PENGOLAHAN ANAEROBIK LIMBAH ORGANIK UNTUK PRODUKSI ENERGI

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



Latar belakang masalah: energi

www.eia.doe.gov

Kita sangat tergantung pada bahan bakar fosil! 5/22

09.07.2010


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



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



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



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


Reductive methanogenesis

Biogas


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


Pasokan biogas yang fluktuatif karena pengaruh pemberian substrat.


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



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


Centrifuge

Process water

Sample for this study


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



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



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



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



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



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



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


References


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



Potensi penerapan pengolahan anaerobik di Indonesia

21/22

09.07.2010



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



23/22

09.07.2010



PENGOLAHAN ANAEROBIK LIMBAH ORGANIK UNTUK PRODUKSI ENERGI

Recommend Documents