Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan
PENGELOLAAN SAMPAH BERBASIS RENEWABLE ENERGY Sri Wahyono Pusat Teknologi Lingkungan, Kedeputian TPSA Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Jl. M.H. Thamrin No. 8, Lantai 12, Jakarta 10340 e-mail:
[email protected] PENDAHULUAN Sejalan dengan laju pertumbuhan penduduk yang tinggi, konsumsi energi untuk kehidupan sehari-hari juga terus meningkat. Sampai saat ini, sumber energi utama yang dikonsumsi adalah minyak bumi. Namun disadari bahwa persedian minyak bumi semakin menipis sehingga apabila dieksploitasi terus-menerus akan habis. Oleh karena itu perlu dilakukan efisiensi energi dan memanfaatkan sumber-sumber energi terbarukan. Sampah organik perkotaan yang jumlahnya melimpah memiliki potensi yang besar untuk menjadi sumber energi. Skala pengolahan sampah organik menjadi biogas dapat dilakukan secara terdesentralisasi tersebar di dekat sumber-sumber sampah. Pengolahan sampah menjadi biogas yang tersebar di dekat sumber-sumber sampah biayanya relatif murah, padat karya, keterlibatan masyarakat tinggi, dan teknologinya tepat guna. Masyarakat dapat dilibatkan langsung untuk mengelola sampah rumah tangganya menjadi biogas dengan peralatan yang sederhana berupa digester anaerobik skala rumah tangga. Input bahan baku biogas adalah sampah organik. Outputnya berupa biogas dan pupuk cair. Biogas yang dihasilkan dari setiap digester dapat digunakan
100
Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan untuk pengganti LPG, sedangkan pupuk cairnya dapat digunakan untuk memupuk tanaman di kebun rumah tangga. TUJUAN DAN SASARAN Tujuan kegiatan ini adalah : a. Menyusun disain prototipe teknologi anaerobic digestion sampah organik perkotaan skala rumah tangga dan komunal. b. Mengkaji performansi kinerja prototipe instalasi teknologi anaerobic digestion sampah organik perkotaan skala rumah tangga dan komunal. Sasaran dari kegiatan ini adalah : a. Diperolehnya disain prototipe teknologi anaerobic digestion sampah organik perkotaan skala rumah tangga dan komunal. b. Diperolehnya performansi kinerja prototipe instalasi teknologi anaerobic digestion sampah organik perkotaan skala rumah tangga dan komunal. HASIL KEGIATAN Riset biogas yang dilakukan terdiri atas 3 jenis digester. Digester pertama merupakan mini digester sistem batch dan padat skala rumah tangga dengan 6 jenis input yang berbeda. Digester kedua merupakan digester sistem wet dan kontinyu dengan input sampah berupa sampah makanan, sedangkan digester ketiga berupa digester skala komunal dengan sistem batch, padat, dengan dan tanpa resirkulasi lindi.
101
Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan 1. Penelitian Mini Digester (Md) Aplikasi mini digester biogas telah dilakukan di Malang dan Probolinggo, namun basis penelitiannya masih sangat minim. Penelitian ini mencoba menjawab berbagai pertanyaan yang muncul di masyarakat. Dalam penelitian ini dilakukan 6 perlakuan dimana MD 1 sampai MD5 inputnya adalah sampah pasar dan daun sedangkan MD 6 hanya menggunakan sampah pasar. Kemudian pada MD 2, MD 3, MD3, dan MD4 secara berurutan diisi aktivator berupa kotoran sapi, lindi kompos, efluen biogas dan EM4. Hasil penelitian menunjukkan profil komposisi biogas pada MD1, MD2, MD3, MD4, dan MD5 relatif sama yaitu produksi gas metana meningkat sejalan dengan bertambahnyanya waktu dan sebaliknya produksi gas karbondioksida menurun. Demikian pula konsentrasi oksigen juga semakin menurun. Umumnya, profil produksi dan komposisi biogas dalam mini digester dapat dibagi dalam empat urutan fase. Fase pertama adalah aerobik dan terutama menghasilkan karbondioksida. Fase kedua dicirikan oleh menipisya keberadaan oksigen, mengakibatkan kondisinya menjadi anaerobik dimana sejumlah besar karbondioksidan dan hidrogen dibentuk. Dalam fase ketiga anaerobik, gas metana mulai diproduksi bersamaan dengan menurunnya produksi karbondioksida. Dalam fase keempat, produksi gas metana, karbondioksia, dan nitrogen relatif stabil.
102
Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan
Gambar 1. Profil Pembentukan Metana dalam Mini Digester Berbagai starter yang digunakan dalam penelitian ini memiliki pengaruh dalam kecepatannya membantu memproduksi gas metana. Dalam penelitian ini kotoran sapi (MD2) mampu mempecepat produksi metana hingga komposisinya mencapai 20 % pada hari ke-10, sedangkan effluen biogas (MD4) mencapainya pada hari ke-16. Sementara itu, EM4 (MD5) dapat mencapainya pada hari ke-23. Sedangkan tanpa penambahan starter, hanya sampah pasar dan sampah taman saja (MD1) mampu mencapainya pada hari ke-26. Penambahan starter lindi kompos (MD3), untuk mencapai komposisi metana 20% tercapai pada hari ke-56. Pada
103
Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan proses selanjutnya, baik dengan starter ataupun tanpa starter, masa stagnasi pembentukan gas metana dengan komposisi di atas 60% mulai terjadi pada hari ke-45. 2. Penelitian Food digester Jenis food digester yang diteliti adalah digester yang dikembangkan di India. Digester tersebut berskala rumah tangga dengan input sampah makanan. Start upfood digester menggunakan kotoran sapi. Setelah start up, feeding dilakukan dengan empat jenis limbah yaitu kotoran sapi, sampah pasar, sampah makanan dan lindi digester biogas skala komunal. Kandungan gas metana setelah start up dan di-maintenance dengan feedstock kotoran sapi komposisinya di atas 40%. Dengan jumlah input yang sama, feedstock sampah makanan menghasilkan komposisi gas metana yang paling tinggi dibandingkan dengan kotoran sapi dan sampah pasar. Sementara itu, komposisi metana dari feedstock kotoran sapi lebih tinggi daripada sampah pasar. Dari 2 kg sampah makakan akan dihasilkan sekitar 200 liter biogas yang dapat digunakan untuk memasak selama 45 menit. Dengan jumlah input yang sama, feedstock sampah makanan menghasilkan komposisi gas metana yang paling tinggi dibandingkan dengan kotoran sapi dan sampah pasar. Feedstock lindi menghasilkan gas metana yang cenderung menurun komposisinya. Komposisinya cenderung terus menurun. Hal ini mungkin disebabkan oleh kualitas lindi yang sudah turun dengan kandungan senyawa organik yang rendah.
104
Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan
Gambar 2. Food digester dan Profil Produksi Biogasnya 3. Penelitian Digester Biogas Skala Komunal Aplikasi biogas sistem padat skala komunal yang dilakukan oleh Kementerian Pekerjaan Umum belum beroperasi secara optimal sehingga perlu dilakukan kajian mendalam. Untuk itu penelitian ini dilakukan. Dalam penelitian ini dilakukan dua perlakuan yaitu tanpa dan dengan resirkulasi lindi. Apabila diperhatikan dengan seksama, profil komposisi biogas pada tanki perkolasi 1 dan perkolasi 2 relatif sama yaitu produksi gas metana meningkat sejalan dengan bertambahnyanya waktu dan sebaliknya produksi gas karbondioksida menurun. Demikian pula konsentrasi oksigen juga semakin menurun. Umumnya, profil
105
Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan produksi dan komposisi biogas dapat dibagi dalam empat urutan fase seperti yang terjadi pada penelitian mini digester. Dalam penelitian ini kotoran sapi mampu mempercepat produksi metana hingga komposisinya mencapai 24,8 % pada hari ke-15, sedangkan digester tanpa kotoran sapi hanya mencapai 7,1% pada hari yang sama. Produksi gas metana pada digester terjadi secara eksponensial dan mencapai sekitar 70% pada hari ke-30. Selanjutnya produksi metana cenderung stagnan. Sementara itu, produksi gas metana dari tangki perkolasi 2 mencapai nilai yang sama setelah 35 hari dilakukan resirkulasi lindi. Setelah itu, secara gradual pembentukan gas metana cenderung stagnan.
Gambar 3. Unit Digester Biogas Skala Komunal Beserta Profil Produksi Metana-nya
106
Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan MANFAAT KEGIATAN Penelitian digester biogas sampah kota ini sangat bermanfaat dalam upaya pengelolaan sampah kota menjadi sumber energi dan menjadi dasar dalam upaya pengembangan teknologi biogas skala rumah tangga dan komunal yang bersifat tepat guna. KESIMPULAN DAN REKOMENDASI Kesimpulan dari kegiatan ini adalah: a. Penggunaan starter kotoran sapi dan efluen biogas pada mini digester mampu mempercepat pembentukan gas metana secara siginifikan dibandingkan tanpa starter. b. Produksi gas metana dari sampah makanan dari rumah tangga dalam food digester lebih baik dibandingkan dengan kotoran sapi dan sampah pasar. c. Penambahan kotoran sapi pada digester biogas skala komunal mampu mempercepat produksi metana dibandingkan dengan tanpa penambahan kotoran sapi. Rekomendasi yang dapat diberikan adalah: a. Mini digester biogas sebaiknya digunakan secara komunal atau digunakan di lokasi yang mudah mendapatkan sampah organik dalam jumlah yang cukup. Mini digester tidak cocok digunakan oleh rumah tangga secara individual. Mini digester sebaiknya dilengkapi dengan portable gas holder untuk menyimpan biogas yang diproduksinya. b. Aplikasi food digester cocok dilaksanakan untuk mengolah limbah makanan dari restoran atau kantin di di berbagai
107
Annual Report 2013
Program Pengkajian dan Penerapan TeknologiLingkungan
c.
kota. Biogas yang dihasilkannya dapat digunakan untuk substitusi elpiji sebagai sumber energi untuk memasak. Penelitian pembuatan biogas dari sampah organik skala kawasan dengan sistem padat dan batch memerlukan penelitian lanjutan berupa optimasi disain digester terutama untuk mempermudah input-output material dan kajian efektivitas produksi gas metananya.
108
