PENGOLAHAN ANAEROBIK LIMBAH ORGANIK UNTUK PRODUKSI ENERGI
Satoto E. Nayono Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta 09 Juli 2010
Background problems
Gambaran presentasi 1. Introduction Background problems 1. • Pendahuluan • Goal and objectives • Latar belakang masalah 2. Materials and methods • Mengapa harus „waste to energy“?
• Sources of biogenic solid wastes 2. • Teknologi pengolahan anaerobik sampah organik Laboratory experiments
• Dasar anaerobik 3. Results andpengolahan discussions
• Contoh teknologi dan sumber sampah organik
• Characteristics of biogenic solid wastes Foodwaste as a co-substrate for constant biogas supply 3. • Hasil-hasil penting • • Potential energy recovery press water Potensi produksi methanfrom dari berbagai sampah organik • • Anaerobic co-digestionsampah of biowaste for the improvent biogas Potensi penggunaan makanan untuk supplyofbiogas production
yang stabil 4. Summary and recommendations • Potensi recovery energi dari press water Summary 4. • Penutup
•
2/22
09.07.2010 11.12.2009
Recommendations
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobic Digestion Anaerobik of Biogenic Limbah Organik Solid Waste
Institut für Inginieurbiologie Jurusan Pendidikan und Biotechnology Teknik Sipil dan des Perencanaan Abwassers Fakultät für Bauingenieur-, Fakultas Teknik, GeoUniversitas und Umweltwissenschaften Negeri Yogyakarta
Latar belakang masalah: penduduk
Jumlah penduduk dunia 2009: 6.7 milyar 2050: 9.2 milyar (proyeksi PBB) Jumlah penduduk di perkotaan 2008: 3.3 milyar 2050: 5.0 milyar (proyeksi PBB)
Peningkatan volume sampah! (OECD: 230 – 1,000 kg/cap./th) 3/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Latar belakang masalah: pengelolaan sampah
Photo: demo-menris.icimod.org
Pembuangan sampah yang tidak sesuai
Photo: Johnson Siregar
„Smoking landfill“
Problem masyarakat: lingkungan, kesehatan dan estetika 4/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Latar belakang masalah: energi
www.eia.doe.gov
Kita sangat tergantung pada bahan bakar fosil! 5/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Harga bahan bakar fosil terutama minyak bumi cenderung meningkat dan tidak stabil! Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Latar belakang masalah: gas rumah kaca
www.cmdl.noaa.gov
Emisi gas rumah kaca dari sektor energi dan pembuangan sampah berkontribusi sangat signifikan dari total emisi gas rumah kaca. 6/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Mengapa harus „waste to energy“?
Pertambahan jumlah penduduk dunia
Permintaan pasokan energi meningkat drastis Sumber energi sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil
Bahan bakar fosil semakin langka dan tak ramah lingkungan
Waste to energy
Pengelolaan sampah „biasa“ perlu banyak uang dan tidak memberi ruang untuk mendapatkan kembali energi
Volume sampah meningkat drastis 7/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Kemungkinan produksi energi dari sampah organik Biomass Biogenic solid wastes
Collecting, sorting, etc. Transportation - Storage - Treatment
Thermo-chemical
Coaling
Gasification
Physical-chemical
Pyrolisis
Pressing/extraction
Biological-chemical
Fermentation
Digestion Composting
Transesterification
Solid fuel
Gaseous fuel
Liquid fuel Combustion
Power (electricity)
Heat Kaltschmitt and Weber, 2006
8/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Dasar pengolahan anaerobik COMPLEX POLYMERS Carbohydrates
Proteins
(Cellulase, hemicellulase, xylanase, amylase)
(Protease)
Hydrolysis
1
Lipids
1
1
Higher fatty acids: Amino acids, sugars
e.g. stearic, palmitic, oleic, myristic acids
Alcohols: e.g. ethanol MONOMERS
1
Intermediary products (Butyric, propionic, valeric acids)
Fermentation
3
Homoacetogenesis 4
Aceticlastic methanogenesis
9/22
09.07.2010
Gula, asam amino, asam lemak, alkohol
2
ß-oxidation
2
Acetic acid
Limbah organik
(Lipase, phospolipase)
Asam asetat, hidrogen, karbondioksida
Hydrogen; carbondioxide
5
Methane; carbondioxide
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Reductive methanogenesis
Biogas
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Teknologi waste to energy
Steam boiler
Heat
Generator Sanitary landfill
Landfill gas
Steam boiler
Electricity
Biogas production (m3. m-3. h-1)
0.30
Waste wood incinerator
0.25
0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
Biowaste digestion plant
Biogas
09.07.2010
24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 Time (weekdays)
Biogas production with biowaste feeding only (without weekend feeding)
Penerapan konsep waste to energy di kota Karlsruhe, Jerman
10/22
0
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Pasokan biogas yang fluktuatif karena pengaruh pemberian substrat.
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Semi-continuous fed reactors Inlet
Ritter
Gas meter Gas water seal
Outlet
Glass column with warm water jacket
0234.7
Recirculation pump
Liquid volume: 8 & 10 L; temperatur: 37 °C 11/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Sumber limbah organik: biowaste Asal: BTA/MAT digester, Karlsruhe-Durlach (1,000 m3 digester) Weighing and primary storage facility
Interim biowaste storage bunker
Biowaste mill
Light materials Undegradable materials container (plastics, sand, glasses, metals)
Hydropulper
Interim storage tank for sand sedimentation/removal by hydrocyclones
Heavy materials Sand
Process water container
Excess process water Biogas Municipal wastewater treatment plant
Methane reactor
Heat-/electricity generation
Composting facility 12/22
09.07.2010
Compostible solid material
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Centrifuge
Process water
Sample for this study
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Sumber limbah organik: foodwaste
Asal: Stadtreinigung GmbH, Freiburg Canteens, hotels and restaurants, supermarkets, hospitals, catering companies, etc. Generator
Plastics, metals, glasses
Landfill
Biogas
Methane reactor
Weighing and interim storage
As a co-substrate in biogas plants
Foodwaste Sorter
Grinder
Autoclave
Homogenizer
Foodwaste sample
Mempunyai kandungan protein dan lemak tinggi 13/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Methane prod. potential (m3 ∙kg-1 VSadded)
Potensi produksi methana
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0 0
Batch assays
1
2
3
Biowaste
4
5 6 7 Time (days) Foodwaste
8
9
10
11
Press water
Potensi produksi methana maksimal: Biowaste: 0.37 m3 ∙ kg-1 VS; Foodwaste: 0.52 m3 ∙ kg-1 VS; Press water: 0.49 m3 ∙ kg-1 VS 14/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Co-digestion dengan foodwaste
FW
BW+FW
FW
0.30
60
0.25
50
Daily Biogas Production (liter)
Biogas production (m3. m-3. h-1)
BW+FW
0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
40 30 20 10 0
0
24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 Time (weekdays)
Only biowaste feeding
Biowaste + foodwaste feeding
Time (weekdays)
Without foodwaste addition
With Foodwaste addition
Fixed biowaste feeding: HRT 8 days, tambahan foodwaste pada waktu malam dan akhir pekan producksi biogas relatif stabil
15/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Average gas prod. (m3·m-3·d-1)
Co-digestion: peningkatan produksi biogas 8
8
7
7
6
6
5
5
4
4 Biowaste + press water
3
3
Biowaste + foodwaste Only with biowaste as substrate
2
2 11
13
15
17
19
21
23
OLR (kg COD·m-3 ·d-1)
Compared to press water, addition of foodwaste as co-substrate gave more biogas production 16/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Sumber limbah organik: press water Asal: Composting plant, Grünstadt Weighing and interim storage Generator
Uncompostable/ inorganic waste
Landfill/ incinerator
Biogas Sorter
Methane reactor
Compostable waste
Shredder
< 100 mm Press water
Mash-separator (pressing)
< 80 mm
Star-sieve
Solid phase Press water sample
Composting windrows
Pressing method ca. 0.4 ton press water/ton sampah masuk 17/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Potensi energi dari press water Fasilitas komposting di Grünstadt, kapasitas: 100 ton/hari 40 m3 PW Parameter
Unit
Value
Potential energy recovery: • Daily methane production
m3∙d-1
2,050
• Energy recovered
kWh∙d-1 7,174
• Potential benefit
€/year
497,543
• Energy recovered from press water
kWh
71.7 (+)
• Energy for composting
kWh
21.0 (-)
• Energy for AD processes (pre-treatment & pumping)
kWh
28.7 (-)
• Energy for AD heating
kWh
7.20 (-)
Energy balance per ton limbah masuk:
Surplus energy 14.8 kWh/ton limbah masuk (≈ 103,000 euro/tahun) 18/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Comparison with previous studies HRT (day)
OLR (kg VS m-3d-1)
Biogas prod. rate 3 (m m-3 d-1)
Sorce-sorted OFMSW (dry)
14 - 25
2.1 – 4.2
1.33 – 2.68
Mata-Alvarez et al., 1990
Food market waste
12 - 20
1.1- 2.8
1.3 – 2.0
Mata-Alvarez et al., 1992
5-9
6.3 – 12.6
1.96 – 2.91
Mtz-Viturtia et al., 1995
Fresh OFMSW
12
5
2.52
Kryztek et al., 2001
Energy crops + OFMSW
40
6.0
3.5
Nordberg and Edstrom, 2005
Mechanically separated OFMSW
18
7.7
5.2
Nordberg and Edstrom, 2005
Biowaste
8
6.6
3.6
This study
Press water
7.7 - 20
5.9 – 15.3
4.1 – 10.4
This study
Biowaste + foodwaste
6.7 – 7.6
9.5 – 12.3
5.15 – 6.78
This study
Biowaste + presswater
6.4 – 7.6
7.5 – 11.9
4.20 – 6.40
This study
Waste composition
Fruits and vegetables
19/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
References
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Penutup Pengolahan anaerobik untuk sampah organik sangat menguntungkan dilihat dari aspek perbaikan lingkungan maupun aspek pengurangan ketergantungan energi yang bersumber dari bahan bakar fosil. Beberapa kemungkinan kendala apabila diterapkan di Indonesia adalah: 1. Kurangnya kesadaran masyarakat untuk melakukan pemilahan 2. Pemakaian plastik sebagai pembungkus yang sangat ekstensif 3. Belum ada regulasi pemerintah yang mendukung/mendorong penggunaan energi dari sumber terbarukan. 4. Adanya ketakutan dari masyarakat kalau dibangun suatu tempat pengolahan sampah di lingkungannya (NIMBY syndrom) Pengolahan anaerobik di Indonesia (mengingat sulitnya pemilahan) dapat diterapkan pada limbah yang berasal dari point source (pasar, industri makanan, pertanian dll).
20/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Potensi penerapan pengolahan anaerobik di Indonesia
21/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Publikasi ilmiah
1. Nayono, S.E., Gallert, C. and Winter, J., 2009. Foodwaste as a Co-Substrate in a Fed-Batch Anaerobic Biowaste Digester for Constant Biogas Supply. Water Science and Technology. Vol. 59 (6): 1169–1178. 2. Nayono, S.E., Winter, J. and Gallert, C., 2009. Anaerobic Digestion of Pressed Off Leachate from the Organic Fraction of Municipal Solid Waste. Waste Management, doi:10.1016/j.wasman.2009.09.019 3. Nayono, S.E., Gallert, C. and Winter, J., 2010. Anaerobic Co-Digestion of Biowaste with Press Water and Foodwaste for the Improvement of Biogas Production. Bioresource Technology. Vol. 101 (18): 6987-6993.
22/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
23/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta