PEMANFAATAN GAS METANA SAMPAH SEBAGAI ENERGI

TERBARUKAN (STUDI KASUS TPA PUWATU KENDARI)

THE WASTE METHANE GAS UTILIZATION AS A RENEWABLE ENERGY (A CASE STUDY PUWATU LANDFILL

MUNICIPAL OF KENDARI)

NINA ANGRIANI A.

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2017

ii

PEMANFAATAN GAS METANA SAMPAH SEBAGAI ENERGI

TERBARUKAN (STUDI KASUS TPA PUWATU KENDARI)

Tesis

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Magister

Program Studi

Perencanaan dan Pengembangan Wilayah

Disusun dan diajukan oleh

NINA ANGRIANI A.

kepada

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2017

3

iv

PERNYATAAN KEASLIAN TESIS

Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : NINA ANGRIANI A.

Nomor Mahasiswa : P0204215301

Program Studi : Perencanaan dan Pengembangan

Wilayah

Menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya tulis ini

benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri, bukan merupakan

pengambilalihan tulisan atau pemikiran orang lain, apabila dikemudian

hari terbukti atau dapat dibuktikan bahwa sebagian atau keseluruhan tesis

ini hasil karya orang lain, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan

tersebut.

Makassar, April 2017

Yang menyatakan,

Nina Angriani A.

v

PRAKATA

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

rahmat, nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

tesis dengan judul “Pemanfaatan Gas Metana sampah Sebagai Energi

Terbarukan” untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar

Magister pada Program Studi Perencanaan dan Pengembangan Wilayah

Universitas Hasanuddin dapat terselesaikan tepat pada waktunya.

Banyak kendala yang dihadapi oleh penulis dalam rangka penyusunan

tesis ini, dan berkat bantuan berbagai pihak maka tesis ini selesdai pada

waktunya. Oleh karena itu, Dengan tulus penulis menghaturkan ucapan

terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Budimawan, DEA selaku ketua komisi

penasehat dan Prof. Dr. Ir. Ansar Suyuti, MT selaku anggota komisi

penasehat, atas bimbingan, motivasi dan arahannya yang tiada henti.

Selain itu, penulis juga menyampaikan terima kasih kepada dosen penguji

yakni Prof. Dr. Ir. Ahmad Munir, M.Eng, Prof. Dr. Ir. Hazairin Zubair, MS,

dan Dr. Ir. Daniel Useng, M.Eng.Sc, atas koreksi, masukan dan saran untuk

perbaikan tesis ini.

1. Rektor Universitas Hasanuddin, Direktur Pascasarjana, seluruh Asisten

Direktur beserta staf atas kerjasama dan pelayanannya, Ketua Program

Studi Perencanaan Pengembangan Wilayah (PPW) dan Ketua

Konsentrasi Manajemen Perencanaan beserta seluruh dosen pengajar

yang mentransfer ilmu kepada penulis beserta Staf pengelola

Manajemen Perencanaan kelas Bappenas.

2. Kepala Pusbindiklatren Bappenas atas kesempatan dan bantuan yang

diberikan untuk mengikuti Karyasiswa S2 Bappenas ini.

3. Kepala Bappeda Provinsi Sulawesi Tenggara DR. H. Muh. Nasir A.

Baso, MM, beserta seluruh rekan kerja di Bappeda Prov. Sultra atas

vi

doa, dukungan, dan kerjasamanya selama penulis menempuh masa

perkuliahan.

4. Sahabat dan saudara seperjuangan kelas Bappenas Angkatan 13

Linda, Mulvi, Aty, Ani, Lely, Bone, Lutfi, Adi, Cecep, Iwan, Irfan, Jamal,

atas kebersamaan serta dukungannya selama penulis menempuh

masa studi.

5. Ladies Bappeda Provinsi Sulawesi Tenggara (Nida, Nini, Arin, Mimi,

Novesty, Fauziah, Misra) untuk doa dan dukungan

6. Saudara-saudara di Korpala Unhas yang telah membantu selama ini.

Secara khusus untuk Ahmad, Fahmi, Baso yang telah banyak

membantu selama penulis menempuh masa studi.

Akhirnya penghargaan yang tulus serta terima kasih yang tak

terhingga penulis sampaikan kepada kedua orang tuaku Bapak Abukasim

dan Ibu Martini Inggai, serta segenap keluarga dan kerabat untuk kasih

sayang, doa, dan motivasi yang tidak pernah putus terucap buat penulis.

Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi

semua yang membacanya.

Makassar, Agustus 2017

Nina Angriani A.

vii

ABSTRAK

NINA ANGRIANI A.. Pemanfaatan gas Metana Sampah Sebagai Energi Terbarukan (Studi Kasus TPA Puwatu Kota Kendari) (dibimbing oleh Budimawan dan Ansar Suyuti).

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui (1) potensi energi listrik TPA Puwatu, (2) manfaat dan biaya yang ditimbulkan dari pengembangan energi listrik di TPA Puwatu, dan (3) merumuskan arahan pengembangan energi listrik TPA Puwatu.

Penelitian ini menggunakan metode IPCC 2006 untuk menghitung emisi gas metan TPA Puwatu. Data yang dianalisis terkait dengan biaya dan manfaat kegiatan pengembangan energi listrik dari gas metan dengan parameter kelayakan NPV, IRR, BC Rasio, dan payback period. Data dianalisis menggunakan metode SWOT untuk merumuskan arahan pengembangan.

Hasil penelitian menunjukkan potensi energi listrik dari gas metan yang dimiliki TPA Puwatu tahun 2017 sebesar 12.298.234,56 kWh dan jumlahnya terus meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah sampah yang masuk di TPA, Biaya pengembangan energi listrik TPA Puwatu meliputi: biaya investasi awal sebesar Rp. 95.972.432.400, biaya operasional sistem pengumpulan gas sebesar Rp. 88.311.600 dan biaya operasional pembangkit listrik Rp. 9.547.200.000. Manfaat pengembangan energi listrik TPA Puwatu berupa pendapatan dari penjualan listrik dan tipping fee. Pada aspek finansial, kriteria kelayakan diperoleh nilai NPV Rp.19.348.514.956,71, B/C rasio 1,65, IRR 24% dan payback period 4,96 tahun. Nilai-nilai tersebut menunjukkan proyek pembangkit listrik tenaga sampah TPA Puwatu memenuhi kelayakan untuk dilaksanakan. Berdasarkan hasil analisis SWOT diperoleh arahan pengembangan energi listrik dari gas metan TPA puwatu yaitu meningkatkan porsi pemanfaatan energi terbarukan yang berasal dari gas metana TPA Puwatu, akselerasi pengembangan pembangkitan energi listrik di TPA Puwatu, memanfaatkan peluang pembiayaan melalui skema Mekanisme Pembangunan Bersih

Kata Kunci : TPA Puwatu, gas landfill, gas metan, energi listrik, ekonomi teknik, strategi.

viii

ABSTRACT

NINA ANGRIANI A. The Waste Methane Gas Utilization as a Renewable Energy (A Case Study: on Puwatu Landfill Municipal of Kendari) (supervised by Budimawan and Ansar Suyuti).

The research aimed to investigate: (1) the electric energy potential, (2) the benefits and costs brought about by the electric energy development, and (3) by formulating electric energy development referral on Puwatu landfill.

The research used IPCC 2006 method to calculate methane gas emission. The cost and benefit analysis of the electric energy development activity of the methane gas used the feasibility parameter of NPV, IRR, BC Ratio and Payback period and SWOT analysis to formulate development referral.

The research result indicates that the electric energy potential of the methane gas in Puwatu landfill in 2017 is 12,298,234.56 kWh and the energy amount keeps increasing in line with the increase of the waste amount entering the landfill. The electric energy development cost of Puwatu landfill including the initial investment is Rp. 95,972,432,400.00, the operational cost of gas collection system is Rp. 88,311,600.00 and the operational cost of power plant is Rp. 9,547,200,000.00. The electric energy development benefits in the landfill are the income from the electricity sales and tipping fee. In the financial aspect, the feasibility criterion indicates NPV value of Rp. 19,348,514,956.71, B/C ratio of 1.65, IRR of 24% and Payback Period of 4,96 years. The values indicate that the waste power plant project of Puwatu landfill meets the feasibility to be implemented. SWOT analysis result indicates that the electric energy development referral of the methane gas of Puwatu landfill is to improve the renewable energy utilization portion derived from methane gas, the acceleration of the electric power plant development of Puwatu Landfill, utilizing the financing opportunity through Clean Development Mechanism (CDM) scheme.

Keyword : Puwatu Landfill, landfill gas, methane gas, electric energy, engineering economics, strategy

ix

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ................................................................................................ vii

DAFTAR ISI .............................................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ...................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN..............................................................................1

A. Latar Belakang ................................................................................1

B. Rumusan Masalah ..........................................................................7

C. Tujuan Penelitian ............................................................................8

D. Manfaat Penelitian...........................................................................8

E. Batasan Penelitian ..........................................................................9

A. Konsep Pengelolaan Sampah .......................................................10

1. Pengertian Sampah ..................................................................10

2. Sumber, Timbulan, dan Komposisi Sampah..............................11

3. Pengelolaan Sampah ................................................................14

4. Gas landfill ................................................................................15

B. Pengolahan Gas Metana Sampah menjadi Tenaga Listrik ............22

1. Sistem Penangkapan Gas .........................................................22

2. Sistem Treatment Gas Landfill ..................................................24

3. Pembangkit Listrik .....................................................................24

C. Perhitungan Potensi Gas Landfill ..................................................25

D. Ekonomi Teknik .............................................................................29

E. Tinjauan Hasil Penelitian ...............................................................32

F. Dasar Kerangka Konseptual ..........................................................35

BAB III METODE PENELITIAN................................................................38

A. Pendekatan dan Jenis Penelitian ..................................................38

B. Waktu dan Lokasi Penelitian .........................................................38

x

C. Jenis dan Sumber Data .................................................................40

D. Teknik Pengumpulan Data ............................................................41

E. Teknik Analisis Data ......................................................................43

F. Definisi Operasional ......................................................................59

G. Asumsi Dasar ................................................................................59

H. Matriks Penelitian ..........................................................................61

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................64

A. Gambaran Umum Kota Kendari ....................................................64

B. TPA Puwatu ..................................................................................69

C. Potensi Energi Listrik .....................................................................74

D. Analisis Manfaat dan Biaya ...........................................................79

E. Arahan Pengembangan Pemanfaatan Gas Metana Sampah

Sebagai Sumber Energi Listrik ......................................................92

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 125

A. KESIMPULAN ............................................................................. 125

B. SARAN ........................................................................................ 126

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Target Bauran Energi ................................................................3

Gambar 2 Penentuan Komposisi Berbasis 1 m3 Sampel Tanpa Reduksi

Volume Sampah .....................................................................14

Gambar 3 Fase Dekomposisi Organik .....................................................17

Gambar 4 Biokimia Produksi Gas Metan .................................................18

Gambar 5 Pembentukan Monomer ..........................................................19

Gambar 6 Pembentukan Metana dari Asam Asetat (a) dan dari

Karbondioksida (b) ..................................................................20

Gambar 7 Site Plan Ekstraksi gas Landfill ...............................................23

Gambar 8 a. Sumur Ekstraksi Vertikal, b. Sumur Ekstraksi Horizontal ....24

Gambar 9 Alur Pengambilan Keputusan Estimasi Emisi CH4 .................28

Gambar 10 Kerangka Konsep Penelitian .................................................37

Gambar 11 Peta Lokasi TPA Kota Kendari ..............................................39

Gambar 13 Diagram SWOT : Identifikasi Posisi Strategi .........................56

Gambar 14 Diagram Alir Metode Penelitian .............................................58

Gambar 15 Peta Administrasi Kota Kendari .............................................65

Gambar 16 Sketsa Eksisting TPA Puwatu ...............................................71

Gambar 17 Proses pengolahan sampah dan penimbunan ......................73

Gambar 18 Konstruksi dan skema proses penangkapan gas metan TPA

Puuwatu ..................................................................................74

Gambar 19 Sampling Komposisi Sampah ...............................................76

Gambar 20 Sanitary Landfill TPA Puwatu ................................................96

Gambar 21 Kolam Air Lindi TPA Puwatu .................................................97

Gambar 22 Instalasi Gas Metan TPA Puwatu ..........................................97

Gambar 23 Struktur Organisasi Dinas Kebersihan Kota Kendari .............98

Gambar 24 Pola Umum Pengolahan Sampah Kota Kendari .................. 100

Gambar 25 Alur Proses CDM di Indonesia ........................................... 108

Gambar 26 Diagram Kuadran Strategi SWOT ....................................... 119

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Hasil Survey Laju Pembentukan Sampah Domestik Rata-Rata di

Berbagai Kota Di Indonesia .......................................................12

Tabel 2 Komposisi gas landfill ................................................................16

Tabel 3 Data Konversi Energi ................................................................47

Tabel 4 Matriks SWOT ...........................................................................57

Tabel 5 Matriks Penelitian ......................................................................62

Tabel 6 Letak dan luas wilayah administrasi per kecamatan di Kota ......

Kendari .....................................................................................66

Tabel 7 Temperatur, kelembaban dan curah hujan Kota Kendari ..........67

Tabel 8 Jumlah Penduduk dan Rasio jenis Kelamin Menurut Kecamatan

di Kota Kendari, 2015 ...............................................................68

Tabel 9 Data Timbulan Sampah Kota Kendari .......................................69

Tabel 10 Kondisi TPA Puwatu .................................................................70

Tabel 11 Sarana dan prasarana TPA Puuwatu ........................................72

Tabel 12 Komposisi sampah dalam % berat basah berdasarkan hasil

penelitian dibandingkan dengan nilai default IPCC 2006 ...........77

Tabel 13 Proyeksi Potensi energi listrik melalui pemanfaatan gas metana

TPA Puuwatu ............................................................................78

Tabel 14 Proyeksi Pendapatan Listrik PLTSa Kota Kendari.....................80

Tabel 15 Proyeksi manfaat ekonomi dari Tipping Fee bagi PLTSa TPA

Puwatu ......................................................................................81

Tabel 16 Potensi manfaat ekonomi reduksi emisi gas rumah kaca ..........84

Tabel 17 Pembayaran angsuran pinjaman ..............................................89

Tabel 18 Hasil Parameter Kelayakan Ekonomi ........................................91

Tabel 19 Data Alokasi Kota Kendari untuk sektor Persampahan .............94

Tabel 20 Produksi dan Konsumsi Minyak Bumi Indonesia Tahun 2006-

2016 ........................................................................................ 109

Tabel 21 Faktor Internal dan Faktor Eksternal ....................................... 111

xiii

Tabel 22 Hasil pengklasifikasian faktor internal ..................................... 112

Tabel 23 Hasil pengklasifikasian faktor eksternal ................................... 113

Tabel 24 Faktor Kekuatan, Peluang, Kelemahan dan Ancaman ............ 114

Tabel 25 Hasil pemberian bobot dan skala rating faktor internal ............ 115

Tabel 26 Hasil pemberian bobot dan skala rating faktor eksternal ......... 117

Tabel 27 Hasil Matriks SWOT ................................................................ 120

Tabel 28 Program dan Kegiatan Pengembangan Energi Listrik TPA

Puwatu .................................................................................... 123

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pengembangan wilayah adalah sebuah konsep yang berfokus pada

stimulasi dan diversifikasi kegiatan ekonomi, merangsang investasi di

sektor swasta dan publik, yang bermaksud untuk mengurangi perbedaan

sosio-ekonomi di antara berbagai bidang, dalam rangka meningkatkan taraf

hidup dan menawarkan layanan berkualitas kepada masyarakat

(Apostolache, 2014).

Energi merupakan kebutuhan bagi pembangunan ekonomi dan

perbaikan kualitas hidup, namun energi ini terutama dihasilkan dari bahan

bakar fosil yang kontras dengan keberlanjutan. Karena itu, pengembangan

green alternative untuk produksi energi telah menjadi perhatian utama di

seluruh dunia (IEA, 2014).

Tingginya ketergantungan terhadap bahan bakar fosil saat ini telihat

dari bauran energi nasional 2015 yaitu Minyak 31,49 %, Gas 19,04 %,

Batubara 24,82%, Hidro 2,36%, Panas Bumi 1,11%, biomassa 21,05 % dan

biofuel sebesar 0,13% (Kementerian ESDM, 2016). Hal ini menyebabkan

kerentanan ketahanan energi. Konsumsi minyak terus meningkat

sementara produksi dalam negeri mengalami penurunan. Konsumsi energi

final di Indonesia meningkat dari 1,411 juta barel per hari/ Barrel per day

2

(bpd) pada tahun 2010 menjadi 1,615 juta barel per hari/ Barrel per day

(bpd) pada tahun 2016 atau tumbuh rata-rata sebesar 2%. Sementara

produksi minyak mengalami penurunan dari 1,003 juta barel per hari/ Barrel

per day (bpd) menjadi 881 ribu barel per hari/ Barrel per day (bpd) atau

turun rata-rata sebesar -2,6% (BP Statistical, 2017). Selama kurun waktu

2000-2013, pertumbuhan konsumsi energi ini dibayangi oleh pemberian

subsidi energi yang terus meningkat dan membebani anggaran belanja

negara (BPPT, 2015).

Berbagai permasalahan energi saat ini dan yang mungkin muncul

dimasa depan memerlukan solusi yang tepat dengan pendekatan yang

komprehensif. Perencanaan dan pengembangan energi serta analisis

terhadap pelaksanaan kebijakan yang ada perlu terus dilanjutkan guna

merealisasikan penerapan teknologi energi bersih yang andal,

berkelanjutan dan terjangkau (BPPT, 2015). Pemerintah telah meluncurkan

inisiatif energi hijau, yaitu perpaduan konsep antara energi terbarukan,

energi efisien dan energi bersih agar dapat tercipta pembangunan energi

berkelanjutan sehingga dapat mendukung pembangunan berkelanjutan

dengan mengeluarkan regulasi yaitu Peraturan Presiden No. 5 tahun 2006

tentang kebijakan energi nasional, yang kemudian direvisi dengan

Peraturan Pemerintah Nomor 79 Tahun 2014. Kebijakan ini menetapkan

target bauran energi nasional di tahun 2025 yang mengurangi konsumsi

energi fosil dan meningkatkan pemanfaatan energi terbarukan dengan porsi

23% dan menjadi 31% pada tahun 2050. Regulasi lainnya mengenai energi

3

yaitu Undang-Undang No.30 Tahun 2007 tentang energi, yang landasan

filosofisnya adalah untuk menuju kemandirian dan ketahanan energi

nasional yang berdaulat, Peraturan Pemerintah No. 70 Tahun 2009 tentang

konservasi energi, dan Undang-Undang No. 30 Tahun 2009 tentang

ketenagalistrikan yang mendorong pengembangan sumber energi

terbarukan sebagai penghasil listrik. (Gambar 1)

Sumber : Peraturan Pemerintah no. 79 tahun 2014, BPPT (2015)

Gambar 1 Target Bauran Energi

Menurut Undang-undang Nomor 30 Tahun 2007, energi terbarukan

adalah energi yang berasal dari sumber energi terbarukan, yaitu sumber

energi yang dihasilkan dari sumber daya energi yang berkelanjutan jika

dikelola dengan baik, antara lain panas bumi, angin, bioenergi, sinar

matahari, aliran dan terjunan air, serta gerakan dan perbedaan suhu laut.

Bioenergi dapat diperoleh dari pengolahan sampah dengan metoda

tertentu. Pemanfaatan sampah sebagai sumber energi terbarukan dapat

4

mengatasi masalah pembuangan sampah, menghasilkan sumber energi

pengganti bahan bakar fosil dan mengurangi emisi gas rumah kaca dari

pengolahan sampah (Tan, et al., 2015).

Sampah berkaitan dengan buangan aktifitas sehari-hari, praktek

umumnya terlihat di sekitar pemukiman manusia. Pengelolaan sampah

telah lama menjadi isu utama bagi banyak otoritas di dunia. Pertumbuhan

penduduk yang cepat, meningkatnya urbanisasi, perkembangan

infrastruktur yang cepat, perubahan gaya hidup dan kondisi ekonomi

meningkatkan tingkat timbulan dan komposisi sampah. (Mensah, 2006).

Sumber sampah terbesar di Indonesia adalah sampah rumah tangga,

terbesar kedua adalah sampah dari pasar tradisional. (Aye, 2006).

Disebagian besar kota, pengelolaan sampah meliputi pengumpulan,

pengangkutan, dan pemrosesan akhir/pembuangan. Masalah utama

sampah kota umumnya terjadi di Tempat pemrosesan akhir (TPA) terutama

di beberapa kota besar. Masalah tersebut diantaranya keterbatasan lahan

TPA, produksi sampah yang terus meningkat, teknologi proses yang tidak

efisien dan tidak ramah lingkungan serta belum dapat dipasarkannya

produk hasil sampingan sampah kota (Sudrajat, 2009).

Salah satu hasil sampingan sampah di TPA adalah biogas. Biogas

merupakan sumber energi terbarukan yang dihasilkan oleh fermentasi

anaerobik dari bahan organik. Biogas dapat diproduksi dari limbah kotoran

hewan, air limbah, dan limbah padat. Komposisinya bervariasi, tergantung

sumber bahan biogasnya. Akan tetapi, biasanya memiliki kandungan 50–

5

70 % metana, 25–50 % karbondioksida , 1–5 % H2, 0,3–3 % N2 dan

Hidrogen Sulfida (Arifin dkk., 2011). Timbulnya biogas dapat menimbulkan

dampak negatif apabila tidak ditangani secara baik karena akan

menimbulkan ledakan bila berada di udara dengan konsentrasi sekitar 15%.

Salah satu kandungan biogas yaitu gas metana yang merupakan gas

rumah kaca yang mempunyai potensi pemanasan global 33 kali dibanding

CO2, dan mencegahnya terlepas ke udara sangat penting untuk mencegah

perubahan iklim global (Dace et al, 2015). Oleh karena itu gas metana yang

terbentuk sebaiknya dikonversi menjadi CO2 dengan jalan membakarnya

atau dimanfaatkan sebagai sumber energi baik untuk energi listrik atau

untuk bahan bakar. Timbulnya gas metana dapat dianggap sebagai nilai

tambah dari sebuah landfill (Damanhuri, 2008).

Ekstraksi energi non fosil berbentuk biogas ini merupakan salah satu

bentuk energi hijau, yang juga mendukung program nasional dalam

Peraturan Presiden No. 61 Tahun 2011 tentang Rencana Aksi Nasional

Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca (RAN GRK) dalam upaya

melaksanakan pembangunan yang berwawasan lingkungan.

Sebagai ibukota Provinsi Sulawesi Tenggara, Kota kendari menjadi

pusat pelayanan jasa, pendidikan, pelayanan kesehatan, perdagangan

serta transportasi antar wilayah. Konsekuensinya, Kota Kendari

menghadapi masalah lingkungan termasuk sampah perkotaan. Dengan

luas wilayah 295,89 Km2 dan jumlah penduduk di tahun 2016 sebanyak

347.496 jiwa, setiap harinya bisa memproduksi sampah hingga dengan

6

179,7 ton per hari. Kebijakan pengelolaan sampah Kota Kendari meliputi

upaya pengurangan dan penanganan sampah di sumber timbulan serta

penanganan sampah di TPA. Upaya pengurangan dan penanganan

sampah di sumber timbulan berupa pewadahan, pemilahan, pengolahan

sampah organik (kompos) dan anorganik (3R), optimalisasi TPS skala

pemukiman serta otimalisasi Bank Sampah. Sedangkan penangan sampah

di TPA berupa pemilahan dan kegiatan 3R, pemadatan dan penutupan,

pemanfaatan gas metana, serta pengolahan lindi.

Pengelolaan Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) Puuwatu Kota

Kendari Sulawesi Tenggara saat ini menggunakan sistem lahan urug

terkendali (controlled landfill). Pada tahun 2011 dimulai ujicoba

pemanfaatan gas metana yang berasal dari landfill dan hasilnya

dimanfaatkan untuk kebutuhan energi di TPA Puwatu. Di tahun 2013

Pemerintah Kota Kendari membangun sebuah kawasan kampung mandiri

energi di areal Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) Kelurahan Puwatu. Energi

pada kampung mandiri energi tersebut bersumber dari gas metana yang

dihasilkan dari pengelolaan sampah di Tempat Pembuangan Akhir (TPA)

Puwatu. Hingga saat ini ada 120 rumah warga sekitar memanfaatkannya

untuk penerangan listrik dan kebutuhan memasak.

Dari sisi penyediaan energi listrik, Kota Kendari juga masih

menghadapi masalah. Rasio elektrifikasi Kota Kendari di tahun 2015 adalah

sebesar 80,21%, dengan komposisi pembangkit listrik Sulawesi Tenggara

yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Diesel 74,95%, Pembangkit Listrik Tenaga

7

Uap 20.56%, Pembangkit Listrik Tenaga Hidro 2.23 %, Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro 0.03 % dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya 0.22 %.

Distribusi pembangkitan listrik di Provinsi Sulawesi Tenggara jika dibagi dari

jenis energi primernya adalah 97.51 % pembangkit listrik berbahan bakar

fosil dan 2.28 % energi baru terbarukan.

Pemanfaatan gas metana pada TPA Puwatu diharapkan dapat

menangani masalah sampah perkotaan, penurunan emisi gas rumah kaca

dan energi. Oleh karena itu, diperlukan penelitian mengenai pemanfaatan

gas metana sampah sebagai sumber energi alternatif.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan sebelumnya maka

dibuat rumusan masalah sebagai berikut :

1. Berapa besar potensi energi listrik dari gas metana sampah di TPA

Puwatu?

2. Bagaimana biaya dan manfaat yang mungkin dihasilkan dari

pengembangan energi listrik tenaga gas metana sampah di TPA

Puwatu?

3. Bagaimana arahan pengembangan pemanfaatan gas metana sampah

sebagai sumber energi listrik ?

8

C. Tujuan Penelitian

1. Menghitung potensi energi listrik dari gas metana sampah di TPA

Puwatu.

2. Menganalisis biaya dan manfaat yang mungkin dihasilkan dari

pengembangan energi listrik tenaga gas metana sampah di TPA

Puwatu.

3. Merumuskan arahan pengembangan pemanfaatan gas metana

sampah sebagai sumber energi listrik di TPA Puwatu

D. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat yang luas

bagi masyarakat umum dan terkhusus bagi para penentu kebijakan dengan

maksud sebagai berikut:

1. Bagi Pemerintah Daerah, sebagai acuan dalam merumuskan kebijakan

mengenai perencanaan dan pengembangan pembangkit listrik tenaga

gas metana sampah.

2. Sebagai masukan bagi kalangan swasta dan investor untuk

menanamkan modalnya di bidang energi listrik dari gas metana

sampah.

3. Bagi peneliti dan akademisi, penelitian ini diharapkan dapat menjadi

salah satu referensi mengenai pemanfaatan dan pengelolaan sampah

sebagai sumber energi terbarukan yang potensial.

9

E. Batasan Penelitian

Ruang lingkup pada penelitian ini dibatasi untuk berfokus pada

pemanfaatan gas metana sampah menjadi energi listrik di TPA Puwatu.

TPA Puwatu menampung sampah yang berasal dari Kota Kendari.

Penimbunan sampah organik di TPA menghasilkan gas metana, kemudian

gas metana ini ditangkap dan dimanfaatkan sebagai sumber energi

pembangkit listrik. Perhitungan potensi gas metana yang dihasilkan

berdasarkan timbulan sampah dan komposisi sampah. Manfaat proyek

dalam penelitian ini mencakup manfaat langsung proyek (listrik dan tipping

fee) serta manfaat tidak langsung proyek (reduksi emisi gas rumah kaca).

Penyerapan gas metana sebagai input produksi listrik akan dinilai untuk

mengestimasi manfaat ekonomi reduksi emisi gas rumah kaca.

10

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Konsep Pengelolaan Sampah

1. Pengertian Sampah

Menurut Undang-Undang No 18 tahun 2008, sampah adalah sisa

kegiatan sehari-hari manusia dan/atau proses alam yang berbentuk padat.

Sampah merupakan salah satu kontributor dalam mempengaruhi terjadinya

efek rumah kaca. Sampah tersebut diawali dengan proses degradasi yang

kemudian melepaskan gas-gas seperti gas metana (CH4) dan karbon

dioksida (CO2) (Hapsari & Wilujeng, 2012).

Menurut Purwendro dan Nurhidayat (2007), sampah merupakan

bahan padat buangan dari kegiatan rumah tangga, pasar, perkantoran,

komersial, industri atau aktivitas-aktivitas yang dilakukan oleh manusia

lainnya. Sampah juga merupakan hasil sampingan dari aktivitas manusia

yang sudah tidak terpakai. Besarnya sampah yang dihasilkan dalam suatu

daerah tertentu sebanding dengan jumlah penduduk, jenis aktivitas, dan

tingkat konsumsi penduduk tersebut terhadap barang atau material.

Semakin besar jumlah penduduk atau tingkat konsumsi terhadap barang

maka semakin besar pula volume sampah yang dihasilkan.

Sedangkan menurut Sejati (2009), sampah adalah suatu bahan

yang terbuang atau dibuang, merupakan hasil aktifitas manusia maupun

11

alam yang sudah tidak digunakan lagi karena sudah diambil unsur atau

fungsi utamanya.

Menurut SNI 19-2454-2002 Tata cara teknik operasional

pengelolaan sampah perkotaan, sampah adalah limbah yang bersifat padat

terdiri dari bahan organik dan bahan anorganik yang dianggap tidak

berguna lagi dan harus dikelola agar tidak mambahayakan lingkungan dan

melindungi investasi pembangunan.

2. Sumber, Timbulan, dan Komposisi Sampah

2.1 Sumber dan Timbulan Sampah

Menurut Damanhuri dan Padmi (2010), secara praktis sampah

dibagi menjadi 2 kelompok besar, yaitu :

a. Sampah dari permukiman atau sampah rumah tangga

b. Sampah dari non permukiman yang sejenis sampah rumah tangga

seperti pasar, daerah komersial, dan sebagainya.

Kedua jenis sampah tersebut dikenal sebagai sampah domestik

Sedangkan sampah non domestik adalah sampah atau limbah yang bukan

sejenis sampah rumah tangga, misalnya limbah dari proses industri.

Sampah domestik yang berasal dari lingkungan perkotaan disebut juga

Municipal Solid Waste (MSW).

Sumber sampah kota yang terbanyak berasal dari permukiman dan

pasar tradisional. Sampah pasar khusus seperti pasar sayur mayur, pasar

buah, atau pasar ikan, jenisnya relatif seragam. Sebagian besar (95%)

berupa sampah organik sehingga lebih mudah ditangani. Sampah yang

12

berasal dari pemukiman umumnya sangat beragam, terdiri dari minimal

75% sampah organik dan sisanya non organik (Sudrajat, 2006).

Timbulan sampah biasanya akan bervariasi dari waktu ke waktu,

antara satu daerah atau negara dengan daerah atau negara lainnya. variasi

ini terutama disebabkan oleh perbedaan jumlah penduduk dan tingkat

pertumbuhannya, tingkat hidup, musim, cara hidup dan mobilitas penduduk,

iklim serta cara penanganan makanannya (Damanhuri dan Padmi, 2010).

Hasil survey laju pembentukan sampah di beberapa daerah

perkotaan di Indonesia dapat dilihat pada tabel 1.

Tabel 1 Hasil Survey Laju Pembentukan Sampah Domestik Rata-Rata di

Berbagai Kota Di Indonesia

No Tipe Kota

Laju Pembentukan Sampah Domestik

Ton/kapita/tahun

1 Kota Metropolitan (jumlah pendudk > 1.000.000 jiwa) 0,28

2 Kota Besar (umlah penduduk antara 500.000-1.000.000 jiwa)

0,22

3 Kota Sedang (jumlah penduduk antara 100.000-500.000 jiwa)

0,20

4 Kota Kecil (jumlah penduduk antara 20.000-100.000 jiwa) 0,19

Rata-rata 0,22

Sumber: Kementerian Lingkungan Hidup (2012)

2.2 Komposisi Sampah

Hoornweg dan Bhada-Tata (2012) menyatakan bahwa komposisi

sampah dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti budaya, pembangunan

ekonomi, iklim dan sumber energi. Komposisi mempengaruhi seberapa

sering sampah dikumpulkan dan bagaimana cara membuangnya. Negara

13

berpendapatan rendah memiliki proporsi sampah organik tertinggi,

sementara negara berpendapatan tinggi memiliki komposisi kertas, plastik

dan material anorganik lainnya dengan proporsi tertinggi. Berdasarkan

wilayah, Asia Timur dan Pasifik memiliki proporsi tertinggi sampah organik

sebesar 62%, sedangkan negara-negara Organisasi untuk Kerja Sama dan

Pembangunan Ekonomi (OECD/Organisation for Economic Co-operation

and Development) memiliki proporsi sampah organik setidaknya 27 %

walaupun jumlah keseluruhan sampah organik pada negara OECD masih

yang tertinggi.

Intergovernmental Panel on Climate Change (2006) membagi

komposisi sampah dalam 11 kriteria yaitu makanan, kertas/karton, nappies,

sampah taman, kayu, kain, karet dan kulit, platik, logam, kaca, dan lainnya.

Komposisi sampah tersebut menjadi salah satu parameter yang

menunjukkan fraksi dari berat basah sampah atau berat kering dari

komponen-komponen sampah. Faktor ini menentukan tingkat emisi gas

rumah kaca dari suatu pengelolaan limbah karena berpengaruh pada

besarnya GRK yang dapat terbentuk dihubungkan dengan seberapa besar

komponen organik/karbon yang terdapat pada limbah (Ranradgrk, 2015).

Penentuan komposisi sampah sebaiknya berbasis 1 m3 sampel

sampah yang merepresentasikan komposisi seluruh sampah yang ditimbun

di TPA yang berasal dari berbagai wilayah (gambar 2). Komposisi sampah

dapat ditentukan berdasarkan penimbangan komponen-komponen sampel

sampah yang dipilah dari 1 m3 sampel tanpa reduksi volume sampel.

14

Frekuensi sampling sampah yang ideal dilakukan 8 hari berturut-turut untuk

setiap musim (hujan dan kemarau). Jika terdapat keterbatasan waktu dan

sumberdaya, pengambilan sampel setiap musim dapat dilakukan 2 kali

untuk mewakili komposisi sampah hari kerja dan akhir pekan (Kementerian

LH, 2012).

Gambar 2 Penentuan Komposisi Berbasis 1 m3 Sampel Tanpa Reduksi Volume Sampah

(Sumber : Kementerian LH, 2012)

3. Pengelolaan Sampah

Pengelolaan sampah didefinisikan adalah semua kegiatan yang

bersangkut paut dengan pengendalian timbulnya sampah, pengumpulan,

transfer dan transportasi, pengolahan dan pemrosesan akhir/pembuangan

sampah dengan mempertimbangkan faktor kesehatan lingkungan,

ekonomi, teknologi, konservasi, estetika dan faktor-faktor lingkungan

lainnya yang erat kaitannya dengan respon masyarakat (Kementerian PU,

2006).

MSW

15

Menurut Undang-Undang no. 18 Tahun 2008 pengelolaan sampah

didefinisikan sebagai kegiatan yang sistematis, menyeluruh, dan

berkesinambungan yang meliputi pengurangan dan penanganan sampah.

Undang-Undang no. 18 tahun 2008 mengamanatkan bahwa mulai

tahun 2013 tidak diperkenankan lagi operasi TPA secara open dumping.

Metode pembuangan akhir minimal harus dilakukan dengan controlled

landfill untuk kota sedang dan kota kecil, dan sanitary landfill untuk kota

besar dan kota metropolitan dengan sistem sel.

Menurut Suharto (2011), sistem landfill adalah sarana dan fasilitas

untuk pembuangan limbah padat dimana limbah padat diletakkan diatas

lahan dan dibawah limbah padat terdiri atas beberapa lapisan media padat

antara lain granular, geotekstil, plastik, tanah liat dan batuan lain-lain.

Menurut Damanhuri dan Padmi (2010), sanitary landfill adalah

metode pengurugan sampah ke dalam tanah dengan menyebarkan

sampah secara berlapis-lapis pada sebuah lahan yang telah disiapkan,

kemudian dilakukan pemadatan dengan alat berat, kemudian ditutup

dengan tanah penutup pada akhir hari operasi. Sedangkan pada controlled

landfill, aplikasi tanah penutup tidak dilakukan setiap hari. Penutupan

sampah dilakukan setiap 5-7 hari sesuai dengan siklus lalat.

4. Gas landfill

Ouda et al (2013) menyatakan bahwa sampah perkotaan harus

dipertimbangkan sebagai sumber bahan daur ulang dan energi yang

16

berharga. Sebuah landfill yang berisi sampah perkotaan bekerja seperti bio

reaktor dimana gas landfill dihasilkan dari proses biokimia dari dekomposisi

material organik. Gas landfill adalah suatu gas campuran yang utamanya

terdiri dari metana, karbondioksida dan nitrogen. Komposisi gas landfill

yang dihasilkan oleh deposit materi organik di TPA bervariasi signifikan

selama fase operasional (masuknya sampah ke TPA) dan setelah

penimbunan (Krakow,2010). Persentase distribusi gas landfill dapat dilihat

dalam tabel 2.

Gas landfill tidak berwarna, memiliki kepadatan 1,25 kg/Nm3, dan

lebih ringan dari udara. Seringkali gas landfill berbau tidak enak karena

adanya kandungan hidrogen sulfida (Larsson, 2014). Biogas dengan

kandungan metana lebih dari 45 % bersifat mudah terbakar (flammable)

(Deublein dan Steinhauser, 2011). Intensitas produksi gas juga bervariasi

tergantung waktu sejak dari sampah mengendap di landfill. Komposisi gas

landfill dan alirannya adalah kunci utama yang menentukan penggunaan

potensi energi sebuah landfill yang tepat dan bermanfaat. (Krakow, 2010)

Tabel 2 Komposisi gas landfill

Komponen Persentase (dry volume basis)

Metana

Karbondioksida

Nitrogen

Oksigen

Ammonia

Sulfida, disulfide, merkaptan, dll

Hidrogen

Karbon monooksida

45-60

40-60

2-5

0,1-1,0

0,1-1,0

0-1,0

0-0,2

0-0,2

(Sumber: Tchobanoglous & Kreith, 2002)

17

Dekomposisi sampah memiliki waktu jeda, tidak langsung terjadi

setelah sampah dibuang. Oleh karena itu, emisi CH4 oleh dekomposisi

sampah dapat berlangsung dalam periode waktu yang panjang (kira-kira 50

tahun) setelah sampah ditimbun dalam landfill (Feng, et al., 2014, IPCC,

2006). Model dekomposisi khas organik ditunjukkan pada gambar 3, terdiri

dari lima tahap proses kimiawi dan biokimiawi yang menghasilkan gas

landfill. Diagram dekomposisi organik menunjukkan komponen bervariasi

dari gas landfill. Diagram dasar membedakan antara 5 fase dekomposisi

substansi organik, termasuk dekomposisi aerobik, dekomposisi anaerobik

(fermentasi asam, unsteady dan steady methanogenesis), dan akhir dari

produksi metana. Tahap akhir pada diagram tersebut yaitu tahap kelima

menunjukkan akhir dari dekomposisi anaerobik dan produksi metana dari

timbunan sampah meluruh secara bertahap (Krakow, 2010).

Gambar 3 Fase Dekomposisi Organik

(Sumber: Krakow, 2010)

18

Pyruvate

Homo Asetogenesis

Substrat

Lemak

Protein

Karbohidrat

(Polimer rantai panjang)

Asam Lemak

Asam AminoPeptida

Gula

(Polimer rantai pendek)

Subtrat Asetogenik

Laktat,Butirat,

Propianat,Succinate,

Ethanol(Asam OrganikRantai Pendek)

Asam Asetat

H2/CO2

Formate

Metanol

CH4CO2

Hidrolisis Asidogenesis Asetogenesis Metanogenesis

NH4

EtanolAsam lemak volatil

Fermentasi metana merupakan sebuah proses yang kompleks

yang dapat dibagi menjadi 4 tahap degradasi, yaitu hidrolisis, acidogenesis,

acetogenesis dan metanogenesis. Gambar 3 menunjukkan proses biokimia

produksi gas metana (Deublein dan Steinhauser 2011).

Gambar 4 Biokimia Produksi Gas Metan (Sumber : Deublein dan Steinhauser, 2011)

Langkah-langkah dari penguraian anaerobik secara lebih rinci yaitu

sebagai berikut:

a. Hidrolisis

Pada tahap hidrolisis, air bereaksi dengan polimer organik rantai

panjang seperti polisakarida, lemak dan protein untuk membentuk polimer

rantai pendek yang terlarut, seperti gula, asam lemak ratai panjang dan

asam amino. Proses ini dilakukan oleh selulosa, amilase, lipase atau

protease (enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme).

19

Gambar 5 Pembentukan Monomer (Sumber : Deublein dan Steinhauser, 2011)

b. Asidogenesis

Pada fase asidogenesis, monomer yang terbentuk dalam fase

hidrolisis terdegradasi menjadi asam organik rantai pendek, molekul C1-C5

(seperti asam butirat, asam propionat, asetat, asam asetat), alkohol,

nitrogen oksida, hidrogen sulfida, hidrogen, dan karbon dioksida.. Berbagai

bakteri yang berbeda melakukan asidogenesis. Karbohidrat diurai oleh

lactobacillus, asam lemak oleh acetobacer, dan asam amino oleh

clostridium botulinum Konsentrasi ion hidrogen yang terbentuk

mempengaruhi jenis produk fermentasi.

c. Asetogenesis

Pada tahap ini, bakteri asetogenik yang memproduksi hidrogen

mengkonversi asam lemak dan etanol/alkohol menjadi asetat,

karbondioksida dan hidrogen. Konversi lanjutan ini sangat penting bagi

keberhasilan produksi biogas, karena metanogen tidak bisa menggunakan

senyawa asam lemak dan etanol secara langsung.

d. Metanogenesis

Pembentukan metana terjadi pada kondisi anaerobik yang ketat

(respirasi karbon). Dengan demikian, karbon pada biomassa dikonversi ke

20

karbondioksida (terlarut sebagai HCO-3 + H2) dan metana. Metana dibentuk

melalui dua rute utama (gambar 5). Pada rute primer, fermentasi produk

utama yang berasal dari tahap pembentukan asam yaitu asam asetat

diubah menjadi metana dan karbon dioksida. Bakteri yang mengubah asam

asetat adalah bakteri asetoklastik atau asetofilik. Rute sekunder

menggunakan hidrogen untuk mengurangi CO2 dan untuk menghasilkan

CH4 dengan metanogen hidrogenofilik. Hanya sejumlah senyawa dalam

jumlah terbatas yang dapat digunakan sebagai substrat dalam

metanogenesis yaitu asetat, H2, C02, metanol, dan format. Berdasarkan

stoikiometri, diperkirakan bahwa sekitar 70% dari metana dihasilkan dari

asetat, sedangkan 30% sisanya dihasilkan dari H2 dan CO2 (Winrock, 2015)

.

Gambar 6 Pembentukan Metana dari Asam Asetat (a)

dan dari Karbondioksida (b)

(Sumber: Deublein and Steinhauser 2011)

21

Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas

dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tapi jika digunakan

untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan sedikit bau belerang

untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi. Sebagai komponen

utama gas alam, metana adalah sumber bahan bakar utama. Pembakaran

satu molekul metana dengan oksigen akan melepaskan satu molekul CO2

(karbondioksida) dan dua molekul H2O (air): CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.

Berdasarkan laporan Climate Change 2014 oleh Intergovernmental

Panel on Climate Change (IPCC), metana adalah gas penyebab perubahan

iklim terbesar kedua setelah karbondioksida dan merupakan satu dari enam

gas rumah kaca yang terdaftar dalam Protokol Kyoto. The Fifth Assessment

Report (AR5) dari Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) pada

November 2014 menunjukkan uap air (H2O), karbondioksida (CO2),

nitrogen oksida (N2O), metana (CH4) dan Ozon (O) adalah gas rumah kaca

utama dalam atmosfir bumi. Laporan itu juga menunjukkan bahwa potensi

pemanasan global metana lebih besar 30% dari laporan sebelumnya yaitu

The Fourth Assessment Report (AR4) dari IPCC. Potensi pemanasan

global metana adalah 33 kali lipat dari karbondioksida dengan rentang

waktu 100 tahun (Wu & Ma, 2016). Hal ini berarti bahwa jika jumlah CO2

dan CH4 yang sama masuk ke atmosfer maka metana akan menjebak

panas 33 kali lipat dibandingkan karbondioksida dalam rentang waktu 100

tahun ke depan (Winrock, 2015).

22

Saat ini metana (CH4) dianggap sebagai bahan bakar yang

menjembatani antara ekonomi bahan bakar fosil (karbon) dan kebutuhan

terhadap energi terbarukan dan energi ini diproyeksikan memainkan peran

penting dalam bauran energi global hingga 2035. Sebagai gas rumah kaca

paling melimpah kedua, emisi tahunan CH4 global sebanyak 645 juta metrik

ton, terhitung 14,3% dari jumlah emisi gas rumah kaca antropogenik global.

Dari jumlah ini, lima sumber utama antropogenik yaitu pertanian, batubara,

landfill, minyak dan gas,serta air limbah bersama-sama mengemisikan 68%

dari seluruh emisi CH4. Landfill merupakan sumber emisi antropogenik CH4

tertinggi ketiga setelah pertanian dan tambang batubara, dan emisi dari

sektor limbah diharapkan mencapai hampir 800 juta metrik ton CO2

ekuivalen (MMTCOe) pada tahun 2015 (Xiaoli dkk., 2016).

B. Pengolahan Gas Metana Sampah menjadi Tenaga Listrik

Menurut LFG Energy Project Development Handbook (US EPA,

2015), untuk memanfaatkan gas landfill menjadi tenaga listrik secara garis

besar dalam 3 tahap yaitu pengumpulan gas, treatment gas dan

pembangkitan listrik.

1. Sistem Penangkapan Gas

Sistem penangkapan gas landfill dapat dikonfigurasikan dengan

sumur vertikal, parit horizontal atau kombinasi keduanya. Metode paling

umum dalam penangkapan gas yaitu pengeboran sumur vertikal ke dalam

timbunan sampah dan dan menghubungkan pipa untuk mengalirkan gas ke

23

penampungan menggunakan blower atau sistem induksi vakum. Tipe

sistem penangkapan gas landfill lainnya yaitu menggunakan pipa horizontal

dalam timbunan sampah. Sistem perpipaan horizontal berguna pada tipe

landfill yang lebih dalam dan pada area penimbunan yang aktif. Beberapa

sistem penangkapan menggabungkan sumur vertikal dan horizontal.

Pemilihan desain bergantung pada kondisi spesifik TPA dan waktu instalasi

sistem penangkapan gas landfill. Gambar 8 dan gambar 9 menggambarkan

contoh site plan ekstraksi gas landfill, desain sumur ekstraksi vertikal dan

horizontal.

Gambar 7 Site Plan Ekstraksi gas Landfill (Sumber : US. EPA, 2015)

24

(a) (b)

Gambar 8 a. Sumur Ekstraksi Vertikal, b. Sumur Ekstraksi Horizontal

(Sumber: US. EPA, 2015)

2. Sistem Treatment Gas Landfill

Sebelum gas landfill dapat digunakan dalam proses konversi, gas

ini harus dibersihkan untuk menghilangkan kondensat, partikulat dan

pengotor lainnya. Kondensasi terbentuk ketika gas hangat dari landfill

menjadi dingin selama melalui sistem penangkapan. Jika air tidak

dipisahkan dari gas dapat menyebabkan penyumbatan pada sistem

perpipaan dan mengganggu proses penangkapan energi. Gas landfill juga

kadang mengandung siloksan dan senyawa sulfur yang berasal dari

sampah. Kontaminan tersebut dapat mengurangi kinerja pembangkit listrik.

3. Pembangkit Listrik

Teknologi yang umumnya digunakan pada proyek energi gas

landfill untuk membangkitkan listrik yang dapat mengakomodasi berbagai

25

ukuran proyek yaitu mesin pembakaran dalam, turbin gas dan mikroturbin.

Kebanyakan proyek pembangkit listrik energi gas landfill (lebih dari 70%)

menggunakan mesin pembakaran dalam, yang sesuai untuk proyek mulai

dari 800 kW hingga 3 MW. Turbin gas lebih digunakan pada proyek besar,

biasanya 5 MW atau lebih. Mikroturbin, sesuai dengan namanya, lebih kecil

dari turbin dengan 1 unit tunggal berkapasitas antara 30 dan 250 kW dan

biasanya digunakan untuk proyek lebih kecil dari 1 MW. Mesin pembakaran

dalam kecil juga sesuai untuk proyek dengan ukuran kisaran kecil.

C. Perhitungan Potensi Gas Landfill

Pembentukan gas landfill telah banyak diteliti. Proses pembentukan

gas dipengaruhi oleh banyak faktor mengingat signifikannya variabel

kondisi TPA, penilaian teoritis tingkat produksi gas menjadi terlalu rumit.

Gas yang diperhitungkan dalam kegiatan penimbunan sampah adalah gas

CH4 (Krakow, 2010).

Jumlah gas landfill yang ditangkap setiap tahun dihitung dengan

menggunakan metodologi IPCC. Metodologi ini merupakan metodologi

yang paling efisien untuk menghitung emisi gas rumah kaca dari landfill

(Ahmed, et al., 2015). Model IPCC 2006 dikembangkan oleh

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) untuk memperkirakan

emisi CH4 dari tempat pembuangan limbah padat. Model ini menggunakan

metode First Order Decay (FOD). Metode ini mengasumsikan bahwa

Degradable Organic Carbon (DOC) meluruh secara perlahan sehingga CH4

26

dan CO2 terbentuk. Jika kondisi konstan, laju produksi CH4 bergantung

pada jumlah karbon yang tersedia pada limbah. (IPCC,2006)

CH4 dihasilkan dari proses degradasi bahan organik dalam kondisi

anaerob. Selanjutnya, CH4 yang dihasilkan tersebut dapat mengalami

berbagai proses, yaitu teroksidasi di permukaan tanah landfill (OXT), atau

dapat ditangkap gas metannya (RT). Bentuknya dapat berupa pemanfaatan

energinya atau hanya dibakar (flaring). (Ranradgrk, 2015)

Emisi CH4 dari penimbunan sampah dihitung berdasarkan massa

timbulan sampah, fraksi sampah yang terdeposisi, dan potensi

pembentukan gas CH4. Net emisi CH4 untuk satu tahun dapat diperkirakan

dengan mengurangkan emisi CH4 yang terbentuk dengan CH4 yang di

recovery dan teroksidasi seperti pada persamaan berikut:

𝑪𝑯𝟒𝒈𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒕𝒆𝒅 = 𝑴𝑺𝑾𝒕 ∙ 𝑴𝑺𝑾𝒇 ∙ 𝑳𝒐

𝑳𝟎 = 𝑴𝑪𝑭 ∙ 𝑫𝑶𝑪 ∙ 𝑫𝑶𝑪𝒇 ∙ 𝑭 ∙𝟏𝟔

𝟏𝟐

TTTx OXxRCHCHEmisi 1,,44

Dimana,

CH4,generated = CH4 yang terbentuk pada tahun T hasil

dekomposisi komponen organik yang tersimpan di

dalam sampah (DDOC)

MSW = timbulan sampah (Gg/tahun)

MSWf = massa limbah yang terdeposisi (Gg)

Lo = potensi pembentukan gas CH4

MCF = faktor koreksi CH4

DOC = fraksi degradable karbon organik pada tahun

27

deposisi sampah, Gg C/Gg waste

DOCf = fraksi DOC yang dapat terdekomposisi pada kondisi

anaerobik

F = fraksi CH4 pada gas landfill yang terbentuk (%)

16/12 = rasio berat molekul CH4/C:

Emisi CH4 = emisi CH4 dalam tahun T (Gg)

T = tahun inventori

x = kategori atau jenis limbah

RT = recovery CH4 dalam tahun T (Gg)

OXT = faktor oksidasi dalam tahun T (fraksi)

Tingkatan perhitungan tergantung kepada nilai parameter dan data

aktivitas. Cara memperoleh data dapat dipilih sebagai berikut :

a. Tier 1: data aktivitas dan parameter menggunakan angka yang default

(digeneralisir, menggunakan data yang terlah disediakan oleh

IPCC,2006).

b. Tier 2: data aktivitas dan parameter menggunakan angka gabungan

antara angka default dan data yang spesifik, berupa kecenderungan

statistik dari data historis (setidaknya 10 tahun terakhir), statistik hasil

survei di wilayah studi, atau data analogi dari wilayah yang memiliki

karakter yang dianggap mewakili.

c. Tier 3: menggunakan kualitas data aktivitas yang spesifik,

dikembangkan secara regional/nasional, atau pengukuran yang

diturunkan dari parameter-parameter spesifik-suatu wilayah tertentu.

Perhitungan dapat menggunakan metoda spesifik-negara yang

setara atau berkualitas lebih tinggi diatas seperti yang dirumuskan dalam

28

FOD yang berdasarkan metoda Tingkat 3. Parameter-parameter kunci

termasuk half life (waktu paruh) dan penghasil metana potensial (Lo) atau

kandungan DOC dalam limbah dan fraksi DOC yang melalui proses

dekomposisasi (DOCf).

Alur pengambilan keputusan untuk estimasi emisi CH4 dari lahan

pembuangan limbah padat ditunjukkan pada gambar 10.

Gambar 9 Alur Pengambilan Keputusan Estimasi Emisi CH4

(Sumber: IPCC, 2006)

Berdasarkan IPCC 2006 Guidelines, CO2 yang diemisikan dari

pengolahan limbah secara biologi tidak termasuk dalam inventarisasi

gas rumah kaca (GRK) dari penimbunan limbah padat di TPA karena

29

dikategorikan biogenic origin dan dihitung sebagai net emission dari sektor

Agriculture, Forestry and Other Land Use (AFOLU). Gas-gas lainnya juga

tidak termasuk dalam inventarisasi karena tidak signifikan jumlahnya.

D. Ekonomi Teknik

Ekonomi teknik adalah suatu ilmu pengetahuan yang berorientasi

pada pengungkapan dan perhitungan nilai-nilai ekonomis yang terkandung

dalam suatu rencana kegiatan teknik (engineering). Karena penetapan

kegiatan teknik pada umumnya memerlukan investasi yang relatif besar dan

berdampak jangka panjang terhadap aktifitas pengikutnya, penerapan

aktifitas teknik tersebut menuntut adanya keputusan-keputusan strategis

yang memerlukan pertimbangan-pertimbangan teknik maupun ekonomis

yang baik dan rasional. Oleh karena itu, ilmu ekonomi teknik sering juga

dianggap sebagai sarana pendukung keputusan (Decision Making Support)

(Giatman, 2011).

Penelitian dan penilaian ditujukan untuk mengetahui apakah suatu

investasi akan memberi manfaat ekonomi atau apakah investasi yang

dimaksud sudah merupakan pilihan yang optimal dari berbagai

kemungkinan yang ada. Secara umum perhitungan nilai ekonomi

mencakup beberapa parameter yaitu Benefit and Cost Ratio (B/C Ratio),

Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), dan Payback

Period (PBP).

30

1. Metode Benefit Cost Ratio (BCR)

Metode benefit cost ratio (BCR) adalah salah satu metode yang sering

digunakan dalam tahap-tahap evaluasi awal perencanaan investasi atau

analisis tambahan untuk memvalidasi hasil evaluasi yang telah dilakukan

dengan metode lainnya. Metode ini sangat baik dilakukan dalam rangka

mengevaluasi proyek-proyek pemerintah yang berdampak langsung pada

masyarakat banyak. (public government project) baik dampak yang bersifat

positif maupun yang negatif. Metode BCR ini memberikan penekanan

terhadap nilai perbandingan antara aspek manfaat (benefit) yang akan

diperoleh dengan aspek biaya dan kerugian yang akan ditanggung (cost)

dengan adanya investasi tersebut.

Aspek benefit dan cost dalam proyek-proyek pemerintah mempunyai

pengertian yang lebih luas daripada pengertian biasa, dimana benefit dan

cost itu sendiri seringkali ditemukan dalam bentuk manfaat dan biaya tidak

langsung yang diperoleh pemerintah atauu masyarakat.

Untuk mengetahui BCR dapat dicari dengan menggunakan

persamaan berikut:

𝐵𝐶𝑅 = Σ𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑡

Σ𝐶𝑜𝑠𝑡

Jika BCR ≥ 1 maka investasi layak secara ekonomis dan jika BCR ≤ 1 maka

investasi tidak layak secara ekonomis.

2. Net Present Value (NPV)

NPV adalah nilai sekarang dari keseluruhan Discounted Cash Flow

atau gambaran pembiayaan total. Dengan kata lain, NPV adalah

31

pendapatan total suatu proyek dilihat dari nilai sekarang (nilai pada awal

proyek) (Dodi dkk,2015). Secara matematik nilai NPV dapat dicari dengan

menggunakan persamaan dibawah ini:

𝑁𝑃𝑉 = ∑CIFt

(1 + k)𝑡− 𝐶𝑂𝐹

𝑛

𝑡=0

Dimana:

NPV : Net Present Value

K : Discount rate yang digunakan

COF : Cash outflow investasi

CIFt : Cash inflow pada periode t

N : Periode terakhir cash flow diharapkan

3. Internal Rate of Return (IRR)

Internal Rate Return adalah besarnya tingkat keuntungan yang

digunakan untuk melunasi jumlah modal yang dipinjam agar tercapai

keseimbangan kearah nol dengan pertimbangan keuntungan IRR

ditunjukkan dalam bentuk persentase (%) per periode dan biasanya bernilai

positif (I>0) (Dodi dkk, 2015). Untuk menghitung nilai IRR dengan

menggunakan persamaan berikut:

𝐼𝑅𝑅 = 𝑖1 +(

𝑁𝑃𝑉1𝑁𝑃𝑉1− 𝑁𝑃𝑉2

)

Dimana:

IRR : Internal Rate of Return (%)

NPV1 : Net Present Value dengan tingkat bunga rendah

NPV2 : Net Present Value dengan tingkat bunga tinggi

i1 : tingkat bunga pertama (%)

32

4. Payback Period (PBP)

Analisis Payback Period pada dasarnya bertujuan untuk mengetahui

seberapa lama (periode) investasi akan dapat dikembangkan saat

terjadinya kondisi balik modal (break even-point). Lamanya periode

pengembalian (k) pada saat BEP adalah:

𝑘(𝑃𝐵𝑃) = ∑ 𝐶𝐹𝑡 ≥ 0

𝑘

𝑡=0

Dimana:

K : periode pengembalian

CFt : cash flow periode ke t

E. Tinjauan Hasil Penelitian

Sulistyo (2010) telah melakukan kajian terkait pemanfaatan

sampah organik di Pasar Induk kramat Jati sebagai pembangkit listrik

tenaga biogas. Tujuan dari penelitian tersebut yaitu 1) Mengkaji potensi

sampah organik (sayur-mayur, buah-buahan, dan umbi-umbian) di Pasar

Induk Kramat Jati sebagai bahan baku biogas; 2) Mengkaji metode

pengolahan sampah organik untuk dapat dimanfaatkan sebagai bahan

baku biogas; 3) Merencanakan aspek teknis yang berkaitan dengan

pemilihan lokasi pembangkit listrik, konstruksi digester, proses pemurnian

gas dari digester dan menentukan jenis teknologi pembangkit yang

digunakan; 4) menghitung kapasitas energi listrik dari PLT Biogas yang

dapat dibangkitkan; 5) Menganalisis aspek teknis dan ekonomis PLT

33

Biogas yang menggunakan teknologi konversi pembangkit gas engine dan

gas turbin engine. Metode yang digunakan untuk mengkaji tujuan tersebut

adalah perencanaan digester, analisis aspek teknis, analisis ekonomi dan

analisis kelayakan finansial (kriteria berupa NPV, PBP, dan IRR)

Hapsari dan Wilujeng (2012) telah melakukan kajian emisi

karbondioksida dan metana dari kegiatan reduksi sampah di wilayah

Surabaya bagian selatan. Tujuan dari penelitian tersebut adalah untuk

mengetahui jumlah emisi gas karbondioksida dan gas metana dari timbulan

sampah Kota Surabaya dan dari kegiatan reduksi sampah di wilayah

Surabaya bagian selatan dan juga untuk mengetahui faktor perilaku yang

paling mempengaruhi masyarakat untuk melakukan kegiatan reduksi

sampah di wilayah Surabaya bagian selatan. Emisi karbondioksida dan

metana yang dihasilkan dari timbulan sampah dihitung dengan

menggunakan metode perhitungan Intergovernmental Panel on Climate

Change (IPCC), sedangkan Emisi karbondioksida dan metana yang

dihasilkan dari kegiatan reduksi sampah dihitung dengan menggunakan

metode perhitungan United States Environmental Protection Agency (US-

EPA).

Syarifuddin (2012) telah melakukan kajian manfaat dan biaya

pembangkit listrik tenaga sampah untuk desa terpencil di Indragiri Hilir

(studi kasus TPA Sei Beringin). Tujuan penelitian tersebut untuk

memperoleh suatu analisis manfaat yang dihasilkan dengan adanya

Pembangkit Listrik Tenaga Sampah, dan juga biaya yang dibutuhkan

34

menerapkan teknologi tersebut di Kabupaten Indragiri Hilir Provinsi Riau.

PLTSa menggunakan mesin gas pembakaran dalam berbahan bakar gas

yang berasal dari landfill. Metode yang digunakan dalam penelitian ini

adalah metode Landfill Gas Emission (LandGEM), yaitu alat analisis yang

digunakan oleh US. Environmental Protection Agency (US. EPA) untuk

menghitung gas landfill, dan analisis ekonomi teknik (kriteria berupa Benefit

and Cost Ratio dan NPV).

Safrizal (2014) telah melakukan kajian teknis dan ekonomis

konversi energi dari produksi sampah kota medan. Penelitian ini meliputi

perhitungan total kapasitas sampah di TPA Namo Bintang yang akan diolah

sebagai bahan bakar pembangkit listrik tenaga sampah kota dan potensi

energi listrik yang mampu dibangkitkan sebagai sumber energi listrik

alternatif berbasis energi terbarukan ramah lingkungan. Hasil penelitian

volume sampah kota Medan mencapai 1.812 ton/hari dapat dijadikan

sumber energi listrik alternatif sebesar 21,744 MW sekaligus membantu

defisit energi listrik kota Medan.

Widyaputri (2014) melakukan analisis ekonomi pembangkit listrik

tenaga sampah dan manfaat reduksi emisi karbon di tempat pengolahan

sampah terpadu Bantargebang. Tujuan penelitian tersebut yaitu 1)

Mengidentifikasi sistem pengolahan sampah di TPST Bantargebang; 2)

Mengevaluasi manfaat (benefit) ekonomi yang mungkin dihasilkan melalui

reduksi emisi karbon dari kegiatan PLTSa; 3) Mengevaluasi secara

ekonomi terhadap proyek Pembangkit Listrik Tenaga Sampah (PLTSa) di

35

TPST Bantargebang. Penilaian manfaat ekonomi reduksi emisi karbon

menggunakan Landfill Gas Emission (LandGEM) dari US.EPA. Analisis

Benefit-Cost digunakan untuk mengevaluasi proyek secara ekonomi

dengan kriteria berupa NPV, IRR, (Net B/C) Net Benefit Cost dan Payback

Period.

Dodi, dkk (2015) melakukan kajian kelayakan pembangunan

pembangkit listrik tenaga sampah (PLTSa) di TPA Air Dingin Kota Padang.

Metode yang digunakan dalam penelitian tersebut yaitu metode

perhitungan IPCC untuk perhitungan emisi CH4 dan analisis ekonomi

pembangunan PLTSa dengan kriteria NPV, IRR, Benefit Cost Ratio dan

Payback Period.

F. Dasar Kerangka Konseptual

Ide dasar dari penelitian ini adalah pengelolaan sampah, emisi gas

rumah kaca dan isu energi. Masalah tersebut didasari dari pertumbuhan

penduduk. Seiiring dengan pertumbuhan penduduk maka kebutuhan

konsumsi produk dan konsumsi energi listrik pun akan bertambah. Hal ini

menyebabkan peningkatan timbulan sampah dan menurunnya cadangan

energi dimana saat ini ketergantungan terhadap bahan bakar fosil masih

sangat besar. Pengolahan sampah pada pemrosesan akhir di TPA dengan

sistem controlled landfill menghasilkan emisi gas rumah kaca.

Sehingga untuk mengatasi permasalahan tersebut penulis

berpendapat bahwa pemanfaatan gas metana hasil penimbunan sampah

36

di TPA Puwatu sebagai sumber energi terbarukan memberikan solusi

terhadap permasalahan diatas. Untuk itu perlu dilakukan penelitian tentang

potensi energi listrik yang dapat dihasilkan oleh gas metana TPA Puwatu.

Setelah potensi energi diketahui maka analisis manfaat dan biaya

yang mungkin dihasilkan dari pemanfaatan energi TPA Puwatu menjadi

energi listrik sangat diperlukan untuk mengetahui apakah pembangunan

suatu pembangkit listrik tenaga gas metan sampah layak dikembangkan.

Dengan mempertimbangkan aspek teknis, ekonomis dan faktor

internal (kekuatan dan kelemahan) serta faktor eksternal (peluang dan

ancaman) maka strategi pengembangan pemanfaatan energi gas metan

sampah menjadi energi listrik dapat dirumuskan.

Gambar 11 menjelaskan secara umum kerangka konseptual dari

penelitian ini, adapun variabel penelitian dan teknik analisis dijelaskan

dalam diagram alur metode penelitian pada Gambar 14.

37

Pertambahan Penduduk

Pertambahan Konsumsi Produk

Pertambahan Timbulan Sampah

Peningkatan Emisi Gas Metan di TPA

Pertambahan Konsumsi Energi Listrik

Menurunnya cadangan energi fosil

Berkurangnya pasokan energi untuk listrik

Pemanfaatan Gas Metan Sampah sebagai energi alternatif untuk

pembangkit listrik

Mengurangi emisi gas rumah kaca

Mengurangi konsumsi energi BBM berbasis fosil

Mengatasi masalah sampah

Potensi Energi Listrik

Regulasi :1. UU 18/2008 tentang Pengelolaan Sampah2. Perpres 61/2011 tentang Rencana Aksi

Nasional Penurunan emisi Gas Rumah Kaca (RAN-GRK)

Regulasi :1. PP 79/2014 ttg Kebijakan energi Nasional,

mengamanatkan peningkatan persentase pemanfaatanenergi terbarukan dalam bauran energi nasional danmengurangi pemanfaatan energi fosil

2. Permen ESDM 19/2013 tentang Pembelian tenaga listrikoleh PT. PLN (Persero) dari pembangkit listrik berbasissampah kota

Strategi Pengembangan

Kelayakan Usaha

Meningkatkan Rasio Elektrifikasi

Keterangan : Ruang lingkup

penelitian

Gambar 10 Kerangka Konsep Penelitian