Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra

7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra

1/22

1

Universitas Indonesia

BAB 1

PENDAHULUAN

Dewasa ini, tingkat konsumerisme penduduk dunia sangatlah tinggi. Hal

ini didorong oleh kemajuan teknologi dan perkembangan ilmu pengetahuan,

membuat manusia terbiasa menggunakan segala sesuatunya dengan instan.

Akibatnya, sampah yang dihasilkan menjadi bertambah banyak secara signifikan.

Selain itu, pertumbuhan PDB (Produk Domestik Bruto) suatu negara juga ikut

mempengaruhi bertambahnya sampah. Bersamaan dengan kedua hal tersebut,

terjadi pula pertambahan jumlah penduduk yang mana menambah jumlah sampah

sekaligus mengurangi area untuk dijadikan tempat pembuangan sampah. Hal

inilah yang lantas memicu diperlukannya sebuah sistem atau perlakuan terhadap

sampah yang semakin banyak ini.

Paradigma lama yang menganggap sampah adalah barang tidak berguna

dan harus dibuang sudah bergeser seiring kemajuan teknologi. Sampah dikurangi,

digunakan kembali, dan didaur ulang berdasarkan kebutuhannya. Sistem yang

menggambarkan perlakuan terhadap sampah dapat dilihat dalam waste

hierarchy pada gambar berikut :

Gambar 1 Waste Hierarchy

Dapat dilihat bahwa sampah sebisa mungkin dikurangi, setelah itu

digunakan kembali, didaur ulang, dan pada akhirnya diperlakukan secara khusus

untuk pemanfaatan kembali sebelum masuk ke tempat pembuangan. Perlakuan

(treatment) terhadap sampah untuk pemanfaatan kembali dapat dibagi menjadi


2/22

2


empat yakni : direct combustion, psychochemical treatment, thermal treatment

dan biological treatment. Keempat jenis pemanfaatan sama-sama memproses

sampah menjadi sebuah sumber energi yang terbarukan, proses ini dikenal dengan

nama Waste to Energy (WTE). Proses WTE yang dapat menghasilkan energi

terbarukan sangatlah penting mengingat konsumsi energi global sedang

meningkat dengan cepat akibat industrialisasi dan peningkatan taraf kehidupan.

Selain itu fossil fuel jumlahnya semakin terbatas dan manusia harus bisa

melepaskan diri dari ketergantungan akan fossil fuel. Oleh karena itu, dalam

makalah ini akan dibahas mengenai salah satu jenis proses WTE yang masuk

dalam thermal treatmentyakni proses gasif ikasi.

Gasifikasi merupakan proses dekomposisi thermalpada material berbasis

karbon dalam keadaan kekurangan oksigen (sedikit pembakaran) untuk

menghasilkan gas sintetis atau syngas. Alih-alih membakar, gasifikasi mengubah

material berbasis karbon menjadi syngas menggunakan reaksi kimia. Reaksi ini

melibatkan sedikit jumlah udara dan oksigen, membuat material menjadi molekul

yang lebih sederhana, yang sebagian besar tersusun atas karbon monoksida dan

oksigen. Jika dijalankan dalam kondisi yang baik, gasifikasi merupakan proses

WTE yang efisien. Secara sederhana, proses gasifikasi dapat dilihat pada gambarberikut :

Gambar 2 Alur Proses Gasifikasi secara Sederhana


3/22

3


Feedstock pada gambar yang berupa Municipal Solid Waste (MSW)

diproses ke dalam gasifier bersama dengan sejumlah kecil udara dan oksigen.

Pada akhirnya, output yang dihasilkan ialah syngas, dimana syngas dapat

digunakan untuk membangkitkan listrik dan dikatalisasi menjadi berbagai macam

produk.

Teknologi gasifikasi sebenarnya sudah ada dari pertengahan abad ke 17

dimana gas kota, produk gas yang dihasilkan dari batu bara (mengandung 50%

hidrogen, sisanya terdiri dari metana, karbon dioksida, dan karbon monoksida),

digunakan untuk tujuan pengcahayaan. Daerah pertama yang memanfaatkan gas

kota untuk pengcahayaan jalan ialah Pall Mall, London pada tanggal 28 Januari

1807. Tak lama setelah itu, kota Baltimore dan Maryland memulai pengcahayaan

gas komersil untuk rumah penduduk, jalan-jalan umum, dan pabrik pada tahun

1816. Pada saat perang dunia kedua, proses gasifikasi menjadi semakin penting

karena benua Eropa dilanda kekurangan minyak bumi, sementara Jerman mampu

membuat bahan bakar cair sintetis dari batu bara hasil gasifikasi. Selain itu, pada

1970, embargo minyak dari Arab membuat pemerintah Amerika mengembangkan

proyek gasifikasi secara besar-besaran. Pada saat ini, terdapat beberapa reaktor

IGCC (Integrated Gasification Combine Cycle) di seluruh dunia yang berfungsiuntuk membangkitkan listrik.

Hari ini, kebutuhan dunia akan sumber energi yang terbarukan

merupakan kunci utama kebangkitan dari sistem gasifikasi, setelah sistem ini

mengalami kemunduran yang signifikan akibat kemajuan bidang perminyakan.

Selain MSW, sistem gasifikasi mampu memproses biomass sebagaifeedstock dan

juga bisa menggunakan sampah jenis lain yakni Industrial Waste (IW). Hal ini

sangat memberikan manfaat yang sangat signifikan yakni mengurangi sampahyang masuk ke pembuangan.

Rangkuman proses gasifikasi dapat dilihat pada tabel berikut :

Rangkuman Gasifikasi

Gasifikasi membakar bahan bakar menjadisyngas.

Teknologi ini sudah digunakan hampir seabad namun pemakaian MSW sebagai

feedstockmasih terbatas.


4/22

4


Ada sedikitnya 42 perusahaan yang menawarkan teknologi gasifikasi yang mampu

menggunakan MSW sebagaifeedstock.

Penggunaan MSW sebagaifeedstockpertama kali digunakan pada tahun 1991 di

Taiwan.

Hal - hal penting lainnya

Biaya Modal $ 850 per ton (+- 40%)

Biaya Operasi $ 65 per ton (+- 45%)

Feedstock

ASR, biomass, black liquor, batu bara, limbah rumah sakit,

MSW, limbah organik, bahan plastik, PVC, lumpur, ban

Dibutuhkanpre-treatmentuntuk feedstock

Sulit untuk mempreoses alur sampah heterogen

JumlahDisposed


5/22

5


BAB 2

PROSES GASIFIKASI

Seperti yang sudah dijelaskan, proses gasifikasi merupakan proses

dekomposisi termal dari material berbasis karbon dalam keadaan kekurangan

oksigen, yang menghasilkansyngasuntuk kemudian dikonversi sesuai kebutuhan.

Proses gasifikasi dimulai dengan mempersiapkan feedstock yang dalam makalah

ini pada umumnya dianggap berupa limbah rumah tangga (MSW). Selain MSW,

feedstockjuga dapat berupa batu bara (coal) dan biomass.

Untuk sampah sebagai feedstock, sampah yang jauh lebih baik untuk

digunakan sebagai feedstock ialah sampah jenisfresh waste,bukan sampah yang

berasal dari landfill mining. Hal ini dikarenakan sampah jenis landfill mining

memiliki kandungan metana yang relatif tinggi dan unsur penyusunnya seperti C,

H, O, dan lain lain sudah mengalami perubahan sehingga nilai NHV (Net Heating

Value) yang ada menjadi lebih kecil.

Setelah feedstock siap, hal pertama yang harus dilakukan ialah

preprocessingyakni memisahkan sampah yang masih bisa digunakan dan didaur

ulang untuk tidak dimasukkan ke dalam gasifier. Setelah itu dilakukanlah prosesdrying dan degassing dimana material volatil dilepaskan dan proses ini terjadi

pada suhu 100-300 C. Feedstock selanjutnya dimasukkan ke dalam reaktor

(gasifier) dimana terdapat sumber panas pada suhu 1200-2200 F untuk

memproduksi syngas mentah, bottom ash, char, tar, dan beberapa jenis logam.

Untuk jenis thermal treatmentyang lain yakni pirolisis, proses dekomposisi sudah

berhenti sampai disini. Namun untuk gasifikasi, char dan zat cair dari hasil

pirolisis kembali diubah menjadi gas dengan menggunakan udara, oksigen,dan/atau uap. Perubahan ini disebut dengan reaksi gasifikasi dan bersifat

eksostermik. Jumlah oksigen yang dimasukkan sangatlah terkontrol, supaya reaksi

gasifikasi (pembakaran char dan zat cair pirolisis, eksostermik) dapat terus

berjalan sekaligus mampu memberikan panas yang cukup pada reaksi pirolisis

(endotermik). Suhu yang terjadi pada reaksi gasifikasi ini diperkirakan berada

diantara 1400-2800 F.


6/22

6


Tahap selanjutnya ialah pembersihan/oksidasi syngas dimana syngas

dibersihkan dari partikulat seperti sulfur, gas klorida, dan beberapa jenis logam.

Syngas yang sudah teroksidasi ini siap dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan

diantaranya sumber energi untuk pembangkit listrik dan dikatalisasi untuk

menghasilkan senyawa-senyawa tertentu.

Buangan dari proses gasifikasi pada umumnya berupa ash, slag, dan

beberapa jenis logam tergantung dengan suhu dari gasifier. Beberapa logam masih

bisa didaur ulang namun ashdan slagpada umumnya harus dibuang ke landfill,

yang mana hal ini merupakan salah satu kelemahan utama dari proses gasifikasi

ketika digunakan untuk manajemen MSW. Tahapan proses gasifikasi secara

lengkap dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 3 Tahapan Proses Gasifikasi

Produk hasil gasifikasi dapat dilihat pada gambar berikut :


7/22

7


Gambar 4 Hasil Gasifikasi secara Sederhana

Satu hal yang patut diingat ialah gasifikasi tidak sama dengan insinerasi.

Insinerasi secara harafiah hanyalah membakar feedstockdan menjadikannya abu.

Insinerasi menggunakan MSW sebagai bahan bakar, membakarnya dengan

banyak oksigen untuk membentuk panas dan CO2. Pada pabrik WTE, gas panas

tersebut dihasilkan untuk membuat uap, yang kemudian digunakan untuk

menghasilkan listrik. Sementara gasifikasi mengubah MSW menjadisyngas, yang

mana menjadi pembeda utama antara gasifikasi dan insinerasi. Pada gasifikasi,

MSW bukanlah bahan bakar melainkan feedstockuntuk proses konversi kimiawi

bersuhu tinggi. Syngas inilah yang dapat diproses untuk kemudian menjadi

produk dengan nilai komersil lebih tinggi.

Ada banyak variasi desain dari reaktor gasifikasi (gasifier). Perbedaan

utama dari jenis-jenis gasifier terletak pada :

a. Bagaimanafeedstock(terutama biomass) dimasukkan ke dalamgasifierdan

digerakkan di sekitarnya. Entah dimasukkan dari atas gasifier atau dari

samping, dan digerakkan entah dengan bantuan gravitasi atau aliran udara.

b.

Digunakan atau tidaknya oksigen, udara dan uap sebagaik oksidan.


8/22

8


c. Rentang suhu pada saatgasifierberoperasi.

d. Panas yang dihasilkan merupakan hasil dari pembakaran sebagian feedstock

dalam gasifier (directly heated) atau menggunakan bantuan eksternal

(indirectly heated).

e. Pengoperasian gasifier berada dibawah tekanan atmosfir atau justru diatas

tekanan atmosfir.

Berikut dijelaskan perbedaan gasifier berdasarkan kondisi pengaliran dan

bagaimana aliran udara masuk ke gasifier. Berdasarkan kondisi pengaliran di

dalam alat, tipe gasifier dapat dibedakan menjadi 3 jenis yaitu :

Fixed/Moving Bed

Bahan bakar karbon kering dimasukkan dari puncak reaktor. Selama

bahan tersebut perlahan masuk menuju wadah, ia bereaksi dengan uap dan

oksigen yang mengalir dalam arah yang berlawanan dengan bahan karbon. Bahan

bakar terus mengalami proses seperti ini sampai habis dan meninggalkan syngas

dalam temperatur rendah dan abu yang meleleh. Syngas memiliki temperatur

rendah karena panas hasil reaksi gasifikasi digunakan untuk memanaskan RDF

sebelum RDF masuk ke zona reaksi gasifikasi. Temperatur syngas yang keluar

oleh karena itu menjadi lebih rendah dari suhu yang dibutuhkan untuk konversi

utuh dari RDF.

Proses ini menghasilkan sedikit kontaminan nantinya akan di buang dari

syngas. Konfigurasi tipikal untuk dry dengan RDF berupa batu bara dari

fixed/moving beddapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 5Fixed/Moving Bed Gasifier


9/22

9


Beberapa masalah dapat ditimbulkan pada reaktor jenis ini oleh karena

ketidakseragaman aliran akibat aglomerasi partikel. Pada akhirnya seluruh

persoalan menyebabkan buruknya campuran antar fase, karbon yang tidak

bereaksi, titik panas, dan konversi energi yang lebih rendah.

Entrained Flow

Bahan bakar yang dimasukkan ke dalam reaktor dapat dimasukkan dalam

keadaan kering maupun basah (dicampur dengan air). Uap dan oksigen mengalir

dalam satu arah ke atas reaktor, reaksi gasifikasi kemudian terjadi sampai syngas

dengan temperatur tinggi keluar dari sisi reaktor. Slag leleh keluar dari bawah

reaktor.

Waktu operasi dari reaktor jenis entrained flow sangatlah pendek,

berkisar antara belasan sampai puluhan detik. Oleh karena waktu operasi yang

cepat, reaktor jenis ini harus beroperasi dalam suhu yang sangat tinggi untuk

memperoleh konversi bahan yang maksimum. Kebanyakan reaktor tipe entrained

flow menggunakan oksigen daripada udara. Rangkuman karakteristik dari reaktor

tipe entrained flowdapat dilihat sebagai berikut:

a. Suhu tinggi dalam operasi.

b. Adanyaslagleleh dalam syngas mentah.

c. Butuh oksidan dalam jumlah yang banyak.

d. Suhusyngasyang keluar sangat tinggi, dan

e.

Mampu men-gasifikasi coal (jika digunakan) tanpa terpengaruh urutan,

karakteristik pembakaran, dan kehalusan coal.

Ada tujuh reaktor entrained flow yang terdapat di pasaran saat ini,

masing-masing milik Conocco-Phillips E-Gas, GE, Shell, PrenfloTM, MHI,

Siemens, dan MPG. Sketsa dari reaktor tipe ini dapat dilihat pada gambar 7. Pada

tipe reaktor ini, partikel kecil yang tersebar luas dipanaskan sampai suhu tinggi

untuk menempuh reaksi gasifikasi yang cepat. Beberapa persoalan dalam reaktor

jenis ini : keharusan untuk menggunakan bahan bakar seragam dan pemisahan gas

dalam proses heat recovery. Volume gas yang dihasilkan didapat dari waktu


10/22

10


konversi untuk partikel rata-rata. Reaktor tipe ini juga memiliki efisiensi gas

dingin yang relatif rendah dan kebutuhan O2yang tinggi.

Gambar 6Entrained Flow Gasifier

Fluidized Bed

Pada dasarnya, uap dan oksigen mengalir keatas reaktor ketika bahan

bakar dimasukkan dan bahan bakar ini tetap berada di dalam selama reaksi

gasifikasi berlangsung. Dalam reaktor ini, terjadi pencampuran antara partikel

RDF yang baru dengan partikel yang sudah tergasifikasi sepenuhnya maupun

yang tergasifikasi sebagian. Pencampuran juga menjaga suhu sehingga menjadi

seragam sepanjang alas reaktor. Salah satu hal yang harus diperhatikan juga pada

reaktor ini ialah suhu pada alas harus lebih rendah daripada suhu pada saat

pencampuran RDF untuk mencegah aglomerasi partikel. Syngas dengan

temperatur sedang mengalir keatas sementara abu unmelt dikeluarkan dari bawah.

Konfigurasi tipe reaktorfluidized bedtipikal dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 7Fluidized Bed Gasifier


11/22

11


Fluidized bed gasifier dibagi lagi menjadi dua jenis yakni Bubbling

Fluidized Bed (BFB) dan Circulating Fluidized Bed (CFB). Pada BFB, udara

teralirkan ke bagian atas reaktor dengan menggunakan distributor plate, feedstock

masuk melalui unit input dalam reaktor. Feedstock dan udara akan bereaksi

dengan cepat membentuk syngas. Sedangkan pada CFB, partikel feedstock yang

sudah bereaksi dan terkumpul pada cyclone akan dialirkan kembali masuk unit

gasifikasi untuk kembali bereaksi dengan udara. Kecepatan udara dalam CFB

lebih tinggi dibanding dengan kecepatan pengaliran pada BFB.

Pada umumnya, cyclone hilir akan menangkap partikel-partikel yang

lebih besar saat partikel tersebut akan keluar, kemudian partikel dimasukkan

kembali ke dalam reaktor (CFB). Waktu operasi untuk reaktor fluidized-bed pada

umumnya lebih singkat dibanding dengan tipefixed-moving bed.

Secara hidrodinamis, tipe reaktor ini lebih rumit dibanding dengan tipe

fixed/moving dimana busa-busa gas terinduksi dan mengakibatkan pencampuran

seperti pada gambar di bawah :

Gambar 8 HidrodinamikaBubbling Fluidized Bed

Semakin baik pencampuran antara gas dan solid, akan semakin baik pula

transport antar fase dan semakin baik pula konversi dari bahan bakar menjadi

syngas-nya. Selain itu, pergerakan mekanik antara zat solid antara satu dan

lainnya menimbulkan abu dari partikel.

Selain berdasarkan kondisi pengaliran dan alas reaktor (bed), gasifier

juga diklasifikasikan berdasarkan cara masuk udara atau oksigen kedalamnya.

Klasifikasi tersebut dibagi menjadi : downdraft, updraft, dan crossdraft. Pemilihan


12/22

12


reaktor berdasarkan arah masuknya udara dilakukan berdasarkan bentuk bahan

bakar, ukuran, kandungan air, dan kandungan abu. Sketsa sederhana perbedaan

antara ketiga jenis reaktor dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 9 Tipe Gasifier berdasarkan Arah Aliran Udara

Keuntungan dan kerugian dari masing-masing tipe dapat dilihat pada

tabel berikut :

No Tipe Gasifier Keuntungan Kerugian

1Updraft

penurunan tekanan yang rendahsangat sensitif terhadap tar,moisture, dan moisture contentdar bahan bakar

efisiensi termal cukup tinggiwaktu menyalakan mesin cukuplama

kecenderungan untuk membentuk slag sedikitkemampuan reaksi yang rendahdengan beban gas yang banyak

2Downdraft

lebih fleksibel terhadap beban kerja desain harus cukup tinggi

tidak sensitif terhadap debu charcoaldankandungan tar dari bahan bakar

tidak feasible untuk partikelyang sangat kecil

3Crossdraft

tinggi desain rendah

sangat sensitif terhadap

pembentukan slag

respons yang sangat cepat terhadap penambahanbahan bakar penurunan tekanan sangat tinggi

produksi gas cukup fleksibel

Dalam konteks proses gasifikasi dilakukan untuk menciptakan bahan

bakar cair (dari syngas yang sudah ter-katalis), kita bisa membuat perbandingan

kecocokan performa dengan jenis gasifier yang digunakan. Beberapa parameter

yang digunakan ialah fleksibilitas feedstock, kualitas syngas yang dihasilkan,


13/22


14/22

14


BAB 3

EMISI UDARA, AIR, DAN PADAT AKIBAT PROSES GASIFIKASI

Proses gasifikasi menawarkan keuntungan yang signifikan dalam

pengurangan limbah sisa jika dibandingkan dengan proses pembakaran langsung.

Beberapa plant komersil yang ada di belahan dunia sudah mampu menunjukkan

performa yang positif ini. Meski begitu, limbah sisa proses gasifikasi tetap

dihasilkan dan harus diproses baik itu dimanfaatkan kembali atau dibuang.

Limbah dibagi menjadi tiga bagian besar : pencemar udara, pencemar air, dan

limbah padat. Rangkuman ketiga jenis pencemar dapat dilihat pada bagian berikut

:

Emisi Udara

Persoalan lingkungan yang paling kritis dalam teknologi pembakaran

sampah ialah tingkat pencemaran yang dilepas ke udara. Dalam hal ini, gasifikasi

memiliki banyak kesamaan dengan proses insinerasi. Emisi pencemar udara ini

meliputi :

a.

Polutan utama dalam pencemaran udara : SO2, NOx, CO, lead, PM.

b.

Emisi ionic : sulfat, ion yang mengandung nitrogen, chloride, fluoride,

phosphate, dancyanide.

c. Emisi yang tercipta dari proses pendinginan setelah pembakaran kertas dan

plastik : dioksin danfuran.

d. Emisi logam : mercurydan arsenic.

e.

Emisi organik :formaldehyde

f. Gas rumah kaca : CO2.

Beberapa material beracun diatas sangat berbahaya (terutama dioksin danfuran) meski konsentrasinya sangat rendah dan meski alat reduksi polusi udara

yang modern sekalipun tidak efektif dalam mengurangi emisi tersebut. Beberapa

pencemar yang lain seperti mercury dan dioksin sifatnya kuat dan terakumulasi,

mereka juga tidak bisa terdegradasi di lingkungan.

Berdasarkan ketentuanEnviromental Protection Agency(EPA) mengenai

polusi udara industri (Emission Factors AP 42), kita bisa menghitung jumlah

emisi udara yang dihasilkan oleh sebuahplantgasifikasi dalam satu tahun. Dalam


15/22

15


AP 42 sebenarnya tidak secara spesifik mencatumkan peraturan dapat digunakan

untuk plant gasifikasi, namun dalam hal ini plant gasifikasi dianggap sebagai

pembakaran dengan kondisi kekurangan oksigen. Jumlah emisi yang dihasilkan

dapat dilihat pada tabel berikut :

Polutan Tidak TerkontrolTerkontrol dengan

Electrostatic Precipi tator

PM 125195 pounds 12702 pounds

SO2 117895 pounds *

NO 115340 pounds *

Asam Hidrogen 78475 pounds *

CO 10913 pounds *

Mercury 204 pounds *

Nickel 201 pounds 37 pounds

Kromium 121 pounds 22 pounds

Lead 103 pounds -

Cadmium 88 pounds 17 pounds

Arsenic 24 pounds 4 pounds

Dioksin/furan 0.11 pounds 0.14 pounds

*sama seperti tidak terkontrol

Pencemar Air

Meski pencemar air dalam jumlah yang berlebihan sangat berbahaya dan

perlu diperhatikan oleh pemerintah, pencemar air akibat pembakaran sampah

justru cukup penting di tingkat lokal. Air dibutuhkan dalam siklus uap dari plant,

untuk boiler dan cooling water dan juga untuk kontrol emisi syngas. Plant

gasifikasi memiliki dua pencemar air utama yang mirip dengan plantpembakaran

batu bara. Jenis yang pertama ialah limbah cair dari siklus uap, termasuk siramanair dari sistem pemurnian feedwater boilerdan dari cooling tower. Pencemar ini

mengandung garam dan mineral yang terkonsentrasi dalamfeedwatermentah.

Jenis pencemar air yang kedua ialah air blowdown, dimana pada

umumnya mengandung zat solid dan gas yang terlarut dengan konsentrasi tinggi

dan berbagai jenis ion yang dihilangkan dari syngas seperti sulfit, chloride,

ammonia, dan cyanide. Hasil pengujian menunjukkan bahwa konsentrasi polutan


16/22

16


air yang dihasilkan masih aman untuk lingkungan, kecuali untuk zat-zat tertentu

seperti arsenic, cyanide, danselenium.

Limbah Padat

Jika kita membandingkan antara plant pembakaran batu bara dan plant

gasifikasi, pencemar padat yang dihasilkan akan jauh berbeda. Pencemar padat

pada plant pembakaran batu bara menimbulkan persoalan lingkungan yang

signifikan, dimana material beracun dapat bercampur dengan tanah dan muka air

tanah pada daerah pembuangan. Plant gasifikasi, terutama IGCC, menghasilkan

dampak yang lebih aman terhadap lingkungan. Produksi limbah padat terbesar

dari plant gasifikasi ialah slag, material hitam, seperti kaca, mirip pasir, dan

bisa dimanfaatkan untuk produk lain yang dapat dijual. Jumlah slag yang

diproduksi merupakan fungsi dari kandungan abu bahan bakar, sehingga batu bara

jika digunakan akan mengasilkan slag lebih banyak dibanding dengan arang

minyak bumi.

Selain slag, limbah padat yang diproduksi secara cukup banyak ialah

sulfur atau asam sulfur padat. Keduanya dapat dijual untuk membantu

mengimbangi biayaplant.


17/22

17


BAB 4

KONTROL EMISI UDARA PADA PROSES GASIFIKASI

Proses gasifikasi mengubahfeedstockdalam bentuk solid menjadi bahan

bakar dalam bentuk gas (syngas) dengan pelepasan energi panas secara serempak.

Proses ini menimbulkan emisi udara, yang berasal dari senyawa-senyawa tertentu

di dalam sampah. Keberadaan emisi ini merupakan hal yang wajar sebagai

konsekuensi dari proses pembakaran.

Pada umumnya, terdapat dua metode yang dapat digunakan untuk

mengontrol emisi udara hasil proses WTE secara umum yakni :

a.

Kontrol operasional : meningkatkan efisiensi proses pembakaran yang

bersangkutan sehingga menghasilkan emisi yang lebih tidak berbahaya.

b. SistemAir Pollution Control(APC) : ditempatkan pada akhir dari rangkaian

proses WTE dan berfungsi untuk menahan/treatemisi udara sebelum udara

buangan dilepas ke atmosfer.

Berdasarkan laporan akhir Waste to Energy : A Technical Review of

Municipal Solid Waste Thermal Treatment Practices yang dibuat oleh Stantec

pada tahun 2011, teknologi gasifikasi masih cukup langka ditemukan di belahandunia dibandingkan dengan insinerasi. Oleh karena itu, sistem kontrol emisi udara

sangat bergantung dengan teknologi gasifikasi khusus yang sedang ditinjau.

Berikut pembahasan singkat mengenai kedua metode untuk proses gasifikasi

dengan gasifier milik Nippon Steel di Jepang :

Operational Controls

Menggunakan Direct Melting System yang beroperasi sebagai berikut :MSW dimasukkan ke dalam tungku pembakaran (melalui crane) bersamaan

dengan arang dan batu kapur sesuai dengan kebutuhan. Sampah kemudian dibakar

di dalam tungku dan sinyal burden-level meter (dipasang di dalam tungku)

menunjukkan tingkat pembakaran yang terjadi di dalam. Pada dasar tungku,

material yang sudah meleleh dibawa ke granulator dan dipisah menjadi slagdan

logam. Syngas yang tercipta kemudian dibersihkan, flue gas yang dihasilkan

dibawa ke APC terlebih dahulu sebelum dilepas ke atmosfer melalui cerobong.


18/22

18


Paparan diatas menunjukkan bahwa kontrol operasional dari teknologi

gasifikasi Nippon Steel hampir didominasi oleh cara digital. Berikut beberapa

penggunaan teknologi digital lain yang terdapat pada plant gasifikasi Nippon

Steel :

a. Laju pemberian (feeding) sampah, arang, dan batu kapur serta laju

pembentukan residu leleh direkam untuk memastikan laju feeding yang

tepat.

b. Tekanan dan suhu pada tungku dan bilik pembakaran, serta aliran udara

yang diberikan pada kedua tempat tersebut semuanya dikontrol terus-

menerus untuk menjamin tingginya efisiensi.

c.

Komposisi syngas yang meninggalkan tungku (CO, CO2, O2, CH4, H2) dan

komposisi limbah yang meninggalkan bilik pembakaran (CO2, O2, CO,

NOx) juga terus-menerus dikontrol.

Seluruh data dikirim ke komputer-komputer kontrol dan digunakan untuk

analisa nyata untuk memperoleh keseimbangan material serta memastikan plant

gasifikasi beroperasi pada efisiensi optimal.

APC (Air Pollution Control) System

Kebutuhan dan tipe sistem APC yang akan digunakan untuk fasilitas

gasifikasi sangat bergantung kepada apakah syngas yang diproduksi akan

digunakan onsiteuntuk pembuatan energi (dalam kasus seperti ini, beberapa tipe

APC dibutuhkan) atau syngas dipindahkan untuk digunakan secara off-site. Jika

syngasdipindahkan dan digunakan untuk tujuan lain (contoh : produksi hidrogen

atau methanol) maka tidak akan ada emisi udara akibat operasiplantgasifikasi.

Dalam makalah ini akan didiskusikan sistem APC yang ada di fasilitasgasifikasi Nippon Steel, Jepang, dimana sistem ini sangat representatif untukplant

dengan pemakaian syngas onsite. Sistem APC tipikal yang digunakan ialah

sebagai berikut : setelah melalui bilik pembakaran, gas didinginkan di dalam

conditioning tower (wet spray type). Gas yang sudah dingin kemudian melewati

sebuah bag filter (untuk menghilangkan PM) dan setelahnya, NOx dikurangi

melalui alat SCR (Selective Catalytic Reduction) sebelum pada akhirnya flue gas

dibuang ke atmosfer melalui cerobong. Pada beberapa demonstrasi, Nippon Steel


19/22

19


menggunakan electronic precipitator (medan listrik untuk menangkap PM) dan

tidak menggunakan bag filter. Sistem APC yang digunakan Nippon Steel

sangatlah mirip dengan fasilitas insinerasi meski beberapa tahap umum tidak ada

(contoh : activated carbon injection).

Sistem lain yang sangat representatif untuk pemakaian gas onsite ialah

teknologi thermoselect. Teknologi thermoselect ialah mesin gas berefisiensi tinggi

yang digunakan di tempat untuk mempreoduksi listrik dengan membakar syngas.

Pada kasus ini, gas yang keluar dari mesin akan melewati SCR untuk mengurangi

kadar NOx. Konverter katalis juga digunakan untuk mengurangi emisi CO

(mengubahnya menjadi CO2). Sebagai alternatif, syngas dapat juga digunakan di

tempat melalui boiler uap. Flue gas yang dihasilkan akan melewati SNCR

(Selective Non-Catalytic Reduction) untuk mengurangi kandungan NOx dan

sebuah unit dry adsorptionuntuk mengurangi SO2 dan emisi mercury.

Pembersihan syngas melalui teknologi thermoselect sangatlah

menyeluruh dan mengurangi kontaminan pada syngas secara signifikan,

karenanya mencegah kemungkinan terlepasnya material tidak diinginkan tersebut

ke atmosfer. Kelebihan yang lain, proses thermoselecttidak menghasilkan limbah

cair.


20/22

20


BAB 5

KESIMPULAN

Proses gasifikasi menawarkan recovery energi yang signifikan dan

pengurangan emisi dari bahan bakar yang digunakan. Proses ini dianggap sebagai

alternatif yang menarik untuk thermal treatment dari berbagai jenis feedstock.

Dari pembahasan materi yang sudah dipaparkan, dapat ditarik beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

a.

Pertumbuhan sampah akibat konsumerisme manusia, terbatasnya area untuk

pembuangan sampah, kebutuhan energi global yang terus meningkat seiring

perkembangan zaman, dan semakin terbatasnya ketersediaan fossil fuel

mendorong manusia untuk terus mengembangkan proses Waste to Energy

(WTE).

b. Proses WTE dapat dibagi menjadi empat yakni: direct combustion,

thermochemical treatment, physicochemical treatment, dan biochemical

treatment. Kesemuanya menghasilkan energi panas yang dapat

dimanfaatkan untuk beragam kebutuhan.

c.

Salah satu proses thermal treatment yakni gasifikasi ialah: prosesdekomposisi thermal pada material berbasis karbon dalam keadaan

kekurangan oksigen (sedikit pembakaran) untuk menghasilkan gas sintetis

atausyngas.

d. Input dari proses gasifikasi dapat berupa MSW, batu bara, dan biomass.

Output yang dihasilkan berupasyngas. Bottom output berupa ash, slag, dan

beberapa jenis logam.

e.

Perbedaan utama proses gasifikasi dan insinerasi: insinerasi mirip denganpembakaran feedstock untuk recovery energi dan menjadikannya abu.

Gasifikasi mengubah feedstock menjadi syngas, yang mana memiliki nilai

komersil yang lebih tinggi.

f.

Ada banyak tipe reaktor gasifikasi (gasifier) yang dapat digunakan sesuai

dengan kebutuhan. Berdasarkan alas reaktor (bed), gasifier dibagi menjadi :

fixed/moving bed, fluidized bed, dan entrained flow. Berdasarkan cara


21/22

21


masuk udara atau oksigen ke dalamnya, gasifier dibagi menjadi: updraft,

downdraft, dan crossdraft.

g.

Proses gasifikasi menawarkan keuntungan yang signifikan dalam

pengurangan limbah sisa jika dibandingkan dengan proses pembakaran

langsung. Meski begitu, limbah sisa proses gasifikasi tetap dihasilkan dan

harus diproses baik dimanfaatkan kembali atau dibuang. Limbah dibagi

menjadi tiga bagian besar: pencemar udara, pencemar air, dan limbah padat

h. Kontrol emisi udara pada proses gasifikasi dibagi menjadi dua bagian besar:

operational control dan Air Pollution Control (APC) System. Operational

control meningkatkan efisiensi pembakaran yang bersangkutan sehingga

pembakaran menghasilkan emisi yang lebih tidak berbahaya. Sistem APC

digunakan pada akhir dari rangkaian proses WTE dan berfungsi untuk

menahan/treatemisi udara sebelum udara buangan dilepas ke atmosfer.

i. Operational control pada plant gasifikasi Nippon Steel, Jepang :

menggunakan alat-alat digital yang mengirimkan data ke komputer kontrol.

Data kemudian dianalisa untuk memperoleh keseimbangan material serta

memastikanplantgasifikasi beroperasi pada efisiensi optimal. Sistem APC :

terdiri dari conditioning tower, bag filter / electronic precipitator, dan SCR.


22/22

22

DAFTAR PUSTAKA

Andari, G. 2013. Slide Kuliah : WTE Minggu 1. FTUI, Depok.

Andari, G. 2013. Slide Kuliah : WTE Minggu 2. FTUI, Depok.

Belgiorno, V, et all. 2002. Energy From Gasification of Solid Wastes, Pergamon.

Breault, Ronald. 2010. Gasification Processes Old and New : A Basic Review of

The Major Technologies, NETL-US, Morgantown, USA

Chopra, Sangeeta et all. 2007. A Review of Fixed Bed Gasification System for

Biomass, The CIGR Journal, Ludhiana, India.

DECC. 2009. Review of Technologies for Gasification of Biomass and Wastes :

Final Report, NNFCC.

Gasification Technologies Council. 2011. Gasification : The Waste to Energy

Solution, Gasification Technologies Council, Arlington, VA 22203.

National Energy Technology Laboratory. 2002. Major Enviromental Aspects of

Gasification-Based Power Generation Technologies : Final Report, US

Department of Energy.

Phillips, Jeffrey. 2009. Different Types of Gasifiers and Their Integration with

Gas Turbines, EPRI / Advanced Coal Generation, NC 28221.Rajvanshi, Anil K. 1986. Biomass Gasification, CRC Press, Maharasthra, India.

Stantec. 2011. A Technical Review of Municipal Solid Waste Thermal

Treatment Processes. Environment Quality Branch, Victoria BC.

The Blue Ridge Enviromental Defense League. 2009. Waste Gasifiaction :

Impact on The Environment and Public Health, The Blue Ridge

Enviromental Defense League, North Carolina, USA.

Young, Gary. 2010. Municipal Solid Waste to Energy Conversion Processes.John Wiley & Sons, New Jersey.

http://alternativefuels.about.com/od/researchdevelopment/a/gasification.html

http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/gasification/gasifipedia/7-

advantages/index.html.
http://alternativefuels.about.com/od/researchdevelopment/a/gasification.htmlhttp://alternativefuels.about.com/od/researchdevelopment/a/gasification.html

Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra

Documents

Transcript of Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra