Daur Ulang Limbah

Minggu ke-10

Pendahuluan• Potensi biomass sebagai

sumber energi:

Di Amerika: – bahan bakar berbasiskan

biomass berpotensi 4-25% dalam pemenuhan kebutuhan energi

– 3,6% konsumsi energi berasal dari sumber biomass

Tiga bentuk utama dari energi berbasiskan biomassa:-Solid Biomass (Wood, Incineration)-Liquid Fuel (Ethanol, Biodiesel)-Gaseous Fuel (Landfills, Methane)

BiomassKonsumsi energi (USA):– 30% Petroleum– 24% Natural Gas– 23% Coal– 8% Nuclear– 7% Renewable

Sources

Konsumsi energi terbarukan (USA):- 46% Conventional Hydroelectric- 38% Wood- 8% Waste- 2% Geothermal- 1% Alcohol Fuel- 1% Solar- 1% Wind

US Energy Information Administration)

Municipal solid waste, tall oil, digester gas, liquid waste tall oil, waste alcohol, medical waste paper pellets, sludge waste, tires, agricultural byproducts sugar

and corn stalks, closed loop biomass, fish oil, straw

Landfill Gas• Efisiensi proses tergantung pada

komposisi dan kelembaban dlm TPA, tanah penutup, temperatur, dll

• Kandungan energi: 400-550 Btu per ft3 • Penangkapan landfill gas sebelum

terlepas ke atmosfer memungkinkan mengkonversikannya menjadi energi yg berguna.

• Minimal kedalaman landfill 40 ft dan jumlah sampah tertimbun min 1 juta ton untuk kelayakan teknis sistem pengumpulan gas dan produksi energi

Landfill Gas (LFG)

• Landfill gas (LFG) adalah by-product dekomposisi dari sampah kota

• Untuk setiap 1 juta ton sampah kota (asumsi sampah negara 2 musim), setara dengan 1.1 mW or 60,000 MMBtu/tahun, setara dengan:– 9,600 kendaraan di jalan, ATAU– 13,000 hektar hutan yg tertanam,

ATAU– 210 kereta batubara yg tidak

digunakan, ATAU– 100,000 barrels minyak yg tidak

digunakan

Komposisi Gas – Gas Utama

• Methane (45 - 60 % by volume)

• Carbon Dioxide (40 - 60 % by volume)

• Nitrogen (2 - 5 % by volume)

• Oxygen (0.1 - 1.0 % by volume)

• Ammonia (0.1 - 1.0 % by volume)

• Hydrogen (0 - 0.2% by volume)

Komposisi LFG - Trace Gas (kurang dari 0.6 % by volume)

• Odor causing compounds

• Aromatic hydrocarbons

• Chlorinated solvents

• Aliphatic hydrocarbons

• Alcohols

• Polyaromatic hydrocarbons

Potensi Keuntungan:• Penggunaan langsung

sebagai bahan bakar• Produksi tenaga listrik• Pendukung sistem

perpipaan gas• Pengganti bahan bakar fossil• Dihasilkannnya produk

tersintesis spt methanol

Potensi Dampak dan Keuntungan

Potensi Dampak:• Gangguan bau• Emisi gas rumah kaca• Isu kesehatan dan

dampak toksik• Potensi ledakan• Tekanan terhadap

tanaman

Properti Gas Metana

• Formula Molekul: CH4

• Nilai panas: 2350 J/g

• Kelarutan dalam air: 17 mg/L

• Ratio O2:CH4 untuk terjadinya pembakaran: 2

Gas MetanaGas Metana Tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa Sumber metana yang lain: rawa,

pertambangan batubara/minyak, proses fermentasi, dll.

Mudah terbakar dan 5% (v/v) Lower explosive limit

Metana dapat menyebabkan oksigen defisiensi di lingkungan (asphyxiation) dan resiko meledak

Metana yg diproduksi di landfill dapat merepresentasikan bahaya terhadap daerah sekitar

Rekasi Methanogenesis

CH3COO- + H2O ---> CH4 + HCO3-

acetate + water ---> methane + bicarbonate

4H2 + CO2 ---> CH4 + 2H2O hydrogen + carbon ---> methane + water

dioxide

Kondisi optimum proses Methanogenesis

• Kelembaban/kadar air yg cukup• Nutrien yg cukup• TIdak hadirnya oksigen and materi toxic• Kondisi pH relatif netral 6.7 - 7.2• Alkalinitas > 2000 mg/l sbg calcium carbonate• Asam volatil < 3000 mg/L sbg Asam asetat• Temperatur internal 86o F - 131oF

Traditional LandfillGoal: Keep Liquids Out

Buried Waste(little decomposition)

Cap

Liner and LeachateCollection system

CH4, CO2

Leachate toTreatment Plant

Bioreactor Landfill

Definisi

Sanitary landfill yang dioperasikan ditujukan untuk stabilisasi cepat dari sampah organik sampah yang dapat terdekomposisi dengan kontrol ketat terhadap proses biologi

Bioreactor Landfill

Potensi Keuntungan• Kapasitas disposal yg meningkat• Pengoperasian fleksibel dalam pengelolaan

leachate• Meningkatkan kelayakan LFG untuk konversi

energi• Kemungkikan mengurangi biaya dalam jangka

panjang• Lebih meningkatkan keberlanjutan pengelolaan

persampahan

Bioreactor Landfill

Metode• Menyiapkan kondisi untuk degradasi sampah

organik oleh mikroorganisme yang kelaparan• Biasanya dilakukan dengan meningkatkan kadar

air/kelembaban dlm TPA– Resirkulasi Leachate– Penambahan air

• Bisa saja kemungkinan berupa penambahan udara

Bioreactor LandfillGoal: Rapid Stabilization

Buried Waste(rapid decomposition)

Cap

Liner and LeachateCollection System

Leachate toTreatment Plant

CH4, CO2Leachate

Recirculation

Schematic Shows Anaerobic Operation

Anaerobic Landfill Bioreactor Schematic

0 10 20 30 40

Time (Years)

Gas

P

rod

uct

ion

Bioreactor Landfill

Conventional Landfill

• Landfill gas dikumpulkan melalui sumur pengumpul vertikal (dan horizontal) yang ditanam ke dalam timbunan sampah

(~1 per hektar) • Gas yang tidak bermanfaat dapat saja dibakar melalui suatu flare

Sumur Ekstraksi Landfill Gas

Landfill Gas Recovery

Pemanfaatan LFGPemanfaatan LFG

• LFG dapat digunakan dalam berbagai bentuk:– Bahan bakar boiler– Produksi listrik– Evaporasi leachate– Memanaskan rumahkaca– Bahan bakar kendaraan– Meningkatkan kualitas sistem

perpipaan• LFG bukan hanya sumber energi,

yg jika digunakan, sebenranya dapat menyisihkan materi polutan dari udara

Penjualan Langsung GasPenjualan Langsung Gas• Gas dipompa untuk

konsumen sekitar lokasi untuk boiler

• Layak bila dengan sistem perpipaan 1 - 5 miles

• Mudah, teknologinya sudah terbukti

• Minimum kebutuhan perlengkapan proses

• Biaya efektif: $1.50 - 3.50 per MMBtu, tergantung:

• Panjang pipa• Sistem pengumpulan di

lokasiCleaver Brooks 20,000 lb/hr Boiler

Produksi ListrikProduksi Listrik

• Listrik dapat dijual ke berbagai fasilitas, konsumen sekitar, atau untuk keperluan fasilitas sendiri

• Kapasitas 500 kW - 50 MW

• Komitmen pembelian untuk setiap renewable energi oleh pemerintah

• Biaya kapital $1,000-$1,500 per KW

Caterpillar 3516 800 kW genset

Combustion Gas Turbine

Solar 3 MW Gas Turbine

Milwaukee, WI

Steam Turbine

50 MW Steam Turbine

Whittier, CA

Peningkatan kualitas sistem perpipaan gasPeningkatan kualitas sistem perpipaan gasPeningkatan kualitas sistem perpipaan gasPeningkatan kualitas sistem perpipaan gas

• LFG diinjeksi kedalam sistem perpipaan gas alam lainnya gas pipeline

• Lebih efektif untuk landfill yang luas ( > 4 juta ft3/hari LFG)

• Lebih bermanfaat untuk daerah dimana harga gas alam mahal

• Biaya kapital tinggi karena kebutuhan proses untuk menyisihkan nitrogen dan materi lain yg tidak diinginkan

• Spesifikasi kualitas yg ketat

• $3.60 - $4.15 per MMBtu

10 MMcfd Selexol Plant, Fresh Kills, NY

Fuel Cells

• Secara kimia mengkonversi gas menjadi listrik

• Efisiensi tinggi• Minimum emisi• Biaya tinggi• Approximately $3,000

per kW

Northeast Utilities 200 kW Fuel Cell

Microturbines

• Dapat menghasilkan energi setempat dengan cepat

• Kapasitas tersedia 25kW - 75 kW.• Emisi rendah• Kapasitas bahan bakar bervariasi• Bobot ringan, ukuran kecil• Tidak membutuhkan pengolahan

pendahuluan • Biaya perawatan rencah ($.01 per

KWhr)• Biaya operasional $700 - $1200 per

kW

Allied Signal Parallon 75

Vehicle Fuel• LFG harus dikompres (Compressed

landfill gas (CNG))• Harga LNG/CNG lebih rendah dibanding

harga bahan bakar diesel• Mengurangi penggunaan bahan bakar

fosil• Mengurangi polusi ozon• Kendaraan dg alternatif masih terbatas • Retrofit = $3,500 to $4,000 per

kendaraan• Biaya pembangunan stasiun pengisian =

$1,000,000• Harga bahan bakar = $.48 to $1.26 per

gallon