digester. Keseluruhan proses tidak menghasilkan limbah, karena langsung dimanfaatkan. Padatan yang dihasilkan dikomposkan secara langsung. Teknologinya tangguh dan dapat diandalkan. Biaya reparasi dan pemeliharaan rendah. Biaya konsumsi energi rendah yaitu sekitar 5-10% Kapasitas Kapasitas olah sampah plant biogas ini adalah sebesar 1,89 ton atau 5,71 m3 sampah. Plant ini dirancang untuk melayani sekitar 673 KK Ouput Proses Output dari proses pengolahan sampah menjadi biogas berupa: Biogas (418 m3/hari) Kompos (0,66 ton/hari) Recycled material (kertas, plastik, logam) Secara lebih lengkap, spesifikasi disain instalasi digester biogas sampah skala komunal, dapat dilihat pada Tabel 8.1. Tabel 8.1. Spesifikasi Pengolahan Sampah Menjadi Biogas Skala Komunal Spesifikasi Tempat Pengolahan Sampah Menjadi Biogas Skala Komunal Kapasitas Cakupan Layanan Sistem Input sampah 1,89 ton/ 5,71 m3 673 KK Kombinasi Sistem Anaerobik Aerobik Sistem Anaerobik : - High Solid Anaerobic Digestion (HSAD) 125

10 Output Proses Output Biogas (perhari) Output Energi dari Biogas Output Kompos (perhari) Bak Digester Aaerobik Gas holder Bak Komposting Bak Recycled Material Kotainer Truk Sampah Genset Biogas Mesin Pencacah Sampah Mesin Pengayak Kompos Blower Pompa resirkulasi lindi Unit purifikasi metan Luas Kebutuhan Lahan Total Investasi - Single stage - Batch - Mesofilik Sistem Komposting : Static Pile with air injection Biogas (untuk pembangkitan listrik) Kompos Recycled material (kertas, plastik, logam) 418 m3 30,4 kwh 0,66 ton Jumlah 40 buah Ukuran setiap digester 2 m3 Waktu tinggal 40 hari Sistem floating Menyatu dengan penampungan lindi Volume 12 m3 Jumlah 4 buah Ukuran setiap bak panjang 4 m, lebar 2 m dan tingggi 1,3 m Di lantai bak dipasang perforated pipe untuk aerasi Aerasi dibantu dengan blower Ukuran 8 m3 Spesifikasi: Spesifikasi: Spesifikasi: Spesifikasi: Spesifikasi: Spesifikasi: 126

11 Diskripsi Proses Pengolahan Sampah Menjadi Biogas berikut. Bagan alir proses pengolahan sampah menjasi biogas disajikan pada Gambar Gambar 8.6. Bagan Alir Proses Pengolahan Sampah Menjadi Biogas Sampah yang masuk ke dalam plant biogas terlebih dahulu dipilah secara manual. Sampah yang laku jual (recycled material) dikumpulkan untuk dipres. Sampah residu dikumpulkan untuk dibuang ke TPA. Sementara itu sampah organiknya kemudian dicacah sebelum dimasukkan ke digester. Sistem yang dipergunakan dalam pengolahan sampah menjadi biogas adalah sistem batch yang menggunakan sistem dry anaerobic digestion dalam kondisi temperatur mesofilik. Material input (sampah organik) dimasukkan ke dalam bak digester kedap udara. Material tersebut kandungan padatannya relatif tinggi yaitu sekitar persen sehingga proses fermentasinya disebut dry anaerobic digestion. Material sampah berada dalam bak digerster selama hari. Ke dalam tumpukan material tersebut disiramkan cairan perkolasi yang berasal dari lindi tumpukan sampah itu sendiri dan cairan mengandung bakteri metan. Cairan 127

12 disiramkan melalui bagian atas tumpukan dengan sprinkler. Cairan tersebut berperan sebagai inokulum karena mengandung bakteria anaerobik. Material input digester tersebut antara lain sampah makanan, sampah taman, sampah pasar, dan sampah organik lainnya. Sampah dimasukan ke dalam digester pertama, dan pada hari selanjutnya sampah dimasukan ke dalam digester berikutnya. Berbagai reaksi kimia pembentukan biogas (hidrolisisi, asidifikasi, dan metanisasi) akan berlangsung dalam satu tahap di setiap bak. Biogas yang dihasilkan ditampung dalam gas holder yang merupakan bagian dari penampung cairan tersebut. Setelah proses dry fermentation, padatan yang dihasilkan dipindahkan ke dalam bak komposting untuk diproses menjadi kompos secara aerobik. Tumpukan padatan di dalam bak komposting di aerasi dengan blower. Padatan tersebut volumenya telah tereduksi hingga 40% dan telah terdekomposisi secara anaerobik sehingga lanjutan proses kompostingnya hanya berlangsung sekitar 7-14 hari saja Ruangan dan Peralatan Tata letak dari komponen-komponen ruangan dan peralatan yang dipergunakan, seperti tertera pada Gambar 8.7, antara lain berupa: Ruang penurunan sampah Ruang pemilahan sampah Bak recycled material Serial bak digester Tanki perkolasi dan gasholder Bak komposting Kantor Ruang purifikasi gas Pompa Suction blower Gas Holder Gas flow meter Genset Purifikator Gas 128

13 Gambar 8.7. Tata Letak Instalasi Digester Biogas Sampah Skala Kawasan Manfaat Kegiatan Bagi BPPT Diperolehnya model teknologi pengelolaan sampah organik perkotaan menjadi biogas skala rumah tangga dan skala komunal/kawasan. Diperolehnya model teknik recovery gas metan TPA, khususnya TPA open dumping paska operasi. Diperolehnya model teknik purifikasi gas metan, dengan menggunakan sistem water scrubber. Penguatan kompetensi teknologi pengelolaan sampah organik perkotaan menjadi biogas melalui teknologi anaerobic digestion. Memperkuat jejaring dengan Pemerintah Daerah Bagi Mitra (Pemerintah Kota Probolinggo). Peningkatan kapasitas SDM melalui proses transfer of knowledge. Tersedianya digester biogas sampah skala rumah tangga. Dapat memperbaiki teknik recovery gas metan TPA Probolinggo. Dapat mempurifikasi gas metan dari TPA. 129

14 Bagi Masyarakat. Pemanfaatan sampah menjadi biogas baik yang dengan me-recovery gas metan dari TPA ataupun yang memfermentasi sampah secara anaerobik dalam digester kedap udara, dapat mengurangi pemakaian LPG, sehingga dapat menghemat biaya bahan bakar untuk memasak bagi masyarakat penggunanya. Penggunaan gas metan dari TPA, dapat mengurangi pencemaran lingkungan akibat gas metan yang secara alamiah dihasilkan dari TPA Kesimpulan dan Rekomendasi Teknik recovery gas metan model TPA Supit Urang di Kota Malang dan TPA Talang Agung di Kabupaten Malang, cocok untuk digunakan di kota-kota dan kabupaten di Indonesia yang sudah selesai operasi, karena sesuai dengan kondisi TPA open dumping dan sosial ekonomi kabupaten/kota, menggunakan teknologi yang tepat guna, peralatan yang sederhana dan dapat dilakukan oleh tenaga ahli yang ada di TPA itu sendiri. Gas metan yang dihasilkan dari TPA, khususnya TPA kota Probolinggo perlu di purifikasi lebih lanjut untuk mendapatkan kualitas gas metan yang lebih baik.teknik purifikasi yang dipilih menggunakan sistem water scrubber, karena dianggap cocok dengan kondisi di Indonesia. Untuk itu alat purifikasi gas metan yang dirancang dan dibuat menggunakan teknik water scrubber. Beberapa parameter yang digunakan dalam teknik purifikasi ini antara lain tekanan input gas dan air, laju alir gas dan air, kadar garam air yang digunakan, dan dimensi tabung scrubber. Dengan menggunakan food digester biogas, sampah makanan yang dihasilkan dari rumah tangga dapat ditangani dengan baik menjadi gas pengganti LPG dan menjadi pupuk cair. Food digester yang telah dibuat untuk didesiminasikan sebanyak 4 buah. Satu diantaranya telah dimanfaatkan dengan baik oleh masyarakat untuk memasak. Pemanfaatan sampah makanan menjadi biogas bermanfaat pagi pencegahan pencemaran lingkungan, penggunaan energi terbarukan dan memiliki nilai ekonomis. Penelitian digester perkolasi dengan sistem padat dan batch untuk sampah pasar dan sampah daun telah menjadi dasar dalam mendisain instalasi digester biogas sampah skala komunal. Sistem yang dipergunakan dalam pengolahan sampah menjadi biogas adalah sistem batch yang menggunakan sistem dry anaerobic digestion dalam kondisi temperatur mesofilik. Material input (sampah organik) dengan padatan yang 130

15 relatif tinggi dimasukkan ke dalam bak digester kedap udara, selama hari. Kapasitas olah sampah plant biogas yang dirancang adalah sebesar 1,89 ton atau 5,71 m 3 sampah, untuk melayani sekitar 673 KK. Dengan kapasitas tersebut akan dihasilkan 418 m 3 perhari biogas, 0,66 ton perhari kompos dan recycled material (kertas, plastik dan logam). Dari hasil penelitian yang diperoleh selama ini dapat disarankan yaitu perlunya penelitian lanjutan pembuatan biogas dari sampah organik baik skala rumah tangga maupun skala kawasan memiliki prospek yang sangat baik. Untuk itu penelitianpenelitian lanjutan sangat diperlukan. Selain itu juga purifikasi gas metan perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk mendapatkan gas metan dengan kualifikasi yang lebih baik. 131

16 Daftar Pustaka 1. Apriandi N., Pemurnian Biogas terhadap Gas Pengotor Kanrbon dioksida (CO2) dengan Teknik Absorbsi Kolom Manometer (Manometer Colkumn). Fakultas Teknik Mesin, Universitas Udayana. 2. Badan Lingkungan Hidup, Laporan Akhir Studi Purifikasi Gas Metan dan Pemanfaatannya. Pemerintah Kota Probolinggo. 3. Endang K., Pemurnian Biogas dari Kandungan Hidrogen Sulfida (H2S) Menggunakan Larutan Absorben dari Besi Bekas (Besi Rongsok). Fakultas Teknik UNS. 4. Pusat Teknologi Lingkungan, Laporan Penelitian Pengelolaan Sampah Berbasis Renewable Energy Tahun Pusat Teknologi Lingkungan-BPPT. 5. Tchobanouglous, G., H. Theisen and S. Vigil, Integrated Solid Waste Management, Engineering Principles and Management Issues. Mc Graw-Hill Inc., USA. 6. Themelis, N.J. and P.A. Ulloce, Methane Generation Landfills. Science Direct Renewable Energy. 7. Vijay V.K., Biogas Refining for Production of Bio-Methane and Its Bottling for Automotive Application and Holistic Development. Proceedings of International Symposium on Eco Topia Science, ISETS Vijay V.K., Biogas Purification Using Water Scrubbing Systems. Centre for Rural Development & Technology Indian Institute of Technology, New Delhi, India. 132