UJI ULTIMAT DAN PROKSIMAT SAMPAH KOTA UNTUK SUMBER ENERGI ALTERNATIF PEMBANGKIT TENAGA

SNTMUT - 2014

ISBN: 978-602-70012-0-6

UJI ULTIMAT DAN PROKSIMAT SAMPAH KOTA UNTUK SUMBER ENERGI ALTERNATIF PEMBANGKIT TENAGA Agung Sudrajad 1), Imron Rosyadi 1), Diki Muhammad Nurdin 1) (1)

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Banten Jl. Jend. Sudirman Km. 3 Cilegon, 42435 Email : [email protected] , [email protected]

Abstrak Fluktuasi harga BBM mendorong beberapa riset untuk mencari alternatif energi baru bagi mensubstitusi BBM untuk keperluan pembangkit listrik. Sampah yang saat ini di negera kita dikenal sebagai bahan yang tidak berguna, tidak halnya dinegara-negara maju yang telah lama memanfaatkan sampah sebagai bahan bakar pada pembangkit listrik. Berdasarkan itu peneliti mencoba melakukan pengujian laboratorium karakteristik sampah yang berasal dari Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Bagendung Kota Cilegon. Pengujian proksimat, ultimat dan nilai kalor dilakukan di Balai Pengujian tekMIRA Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara Bandung. Hasil pengujian awal menunjukkan bahwa sampah sampel mengandung air diatas 50% , sementara kita ketahui bahwa untuk menjadi bahan bakar pada pembangkit listrik kadar air yang diizinkan adalah harus dibawah 50%. Oleh karenanya beberapa sampel dilakukan perlakukan awal sehingga kadar air sampah menyusut sampai 40%. Pengujian proksimat menghasilkan data sebegai berikut: moisture 10%, ash 4,11%, volatile matter 73,97% dan fixed carbon sebesar 11,93%. Sementara itu hasil pengujian ultimat dihasilkan kadar belerang 0,15%, dan khlor sebesar 0,14. Kandungan lain yang diukur yaitu karbon sebesar 41,95%, hydrogen 6,14%, oksigen 46,52%, abu 4,1%. Pengujian nilai kalor sampah adalah sebesar 16.948,64 kJ/kg. Kata kunci : analisa proksimat, analisa ultimat, nilai kalor, kadar air, sampah cilegon

Pendahuluan Kota Cilegon adalah salah satu kota yang sangat tinggi aktivitas ekonominya. Saat ini jumlah penduduk kota ini dari tahun ke tahun mengalami peningkatan yang cukup signifikan. Tabel 1. Menunjukkan pertumbuhan dan produksi sampah di kota Cilegon. Dari data tersebut menunjukkan pertumbuhan penduduk adalah berkisar 4-8% sementara produksi sampah menunjukkan pertumbuhan 7-14% (Laptah Cilegon, 2012). Hal ini menunjukkan bahwa penanganan sampah di kota ini sangat penting untuk dilaksanakan dengan baik. Tabel 1. Jumlah Penduduk dan Sampah Kota Cilegon Jumlah Penduduk

Jumlah Sampah

(Jiwa)

(Ton/hari)

2007

320.000

250

2008

350.000

260

2009

400.000

280

2010

430.000

300

2011

450.000

350

Tahun

Sumber : PEMDA Cilegon

Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014

KE13 - 1

SNTMUT - 2014

ISBN: 978-602-70012-0-6

Dalam masterplan PEMDA Cilegon sampah kota akan diproses menjadi gas methane sebagai bahan baku pembangkit listrik tenaga sampah PLTSa. Sampah kota Cilegon terdiri dari jenis sampah rumah tangga sebesar 41,08%, perkantoran dan rumah sakit 1,64%, pelabuhan 3,5%, terminal 3,17%, pasar 21,36%, pabrik 4,93%, pertokoan 19,72% dan sisanya adalah dari aktifitas lain yang disebutkan diatas. Komposisi sampah tersebut terdiri dari sampah organik sebesar 85% dan anorganik sebesar 15% (Laptah Din Kebersihan Cilegon, 2012). Pembangkit listrik dengan memanfatkan sampah sudah berkembang sejak tahun 1980-an, yaitu dengan berdirinya PLTSa di Kota Den Haag berkapasitas 11,5 MW x 4 dengan konsumsi sampah sebanyak 300 ton perhari. Suhu pembakaran adalah antara 800 – 1000 deg C. Singapura sebagai salah satu Negara maju juga mempunyai pembangkit listrik tenaga sampah yaitu di Ulu Pandan, pembangkit ini mempunyai tiga buah boiler dengan masing-masing berkapasitas 16 MW dengan jumlah sampah yang dikonsumsi adalah 1.600 ton / hari (WB, 1999). Metodelogi Penelitian Pengujian sampel dilakukan dengan beberapa uji yaitu: 1.

Pengujian Proksimat untuk mengetahui kandungan moisture, volatile matter, ash dan fixed carbon.

2.

Pengujian Ultimat untuk mengetahui kandungan karbon (C), hydrogen (H), nitrogen (N), oksigen (O) dan sulfur (S)

3.

Pengujian Bomb Calorimeter untuk mengetahui nilai kalor sampah

Pengujian-pengujian tersebut dilakukan di laboratorium pengujian tekMIRA Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara Bandung dan laboratorium PT. Indonesia Power Suralaya Banten. Moisture Moisture adalah air yang terikat secara fisik dalam sampel. Kandungan moisture dapat diketahui dengan cara menghitung kehilangan berat sampah setelah dipanaskan pada suhu 105 deg C. Pemanasan berlangsung hingga tidak ada lagi perubahan massa pada sampel. Kandungan moisture merupakan rasio antara massa yang hilang selama pemanasan terhadap massa sebelum pemanasan. Pengujian ini merujuk pada ASTM D3173. Vollatile Matter Vollatile matter terdiri dari terdiri dari gas-gas yang mudah terbakar dan uap-uap yang mengembun seperti tar, gas CO2 dan H2O. Pengujian dilakukan dengan memanaskan sampel hingga 900 deg C. Kandungan volatile matter adalah rasio antara

Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014

KE13 - 2

SNTMUT - 2014

ISBN: 978-602-70012-0-6

massa volatile matter yang hilang selama pemanasan terhadap massa sampel sebelum pemanasan. Pengujian merujuk pada ISO 562. Ash Ash adalah zat pengotor yang terkandung dalam sampah. Ash merupakan sisa pembakaran dari pengujian sampel moisture dan volatile matter. Pengujian ini merujuk pada ASTM D3174 Fixed Carbon Fixed carbon adalah kandungan karbon padat pada sampel. Dengan kata lain karbon padat adalah pengurangan 100% dengan prosentase moisture, volatile matter dan ash. Berdasarkan diagram segitiga Ternar, diketahui bahwa komposisi kandungan pengujian proksimat sampah agar mampu terbakar tanpa bahan bakar adalah sampah yang memiliki kandungan air (W) dibawah 50%, kandungan Abu (A) dibawah 60% dan kandungan zat terbakar (C) diatas 25% dalam basis massa (Prakarsa, 2008). Pengujian ultimat yang antara lain karbon, hydrogen dan nitrogen menggunakan metode ASTM D5373, sementara sulfur diketahui dengan menggunakan metode ASTM D4239. Pengujian terakhir adalah dengan menggunakan bomb calorimeter yaitu pengujian dengan membakar sedikit kandungan sampel didalam tabung yang disuplai oksigen dan temperature pembakaran. Nilai calorimeter akan dapat diketahui setelah sampel terbakar hasbis didalam tabung tersebut. Pengujian kalori ini dilakukan dengan metode ASTM 5865. Data dan Analisa Pengujian Proksimat Hasil pengujian sampel yang diambil dari TPA Bagedug kota Cilegon menunjukkan bahwa sampah sampel mengandung air diatas 50% , sementara kita ketahui bahwa untuk menjadi bahan bakar pada pembangkit listrik kadar air yang diizinkan adalah harus dibawah 50%. Oleh karenanya beberapa sampel dilakukan perlakuan awal sehingga kadar air sampah menyusut sampai 40%. Dari pengujian proksimat sampah kota Cilegon diperoleh data bahwa kadar zat terbang (volatile matter) terbesar terdapat pada botol plastik, sehingga botol plastik akan lebih cepat terbakar dibandingkan kandungan lainnya. Kadar air (moisture) terbesar terdapat pada kayu sehingga bahan ini mempunyai nilai kalor yang rendah. Nilai moisture kayu adalah sebesar 12,57% sementara itu nilai moisture terendah dimiliki oleh plastic yaitu 0,08%.

Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014

KE13 - 3

SNTMUT - 2014

ISBN: 978-602-70012-0-6

Tabel 2. Data hasil pengujian proksimat No

Komponen

% moisture

% ash

%vollatile matter

% fixed carbon

sampah

adb

adb

adb

adb

1

Kertas

6,95

11,03

75,25

6,77

2

Kayu

12,57

0,75

73,21

13,47

3

PVC

0,35

12,14

66,39

21,12

4

Plastik

0,08

8,1

91,54

0,28

5

Sisa makanan

11,76

0,56

74,54

13,14

6

Styrofoam

0,25

0,38

98,79

0,58

7

Botol plastic

0,17

0,01

99,82

0

8

Karet ban

0,65

26,09

63,32

9,94

9

Karet sandal

0,99

15,54

83,47

0

10

Daun

11,92

6,2

63,28

18,6

11

Tekstil

11,74

2,15

79,5

6,61

Catatan: adb (air dry basis) yaitu hanya ada kandungan moisture inherent saja

Gambar 1 adalah hasil perhitungan kandungan sampah pengujian proksimat secara keseluruhan. Kandungan volatile matter sangat dominan dalam sampah kota Cilegon.

Gambar 1. Fraksi massa sampel sampah hasil pengujian proksimat

Pengujian Ultimat Pengujian ultimat menunjukkan nilai karbon yang cukup tinggi yaitu 41,95% sehingga secara umum dapat dikatakan sampah kota Cilegon mempunyai kelayakan untuk dijadikan bahan bakar pembangkit listrik tenaga sampah. Data hasil pengujian dapat dilihat sebagai berikut:

Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014

KE13 - 4

SNTMUT - 2014

ISBN: 978-602-70012-0-6

Tabel 3. Hasil pengujian ultimat sampah kota Cilegon No

Komponen

%Sulfur

%Klor

%Karbon

%Hidrogen

%Nitrogen

%Oksigen

%ash

sampah

adb

adb

adb

adb

adb

adb

adb

1

Kertas

0,05

0,07

35,82

4,82

0

48,28

11,03

2

Kayu

0,06

0,03

43,14

5,96

0

50,09

0,75

3

PVC

0,12

0,08

32,91

4

0

50,83

12,14

4

Plastik

0,05

0,2

74,75

12,1

0

5

8,1

5

Sisa

0,21

0,24

37,93

6,79

1,54

52,97

0,56

makanan

6

Styrofoam

0,06

0,06

88,92

6,49

0

4,16

0,38

7

Botol plastic

0,05

0,09

53,57

3,61

0

42,76

0,01

8

Karet ban

1,29

0,03

0,06

58,07

5,91

8,44

26,09

9

Karet sandal

0,13

0,04

51,04

7,92

0,65

24,72

15,54

10

Daun

0,22

0,04

44,68

6,12

2,53

40,24

6,2

11

Tekstil

0,15

0,59

36,25

6,63

0,84

53,97

2,15

Gambar 2. Fraksi massa hasil perhitungan pengujian ultimat Pengujian nilai kalor Pengujian sampel sampah untuk mengetahui nilai kalor dilakukan di laboratorium kimia PT. Indonesia Power Suralaya Banten. Pengujian dilakukan dengan menggunakan peralatan analisis kalori yaitu bomb calorimeter. Hasil pengujian dikomparasikan dengan perhitungan analisis beberapa metode yaitu metode Dulong, kalkulasi Chang dan Kalkulasi Vandracek. Hasil menunjukkan bahwa nilai kalor sampel sampah kota Cilegon berkisar antara 15.300 sampai 16.900 kJ/kg. Pengujian dan perhitungan nilai kalor sampah sebagaimana pada tabel 4 dibawah ini:

Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014

KE13 - 5

SNTMUT - 2014

ISBN: 978-602-70012-0-6

Tabel 4. Data pengujian dan perhitungan nilai kalor No

Metode

Nilai Kalor (kJ/kg)

1

Bomb calorimeter

16.948,64

2

Kalkulasi Dulong

15.303,83

3

Kalkulasi Chang

15.496,21

4

Kalkulasi Vondracek

16.883,48

Nilai kalor dipengaruhi oleh nilai moisture dalam sampel sampah. Jika nilai moisture tinggi maka nilai kalor saampel akan rendah. Artinya pembakaran bahan bakar tersebut akan membutuhkan energi yang lebih besar untuk membakar sampah tersebut. Berdasarkan data yang tertera dalam tabel 4, maka sampah kota Cilegon akan dapat lebih efektif menjadi bahan bakar pembangkit listrik tenaga sampah jika dikombinasikan dengan beberapa tambahan bahan organik seperti sekam atau sisa kulit kelapa yang banyak didapat di daerah Banten dan masih belum dimanfaatkan secara optimal. Kesimpulan Pengujian sampel sampah kota Cilegon yang diambil dari Tempat Pembuangan Sampah Akhir Bagedung untuk dijadikan alternative bahan bakar pada Pembangkit Listrik Tenaga Sampah (PLTSa) telah dilakukan. Hasil pengujian awal menunjukkan bahwa sampah sampel mengandung air diatas 50% , sementara kita ketahui bahwa untuk menjadi bahan bakar pada pembangkit listrik kadar air yang diizinkan adalah harus dibawah 50%. Oleh karenanya beberapa sampel dilakukan perlakukan awal sehingga kadar air sampah menyusut sampai 40%. Pengujian proksimat menghasilkan data sebegai berikut: moisture 10%, ash 4,11%, volatile matter 73,97% dan fixed carbon sebesar 11,93%. Sementara itu hasil pengujian ultimat dihasilkan kadar belerang 0,15%, dan khlor sebesar 0,14. Kandungan lain yang diukur yaitu karbon sebesar 41,95%, hydrogen 6,14%, oksigen 46,52%, abu 4,1%. Pengujian nilai kalor sampah adalah sebesar 16.948,64 kJ/kg. Daftar Pustaka [1]. Kadir abdul, 2005, Energi (sumber daya, inovasi, tenaga listrik dan potensi ekonomi) Universitas Indonesia, Jakarta [2]. Laporan Tahunan Kota Cilegon, 2012, PEMDA Cilegon [3]. Laporan Tahunan Dinas Kebersihan, 2012, PEMDA Kota Cilegon [4]. Nissen Walter, 2002, Combustion and Incineration Process. 3rd edition, Marcel Dekker Inc. New York [5]. Prakarsa, 2008, Analisis Karakteristik Pembakaran Sampah Kota Bandung untuk PLTSa Babakan, Bandung [6]. The World Bank, 1999, Municipal Solid Waste Incineration, Washington DC Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014

KE13 - 6