BAB III TEKNOLOGI PEMANFAATAN SAMPAH KOTA BANDUNG SEBAGAI ENERGI

Transkripsi

1 BAB III TEKNOLOGI PEMANFAATAN SAMPAH KOTA BANDUNG SEBAGAI ENERGI Waste-to-energy (WTE) merupakan konsep pemanfaatan sampah menjadi sumber energi. Teknologi WTE itu sendiri sudah dikenal di dunia sejak tahun 1960-an dan mulai dikembangkan pada dekade 1980-an. Tetapi kemudian pada awal 1990 perkembangannya terhambat oleh opini publik mengenai insinerator sampah dan faktor lingkungan. Negara-negara maju di Amerika dan Eropa serta Jepang sudah memanfaatkan sampah mereka sebagai pembangkit energi listrik. Di Amerika terdapat lebih dari 140 PLTSa dengan total pembangkitan sebesar 2,5 GW, energi ini setara dengan 32 juta barel minyak per tahun. Sedangkan untuk Asia Tenggara, Singapura telah mengoperasikan pembangkit Ulu Pandan (16 MW) dan Tuas (19 MW) dengan kapasitas 1600 dan 2000 ton/hari. III.1. Teknologi Waste To Energy (WTE) Ada beberapa macam teknologi pemanfaatan sampah menjadi energi, diantaranya yang banyak digunakan adalah: (1) Pembakaran langsung (massburn), (2) Gasifikasi, dan (3) Biogas. Ketiga teknologi ini berbeda dalam proses pengkonversian sampah menjadi energi dan cara penanganan sampahnya III.1.1. Pembakaran Langsung Dalam konsep pembakaran langsung, sampah dibakar praktis pada kondisi sesuai keadaan yang diterima tanpa mengalami pemrosesan yang rumit terlebih dahulu. Pemrosesan yang diperlukan hanya bertujuan untuk mengurangi kadar air sampah. Pada konsep ini sampah yang telah dipilah-pilah dibakar dalam ruang III-1

2 bakar untuk menghasilkan panas yang nantinya dapat dimanfaatkan sebagai penggerak turbin uap. Konsep ini telah banyak digunakan di negara-negara lain dan telah terbukti pada skala komersial dengan efisiensi pembangkit berkisar pada 20%. Keuntungan utama dari sistem ini adalah reduksi volume sampah sampai dengan 10% dan proses pengolahan sampah yang minimal. Yang perlu diperhatikan dalam konsep pembakaran langsung adalah hasil pembakaran sampah yang berupa abu dan gas buang. Teknologi pembakaran langsung yang diterapkan saat ini telah dilengkapi dengan proses penanganan hasil pembakaran yang rumit untuk memenuhi standar emisi yang diperkenankan. Sumber : Black & Veatch Gambar 3-1 Teknologi pembakaran langsung III-2

3 III.1.2. Gasifikasi Gasifikasi pada prinsipnya adalah mengkonversi sampah menjadi syngas gas yang utamanya terdiri atas hidrogen dan karbon oksida dengan metode kekurangan udara. Gas ini kemudian dapat langsung dimanfaatkan sebagai penggerak turbin gas, atau dimanfaatkan sebagai bahan bakar setelah dibersihkan dari hidrogen sulfida dan amonia pada turbin uap. Proses gasifikasi ini menggunakan komponen utama yang disebut gasifier. Perbedaan yang mendasar dengan sistem pembakaran langsung adalah pada metode ini sampah yang telah disolidifikasi dan dikeringkan dimasukkan ke dalam gasifier untuk mengalami proses perubahan menjadi gas tanpa melalui proses pembakaran (pyrolisis). Hal ini dimungkinkan karena jumlah udara dalam gasifier diatur sedemikian rupa sehingga tidak sampai terjadi pembakaran. Proses pembakaran hanya terjadi pada tahap akhir dalam gasifier (oksidasi). Gambar 3-2. Proses gasifikasi III-3

4 Karena sifatnya di atas, proses gasifikasi ini memerlukan pemrosesan sampah terlebih dulu agar menjadi lebih homogen, sehingga perilaku gas yang dihasilkan dapat sesuai dengan yang diharapkan. Oleh sebab itu, gasifikasi akan menjadi lebih efektif jika menggunakan RDF (refuse derived fuel). III.1.3. Biogas Biogas dihasilkan dari proses anaerobic fermentation. Proses ini merupakan proses biologis dimana zat-zat organik pada sampah diuraikan oleh bakteri mikrobiologis. Proses penguraian ini kemudian akan menghasilkan gasgas yang mudah terbakar seperti gas metan (CH 4 ). Gas metan ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar dalam motor bakar. Karena prosesnya merupakan proses biologis yang sangat tergantung pada bakteri, proses ini memerlukan waktu yang lama dan hanya dapat menghasilkan listrik dengan skala yang kecil. Proses yang diperlukan sekitar 4-6 minggu dengan 1 m 3 menghasilkan 1,25 kwh. Selain itu proses biogas ini hanya dapat diterapkan untuk sampah organik, sehingga akan lebih menguntungkan jika dimanfaatkan pada sampah pertanian atau peternakan. Gambar 3-3 Proses Biogas III-4

5 III.2. Usulan Teknologi Yang Digunakan Berdasarkan uraian di atas, maka dalam memilih teknologi yang tepat perlu dipertimbangkan keuntungan dan kerugian masing-masing teknologi. Pertimbangan pemilihan teknologi ini juga disesuaikan dengan kondisi persampahan kota Bandung yang memerlukan penanganan secara cepat. Proses konversi Reduksi sampah Daya yg dihasilkan Jenis sampah Pemrosesan sampah Keperluan lahan Limbah berbahaya Biaya investasi Tabel 3-1 Perbandingan teknologi waste-to-energy Pembakaran Langsung Poin Gasifikasi Poin Biogas Poin Termal, cepat 3 Termal, cepat 3 Biologis, 1 pelan 85-90% % % 1 Besar 3 Menengah 2 Kecil 1 Semua yg dpt 3 Semua yg dpt 3 Organik 1 terbakar terbakar Minimal 3 RDF 1 Sorting 2 Sedang 2 Sedang 2 Besar 1 Perlu kontrol emisi yang ketat 1 Relatif bersih 2 Aman 3 Besar 2 Besar 2 Kecil 3 Dari tabel perbandingan di atas, jika dilihat dari sisi energi yang dihasilkan dan proses reduksi sampah maka teknologi pembakaran langsung memiliki poin lebih daripada kedua proses yang lain terutama biogas. Sedangkan dari segi pemrosesan sampah maka pembakaran langsung memiliki keunggulan dibanding gasifikasi, selain itu teknologi pembakaran langsung lebih sederhana dan sudah terbukti secara skala komersial. Selain itu, kondisi sampah kota Bandung yang memiliki kadar zat terbang yang relatif tinggi dapat mengakibatkan perilaku gas yang dihasilkan tidak sesuai dengan yang diharapkan jika menggunakan teknologi gasifikasi. III-5

6 Berdasar alasan-alasan di atas, dan hasil analisa mengenai nilai keterbakaran sampah kota Bandung yang layak bakar, maka teknologi yang dipilih sebagai solusi atas permasalahan sampah di kota Bandung dan krisis energi di Indonesia adalah pembakaran langsung. III.3. Teknologi Pembakaran Langsung Proses pengolahan sampah menjadi energi ini melalui beberapa proses dan peralatan. Karena teknologinya yang telah terbukti skala komersial dan telah mengalami berbagai perekayasaan, teknologi ini juga memiliki berbagai variasi komponen terutama teknologi tungku pembakarannya. III.3.1. Gambaran Umum Proses Gambaran umum proses teknologi pembakaran langsung ini dapat dilihat dari gambar 3-4. Proses dimulai dari pembuangan sampah yang diangkut oleh truk sampah (1) ke dalam ruang penyimpanan sampah (storage pit) (2). Luas tempat pembuangan dan penyimpanan sampah ini merupakan fungsi dari laju truk yang masuk PLTSa dan kapasitas laju sampah yang akan diproses pada PLTSa. Kapasitas ruang penyimpanan ini biasanya didesain untuk menampung sampah 2 hari. Untuk mencegah bau keluar dari PLTSa, udara ditarik ke dalam tungku pembakaran sebagai campuran pembakaran. Pemasukan sampah ke ruang pembakaran menggunakan crane (3) yang sekaligus berfungsi mencampur sampah agar lebih homogen dan memisah-misah komponen yang tidak terbakar. Sampah kemudian dimasukkan ke dalam corong pengumpan sampah (4) yang langsung menuju tungku pembakaran (5). Sampah yang masuk tungku pembakaran langsung dibakar pada grate (6) dengan pencampuran udara undergrate. Sampah yang dibakar ini menghasilkan gas-gas yang bervariasi yang kemudian menuju ke combustion chamber (7) dimana juga terjadi pembakaran dengan meniupkan udara overfire. Panas dari hasil pembakaran ini kemudian dimanfaatkan oleh boiler (8) untuk menghasilkan uap yang digunakan untuk menggerakkan turbin (9). III-6

7 Karena teknologi pembakaran langsung ini dapat menghasilkan gas-gas yang relatif berbahaya, maka diperlukan fasilitas pengolahan udara agar udara yang dibuang keluar memenuhi standar emisi udara. Fasilitas ini berupa penginjeksian amonia (10) untuk mengontrol NO x, dry scrubber (11) untuk mengontrol SO 2, dan baghouse (12) sebagai penyaring udara. Untuk menjamin aliran udara yang melewati fasilitas pengolahan udara, dipasang fan (13) yang juga dapat berfungsi meniupkan udara untuk pembakaran di ruang pembakaran. Udara yang telah melewati proses penyaringan tadi kemudian dibuang melalui cerobong (14) Selain menghasilkan panas dan gas, pembakaran sampah ini juga menyisakan abu dan material-material yang tidak terbakar. Abu dan materialmaterial yang tidak terbakar ini jatuh dari grate ke quench tank (15) untuk kemudian dibuang ke landfill atau dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuatan batako (16) Sumber : Integrated Solid Waste Management Gambar 3-4 Skema PLTSa III-7

8 III.3.2. Rekayasa Teknologi Tungku Pembakaran Sampah Peralatan yang unik pada fasilitas pengolahan sampah menjadi energi dengan teknologi pembakaran langsung ini adalah tungku pembakaran. Ada beberapa macam teknologi tungku pembakaran sampah yang telah terbukti secara skala komersial: Waterwall Furnace Refractory Furnace Rotary Kiln Furnace Water Cooled Rotary Combustor Furnace Controlled Air Furnace Waterwall Furnace Sampah padat dibakar diatas pembakaran di dalam tungku dengan dinding yang dilengkapi pipa-pipa berisi air. Panas dari sampah yang terbakar dan gas pembakaran dipindahkan ke air pada dinding tungku yang akan menghasilkan uap. Uap ini akan digunakan untuk menggerakkan turbin kemudian menghasilkan energi listrik atau digunakan untuk proses energi. Tungku di dinding air ini memiliki efisiensi pemanfaatan panas paling tinggi diantara teknologi pembakaran langsung lainnya. Sumber: Veatch & Black Gambar 3-5 Waterwall furnace III-8

9 Ketersediaan udara-lebih sebesar 80 % hingga 100 % diperlukan untuk memungkinkan terjadinya pembakaran lengkap dan mencegah terjadinya korosi karena pengaruh gas asam yang dihasikan dari proses pembakaran sampah padat. Kapasitas minimum tungku ini adalah 200 ton/hari, kapasitas maksimumnya 3150 ton/hari. Tetapi karena penyerapan panas yang tinggi pada tungku ini, maka dikhawatirkan suhu pembakaran sampah dengan menggunakan sampah kota Bandung yang mensyaratkan agar temperatur pembakaran C tidak tercapai. Refractory Furnace Pada tungku jenis ini, sampah padat dibakar pada tungku dengan refractory-line. Gas hasil pembakaran sampah di dalam tungku akan mengalir melalui penghasil uap tipe pertukaran panas konveksi. Dinding tungku jenis ini terbuat dari bahan yang mampu menahan panas. Tidak terjadi pemanfaatan/pengembalian panas di dalam tungku. Gas atau panas yang dihasilkan oleh pembakaran akan mengalir melewati penghasil uap tipe konveksi. Sumber : Veatch & Black Gambar 3-6 Refractory furnace III-9

10 Pada tungku jenis ini tidak menggunakan perpindahan radian dari sampah yang terbakar dan gas hasil pembakaran. Tungku refraktori ini memerlukan suplai udara yang lebih banyak dari pada tungku dinding air. Untuk menghindari terjadinya slagging, temperatur di dalam tungku harus dijaga tidak melebihi 1800 F. Boiler konveksi berada pada bagian akhir dari tungku. Karena boiler konveksi yang berada di bagian akhir dari tungku maka tungku ini relatif lebih aman dari gas hasil pembakaran sampah yang dapat menimbulkan korosi pada pipa uap. Rotary Kiln Furnace Tungku jenis ini merupakan salah satu varian dari tungku refraktori. Sampah padat dibakar di dalam ruang bakar dimana pada saat bersamaan sampah tersebut dicampur dengan menggunakan mekanisme guncangan. Terdapat dua bagian ruang bakar. Pembakaran sampah dan gas hasil pembakaran yang lengkap terjadi di dalam ruang bakar bagian ke dua. Sumber: Veatch & Black Gambar 3-7 Rotary kiln furnace Pada tungku tipe ini terdapat pengering sampah dan penyala awal sebelum masuk ke ruang bakar utama yang berfungsi meningkatkan tingkat pembakaran III-10

11 bahan bakar. Pertimbangan utama dalam perancangan tungku ini terutama adalah pada sistem grate berputarnya. Grate berputar ini menyediakan pembakaran karbon yang lebih baik untuk jenis sampah yang komposisinya bervariasi. Water-Cooled Rotary Combustor Furnace Tungku jenis ini merupakan kombinasi dari tungku dinding air dan tungku berputar (rotary kiln furnace). Sampah padat dibakar di dalam ruang bakar dimana pada saat bersamaan sampah tersebut dicampur dengan menggunakan mekasime guncangan, dinding dari ruang bakar dilengkapi dengan saluran-saluran yang berisi air. Uap dihasilkan pada dinding ruang bakar dan juga melalui bagian konveksi boiler. Sumber Veatch & Black Gambar 3-8 Water-cooled rotary combustor furnace Putaran tungku ini akan menyebabkaan sampah yang terdapat di dalamnya akan teraduk pada sumbu geraknya. Pembakaran yang terjadi di dalam tungku terbagi ke dalam empat tahap. Tahap pertama dan kedua berfungsi untuk mengeringkan dan menyalakan sampah. Tahap tiga dan empat merupakan bagian yang paling panas dimana pembakaran primer terjadi. Temperatur di dalamnya mencapai 1000 C. Gerakan berputar dari tungku menghasilkan turbulensi aliran III-11

12 udara sehingga udara yang diperlukan untuk proses pembakaran jumlahnya tidak banyak. Setelah selama 30 menit berada di dalam pembakar, abu dan sisa sampah yang belum terbakar akan dimasukkan ke dalam pembakar lanjut dimana sisa bahan bakar tadi akan dibakar lagi. Kapasitas minimum tungku ini adalah 48 ton/hari, kapasitas maksimumnya 2688 ton/hari. Tungku putar ini akan berputar dengan kecepatan 5 hingga 20 putaran per jam. Kemampuan tungku jenis ini di dalam membakar sampah dengan nilai kalori yang rendah dan kandungan uap air yang tinggi lebih bagus apabila dibandingkan dengan tungku waterwall. Controlled Air Furnace Tungku jenis ini merupakan salah satu pengembangan dari tungku tipe refraktori. Tungku jenis ini sesuai untuk unit-unit pembakaran kecil atau dalam tipe modular. Tungku ini memiliki dua buah ruang bakar. Suplai udara yang banyak pada ruang bakar pertama berfungsi untuk mendapatkan pembakaran lengkap. Ruang bakar kedua menggunakan udara dalam jumlah yang kecil dengan tujuan untuk memungkinkan terjadinya proses pirolisis. Pada ruang bakar kedua ini akan dilakukan penambahan bahan bakar sehingga dapat terjadi pembakaran lengkap gas yang terbakar. Tungku yang dipilih Berdasar uraian-uraian di atas mengenai teknologi tungku pembakaran sampah, maka yang paling sesuai dengan sampah kota Bandung adalah tungku refractory atau variannya. Tungku ini dipilih karena dengan sampah kota Bandung yang memiliki nilai kalor yang rendah karena kadar air yang tinggi III-12

13 diharapkan temperatur pembakaran di dalam tungku dapat melebihi 800 C, tungku ini juga dapat diharapkan agar temperatur pembakaran tidak melebihi 1000 C. Teperatur pembakaran di bawah 800 C dapat menimbulkan dioksin yang merupakan karsinogen, sedangkan temperatur di atas 1000 C dapat memunculkan gas NO x. Sedangkan grate yang dipilih dapat berupa reciprocating grate dengan beberapa modifikasi. Modifikasi ini adalah bertujuan untuk mencampur sampah agar lebih dapat terbakar sempurna sekaligus dapat mengeringkan sampah sebelum memasuki tungku. III-13