Perolehan Kembali Materi-Enersi dari Sampah

Oleh; Prof. Enri Damanhuri
Kelompok Keahlian Pengelolaan Udara dan Limbah – Teknik Lingkungan
Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan ITB

Sampai saat ini andalan utama sebuah kota dalam menyelesaikan masalah sampahnya adalah pemusnahan dengan landfilling pada sebuah TPA. Biasanya pengelola kota cenderung kurang memberikan perhatian yang serius pada TPA tersebut, sehingga muncullah kasus-kasus TPA yang bermasalah. Dapat dipastikan bahwa yang digunakan di Indonesia adalah bukan landfilling yang baik, karena hampir seluruh TPA di kota-kota di Indonesia hanya menerapkan apa yang dikenal sebagai open-dumping, yang sebetulnya tidak layak disebut sebagai sebuah bentuk teknologi penanganan sampah. Reduce-Reuse–Recycling (3-R) merupakan konsep yang digunakan dalam Draft RUU sampah yang sedang disiapkan oleh Pemerintah Indonesia. Konsep ini merupakan pendekatan yang telah lama diperkenalkan di Indonesia dalam upaya mengurangi sampah mulai dari sumbernya sampai di akhir pemusnahannya. Salah satu langkah dalam upaya 3-R tersebut adalah recovery sampah untuk didaur-ulang. Upaya recovery bahan terbuang ini harus dimulai sejak awal sampai ke titik akhir dalam penanganan sampah. Upaya penggalakan daur-ulang sampah perlu dipertimbangkan dalam pengelolaan sampah di Indonesia, guna mengurangi jumlah sampah yang harus diangkut di sebuah TPA. Upaya-upaya ini sebetulnya telah dikenal, khususnya di kota­kota besar di Indonesia yang melibatkan sektor informal. Secara teoritis banyaknya sampah yang dapat didaur-ulang dengan cara ini, termasuk yang ada di TPA, paling banyak adalah 10 %. Namun pemantauan yang ada di Jakarta dan Bandung ternyata besaran ini tidak sampai mencapai 5 %.

Dilihat dari komposisi sampah, maka sebagian besar sampah kota di Indonesia adalah tergolong sampah hayati, atau secara umum dikenal sebagai sampah organik. Sampah yang tergolong hayati ini untuk kota-kota besar bisa mencapai 70% (volume) dari total sampah. Berdasarkan hal itulah di sekitar tahun 1980-an Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH) ITB memperkenalkan konsep Kawasan Industri Sampah (KIS) dengan sasaran meminimalkan sampah yang akan diangkut ke TPA, dengan melibatkan swadaya masyarakat dalam daur-ulang sampah. Konsep sejenis sudah dikembangkan di Jakarta yaitu Usaha Daur-ulang dan Produksi Kompos (UDPK) yang dimulai sekitar tahun 1991. Pendekatan yang sejenis akhir-akhir ini diperkenalkan di Indonesia oleh BPPT dengan konsep zero-waste nya. Konsep ini mulai diterapkan di beberapa kota di Indonesia, dimana aktivitas daur-ulang dan pengomposan didorong untuk dilaksanakan mulai dari sumbernya.

Tambah ke hilir alur perjalanan sampah, maka akan tambah sulit dan tambah kompleks penanganan sampah. Sampah yang baru dihasilkan di dapur, akan lebih sederhana karakaternya, lebih segar dan lebih homogen karena belum bercampur dengan yang lain, dibandingkan dengan sampah yang telah berada di bak sampah di depan rumah. Sampah yang diangkut oleh petugas pada gerobak sampah, mempunyai karakter yang lebih rumit dan lebih bermasalah dibandingkan sampah di bak sampah di rumah. Sampah di Tempat Penampungan Sementara (TPS) yang menerima sampah secara bercampur dari berbagai sumber yang berbeda dari berbagai penjuru, yang dibiarkan terbuka berharihari, akan mempunyai karakter yang sudah jauh berbeda bila dibandingkan dengan sampah di rumah. Penanganan sampah di titik ini tidaklah semudah penanganan sampah di rumah. Keberhasilan cara penanganan sampah di tingkat rumah, dapat dikatakan sulit diharapkan untuk mempunyai hasil yang sama bila ditererapkan di tingkat TPS, apalagi di TPA. Oleh karenanya, pemilahan dan pengolahan sampah di hulu merupakan kunci keberhasilan upaya 3R.

Sampah sebagai Sumber Biomas dan Enersi

Melihat komposisi sampah di Indonesia yang sebagian besar adalah sisa-sisa makanan, khususnya sampah dapur, maka sampah jenis ini akan cepat membusuk, atau terdegradasi oleh mikroorganisme yang berlimpah di alam ini. Cara inilah yang sebetulnya dikembangkan oleh manusia dalam bentuk pengomposan dan biogasifikasi. Di Indonesia, dengan kondisi kelembaban dan temperatur udara yang relatif tinggi, maka kecepatan mikroorganisme dalam ‘memakan’ sampah yang bersifat hayati ini akan lebih cepat pula.

Pengomposan merupakan salah satu teknik pengolahan limbah organik yang mudah membusuk. Teknik ini sudah dikenal sejak lama khususnya di daerah pedesaan. Pengomposan merupakan salah satu alternatif yang selalu dianjurkan untuk digunakan untuk menangani sampah kota. Tetapi permasalahan utamanya adalah belum adanya sinkronisasi antara pengelola pengomposan dengan program kebersihan yang dilakukan Pemerintah Daerah. Kementerian Lingkungan Hidup dengan bantuan Bank Dunia sejak beberapa tahun yang lalu memperkenalkan subsidi kompos yang dihasilkan, untuk merangsang pertumbuhan penanganan sampah melalui pengomposan.

Pengomposan yang sering dilakukan adalah secara aerobik (tersedia oksigen dalam prosesnya), karena berbagai kelebihan, seperti tidak menimbulkan bau, waktu lebih cepat, bertemperatur tinggi sehingga dapat membunuh bakteri patogen dan telur lalat, akibatnya kompos yang dihasilkan higienis. Pengomposan sampah kota bersasaran ganda, yaitu memusnahkan sampah kota dan sekaligus memperoleh bahan yang bermanfaat.

Komposisi sampah kota sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat yang lain, dan dari waktu ke waktu. Kurang begitu tepat bila mengharap kompos yang dihasilkan dari pengolahan sampah kota akan mempunyai kualitas sebaik kompos dari sumber yang lebih homogen, seperti dari limbah pertanian. Berdasarkan hal tersebut, dinilai kurang tepat bila pengomposan sampah kota diposisikan sebagai penambah penghasilan pemerintah daerah. Pengomposan sampah kota hendaknya diposisikan sebagai upaya untuk menangani sampah agar lebih baik dari sekedar hanya dibuang di sebuah open dumping, dan bila dilakukan di hulu, akan mengurangi biaya transportasi pengelolaan persampahan. Produk kompos yang dihasilkan memang bermanfaat, namun lebih baik diposisikan sebagai nilai tambah dalam pengelolaan sampah kota.

Pengomposan secara aerob melibatkan aktivitas mikroba aerobik. Pengomposan aerob ditandai dengan temperatur tinggi, relatif tidak timbul bau dan lebih cepat dibanding anaerob. Guna mempercepat proses, dikenal pula pengomposan cepat (accelerated composting) yang banyak diterapkan di negara industri dalam bentuk mechanized composting, yaitu dengan cara mempercepat pembuatan kompos setengah matang, misalnya dengan suplai udara, kelembaban, pengaturan temperatur, dsb. Pengomposan yang diterapkan di Indonesia dapat dikatakan masih sederhana, seperti dengan cara diangin-angin (windrow), atau pembalikan tumpukan kompos secara manual. Beberapa upaya untuk mempengaruhi percepatan biodegradasi, seperti penambahan miro­organisme/enzym seperti EM (effective microorganisme), termasuk dengan memasukkan bakteri pengurai bau (seperti Acetobacter) banyak dilakukan. Tetapi pada dasarnya, alam sudah menyediakan mikrorganisme yang berlimpah pada sampah, dan bila proses pengomposan telah berjalan baik, sistem tersebut akan menyediakan secara terus menerus mikro-organmisme yang dibutuhkan.

Sampah juga merupakan sumber biomas sebagai pakan ternak atau sebagai pakan cacing. Sayur-sayuran, sisa buah-buahan dan sisa makanan lainnya sangat cocok untuk makanan cacing. Beberapa jenis cacing yang biasa digunakan adalah seperti halnya budidaya cacing, seperti dari jenis Lumbricus. Namun cacing sensitif terhadap faktor lingkungan, seperti pH, kelembaban dan predator lain yang mungkin tumbuh dalam sampah. Dari upaya ini akan dihasilkan vermi-kompos yang berasal dari casting-nya serta bioamasa cacing yang kaya akan protein untuk makanan ternak serta kegunaan lain. Yang menjadi sasaran dari pengomposan–vermi adalah memusnahkan sampah, sehingga hasil yang diharapkan adalah kascing.

Sampah sebetulnya menyimpan enersi yang dapat dimanfaatkan. Pemanfaatan enersi sampah dapat dilakukan dengan cara :

  • menangkap gasbio hasil proses degradasi secara anaerobik pada sebuah reaktor (digestor),
  • menangkap gas bio yang terbentuk dari sebuah landfill,
  • menangkap panas yang keluar akibat pembakaran, misalnya melalui insinerasi.

Generasi terbaru dari teknologi ini dikenal sebagai waste-to-energy.

Beberapa Teknologi Pengolah Sampah Berbasis Recoveri Enersi

Berdasarkan data dari berbagai Dinas Kebersihan seperti di Jakarta, Bandung dan lain-lain tempat, terdapat beberapa MOU yang telah ditandatangani oleh Pemda sejak tahun awal tahun 2000 untuk menanggulangi permasalahan sampahnya. Teknologi yang ditawarkan oleh fihak swasta banyak yang berbasis recovery enersi dan bahan seperti pembuatan ethyl-alkohol dengan teknologi pirolisa dan bio-oxidation, pembuatan kompos, pembuatan pupuk cair dan pupuk padat dengan teknologi fermentasi, konversi sampah menjadi enersi. Namun sampai saat ini, satupun belum terlihat realisasinya, karena berbagai alasan dan hambatan, baik teknis, regulasi maupun birokrasi, khususnya finansial.

Beberapa teknologi berbasis recovery energy yang ditawarkan dalam memecahkan masalah sampah kota oleh calon-calon investor di Sarbagita (Bali), kota Jakarta dan kota Bandung adalah :

  • Teknologi termal sejenis insinerator dengan beragam nama :
    • Waste-to-energy
    • Thermal converter
    • Floating resource recovery facility
  • Teknologi termal sejenis gasifikasi atau pirolisis :
    • Gasification
    • Energy generation
  • Teknnologi yang terkait dengan proses anaerob, khususnya produksi gasbio dalam sebuah digestor, pupuk padat dan cair, serta recovery biogas dari TPA.

Dari teknologi tersebut, maka produk dan atau by-product yang dihasilkan, adalah sebagai berikut :

  • Enersi panas yang dapat dikonversi menjadi listrik : recovery panas merupakan salah satu keunggulan yang ditawarkan dari insinerator jenis baru. Enersi tersebut berasal dari panas dalam tungku, yang biasanya didinginkan dengan air, dan uap air yang muncul dapat digunakan sebagai penggerak turbin pembangkit listrik. Beberapa catatan :
    • Produk panas yang akan dikonversi menjadi listrik tergantung pada nilai kalor sampah itu sendiri. Nilai kalor sampah Indonesia biasanya sulit mencapai angka 1200 Kcal/kg, bandingkan dengan sampah dimana teknologi insinerator itu berasal, yaitu paling tidak 2000-2500 kcal/kg. Komponen sampah yang dikenal mempunyai nilai kalor tinggi adalah kertas dan plastik. Dilemna yang muncul adalah, bila yang dikejar adalah nilai kalor tinggi, maka upaya daur-ulang sebetulnya tidak mendukung teknologi ini.
    • Pembatas lain yang perlu dipertimbangkan adalah sampah Indonesia mengandung banyak sisa makanan (bisa lebih dari 60%) yang dikenal mempunyai kadar air tinggi. Ditambah musim hujan, serta sistem pewadahan sampah yang tidak tertutup, akan menambah tingginya kadar air. Secara logika, tambah tinggi kadar air, maka akan tambah banyak enersi yang dibutuhkan untuk memulai sampah itu terbakar.
  • Abu yang dapat digunakan sebagai bahan bangunan : proses termal menawarkan destruksi massa limbah secara cepat. Namun semua proses termal tetap akan menghasilkan residu (non-combustible) yang tidak bisa terbakar pada temperatur operasi. Tambah tinggi panas, maka residu-nya akan tambah sedikit. Residu ini berada dalam bentuk abu, debu dan residu lain. Abu biasanya dikenal mempunyai potensi sebagai bahan bangunan, karena mengandung silikat tinggi. Sampah Indonesia mengandung abu sampai mencapai 30% berat.
  • Debu atau partikulat : akan merupakan salah satu permasalahan pencemaran udara yang perlu diperhatikan.
  • Residu lain yang belum atau tidak bisa terbakar : residu ini bila tidak termanfaatkan, akan menjadi bahan yang perlu difikirkan penanganannya, dan jalan terakhir yang biasa dilakukan adalah diurug di landfilling.
  • Logam berat yang menguap : dalam proses termal, beberapa logam berat yang berada dalam sampah, akan teruapkan seperti Zn dan Hg, yang tergantung dari titik uapnya. Merkuri (Hg) pada temperatur kamarpun akan menguap. Tambah tinggi temperatur, akan tambah banyak jenis logam berat yang akan menguap. Agak sulit menangani jenis pencemar ini.
  • Dioxin : akan muncul sebagai proses antara dalam pembakaran material, bukan hanya pada insinerator. Tambah tinggi temperatur, maka biasanya tambah sedikit bahan antara ini. Yang menjadi persoalan, bila terjadi kegagalan dalam mempertahankan panas, misalnya pada awal operasi atau di akhir operasi dari sebuah insinerator dimana temperatur berada pada tingkat yang rendah, akan berpotensi memunculkan senyawa ini.
  • Gas yang belum teroksidasi sempurna serta gas buang lain : apapun teknologinya, maka dalam proses oskidasi (pembakaran) akan dihasilkan produk oksidasi. Bila sistem tidak tercampur sempurna, maka akan dihasilkan gas-gas yang belum terbakar sempurna.
  • Air asam : bila material berbasis khlor terbakar, maka akan dihasilkan produk gas khlor, yang sangat berbahaya karena korosif maupun karena toksik. Dengan adanya uap air, gas yang sangat reaktif ini dengan mudah akan menangkap uap air menjadi HCl. Ini juga perlu diklarifikasi dalam teknologi yang ditawarkan dalam air pollution control, guna mengurangi terjadinya hujan asam.
  • Pelet bahan bakar : dihasilkan bila proses yang digunakan adalah pengeringan. Proses ini, akan menghasilkan bahan bakar siap pakai karena biasanya berasal dari bahan yang mempunyai nilai kalor tinggi seperti kertas atau plastik. Pelet dapat pula digunakan sebagai umpan dalam gasifikasi. Jenis teknologi waste-to-energy ini dikenal sebagai sistem refuse-derived-fuel (RDF)
  • Bahan bakar dari produk gasiifikasi : bila pemanasan dilakukan tanpa oksigen, maka proses ini dikenal sebagai pirolisis. Modivikasi dari pirolisis adalah gasifikasi yang memasukkan sedikit udara dalam proses. Akan dihasilkan 3 jenis produk, yaitu (a) gas hasil oksidasi tanpa oksigen seperti CH4 (metan), H2 dsb (b) C2H4 (ethyelene) dan tar dan (c) arang (karbon). Seperti halnya insinerasi, karena yang digunakan sebagai bahan adalah sampah yang sangat heterogen, maka akan dihasilkan by­product lain seperti gas pencemar, dioxin, residu yang belum dapat terurai. Proporsi produk yang dihasilkan (gas, cair atau padat) tergantung dari temperatur dan waktu pembakaran.
  • Gas-bio (CO2 dan CH4) dari sebuah digestor anaerob : dari sebuah digestor, perkiraan kasar akan dihasikan gas-bio sebesar 0,5-0,7 liter/kg sampah basah, dengan proporsi metan dapat mencapai 60%.
  • Gas-bio dari sebuah landfill : melalui penangkapan gas dari sebuah landfill yang telah cukup waktunya. Recovery gas ini banyak diterapkan pada landfill yang dari awal telah disiapkan dan dioperesikan secara sistematis. Efektivitas penangkapan gas-bio akan tergantung dari perpipaan dan sistem penyedotan yang digunakan, serta sistem landfill itu sendiri. Tetapi dapat dikatakan bahwa produknya akan jauh lebih kecil dibanding dari gas-bio sebuah digestor yang terkontrol dengan baik. Sebagian dari gas tsb akan “lari” ke tempat lain tanpa melalui sistem perpipaan.

Teknologi yang ditawarkan dengan investasi yang sangat besar untuk skala Indonesia, dari mulai 300-M rupiah sampai mencapai 130 juta USD per-1000 ton sampah diolah.

  • Pada dasarnya tidak ada teknologi yang tanpa efek samping. Selalu akan dihasilkan by-product yang sebetulnya telah diketahui benar oleh fabrikannya. Istilah “safe technology” atau “clean-gas” perlu dicermati, karena mungkin terminologi yang digunakan berbeda. Kadangkala apa yang ditawarkan oleh investor belum memasukkan teknologi tambahan yang sangat diperlukan, dan kadangkala biayanya akan sama dengan biaya teknologi utamanya atau mungkin bahkan lebih. Seperti Insinerator yang ditawarkan oleh mayoritas pengusul, merupakan teknologi tinggi, yang dapat mendestruksi sampah dalam waktu singkat, namun jelas membutuhkan teknologi pengendali udara yang sangat spesifik untuk setiap jenis pencemarnya.
  • Terlepas dari persoalan non-teknis yang mungkin muncul, teknologi lain dalam penanganan sampah yang telah biasa digunakan di kota-kota di dunia adalah pengomposan. Teknologi ini telah tersedia mulai dari yang sangat sederhana seperti yang dipraktekkan selama ini di masyarakat di Indonesia, sampai yang cukup high-tech dengan pengaturan secara sistematis proses biodegradasinya. Tampaknya  bentuk teknologi ini perlu pula diangkat sebagai salah satu alternatif pilihan. Seperti dikemukakan, tidak ada teknologi yang tanpa efek samping. Bila ditelusuri, maka pengomposan juga menghadirkan berbagai permasalahan yang tidak mulus, apalagi hadir dalam skala yang besar dalam menerima sampah yang sangat heterogen dan fluktuatif karakteristiknya. Persoalan lingkungan juga dapat pula muncul dari aplikasi teknologi ini, seperti bau bagi lingkungan sekitarnya, leachate dari timbunan (stock) sampah atau produk kompos yang terpapar air hujan, dan masalah-masalah estetis bagi masyarakat sekitarnya.

Teknologi yang ditawarkan biasanya teknologi utamanya, yang bersasaran memproses sesuai sasaran. Dalam banyak hal dibutuhkan unit-unit tambahan, baik di hulu proses (pre-treatment) seperti pemisah, pencacah, pengering, dsb maupun di hilir proses (post treatment), seperti penyaring produk, pengendali pencemaran sesuai jenisnya, yang biasanya dijual dan ditawarkan terpisah sesuai kebutuhan dan kesepakatan.

Biogas dari Sampah

Produk akhir dari proses anaerob bila kondisinya menunjang adalah menuju pembentukan gas metan (CH4). Bila proses ini terjadi pada timbunan sampah di sebuah landfill, akan menyebabkan lindi (leachate) dari timbunan tersebut bercirikan COD atau BOD yang tinggi, dengan pH yang rendah, menyebabkan timbulnya bau khas sampah yang membusuk. Bila tahap ini dipersingkat dengan mengkonversi segera asam-asam tersebut menjadi metan, maka beban organik dalam lindi akan berkurang. Konsep inilah yang digunakan dalam accelerated landfilling.

Dalam proses biodegradasi secara anaerob, kemunculan gas metan praktis sulit dihindari. Gas CH4 bersama CO2 merupakan hasil akhir dari proses tersebut. Timbulnya gas tersebut dapat menimbulkan dampak negatif bila tidak ditangani secara baik karena akan menimbulkan ledakan bila berada di udara terbuka dengan konsentrasi sekitar 15%. Dari 1 m3 gas bio yang mengadung gas metan 50%, akan terkandung enersi sekitar 5500 Kcal, yang kira-kira ekuivalen dengan 0,58 liter bensin atau ekivalen dengan 5,80 kWH listrik. Dari digestor skala komersial di Valorga (Perancis) yaitu pilot metanisasi sampah kota skala industri, diperoleh produksi biogas sebesar 140 L/kg-solid sampah dengan 65% metan. Dari pengalaman di negara industri, produksi gas bio pada landfill yaitu antara 20-25 ml/kg-solid sampah/hari.

Proses degradasi bahan organik secara anaerob dilakukan oleh mikroorganisme fakultatif dan anaerobik tanpa kehadiran oksigen, mengubah senyawa tersebut menjadi hasil utama CO2 dan CH4. Beberapa kelebihan dari proses anaerob adalah :

  • Biomassa yang dihasilkan per unit substrat (senyawa organik) yang digunakan relatif kecil
  • Diperoleh gas metan yang mempunyai nilai ekonomis
  • Peluang beban proses yang lebih tinggi karena proses tidak dibatasi oleh kehadiran oksigen

Dalam kondisi anaerob, materi organik umumnya akan terurai melalui beberapa tahap, yaitu:

  • Proses Hidrolisa : proses pelarutan organik tak terlarut dan pemecahan senyawa-senyawa organik rantai panjang (kompleks) seperti protein, karbohidrat, lemak, selulosa, dan hemiseluloasa menjadi materi bermolekul lebih kecil atau menjadi senyawa mudah larut dan berantai lebih sederhana, seperti glukosa, asam lemak, alkohol, dan asam amino. Reaksi ini dikatalisa oleh enzim ekstraseluler yang dilepaskan oleh bakteri ke dalam media. Bakteri yang bertanggunjawab pada tahap ini adalah jenis bakteri fermentasi.
  • Proses Asidogenesa : produk akhir dari hidrolisa kemudian difermentasikan oleh mikroorganisme yang sama (penghasil asam) menjadi asam-asam organik terutama asam volatil rantai pendek (asetat, propionat, dan butirat), hidrogen (H2), karbondioksida (CO2), dan senyawa dengan berat molekul lebih rendah lainnya.
  • Proses Asetogenesa : pada tahap ini asam-asam lemak berantai pendek, butirat, dan propionat kemudian akan dioksidasi oleh mikroorganisme asetogen menghasilkan asam asetat, karbondioksida (CO2), dan hidrogen (H2).
  • Proses Metanogenesa : semua hasil dari tahap sebelumnya digunakan oleh bakteri metan untuk dikonversi menjadi gas CH4 dan CO2. Sekitar 70% metan yang dihasilkan dibentuk dari substrat asetat.

Secara teoritis, perhitungan produksi gas bio adalah bila dianggap seluruh materi volatil adalah sellulosa, dan gas-bio (CO2 + CH4) mempunyai konsentrasi masing-masing 50%, maka secara teoritis produksinya adalah = 829 L/kg-volatil = 414,5 L metan/kg-volatil. Maksimum potensi gas bio menurut Rees adalah 400 L biogas/kg-solid.

Beberapa data dari digester skala laboratorium adalah :

  • Reaktor kecil dengan kontrol temperatur 35-37ºC
    • Diaz: 45-295 L biogas/kg-volatil = 27-177 L/kg-solid
    • Stenstrom: 440-560 L biogas/kg-volatil = 270-264 L/kg-solid
    • Cooney & Wis            : 467 L biogas/kg-volatil = 280 L/kg-solid
  • Pada beberapa lisimeter sampah kota yang dioperasikan tanpa kontrol temperatur diperoleh nilai produksi antara 2,6 sampai 183 L/kg-volati
  • Pada lisimeter sampah kota yang dioperasikan dengan resirkulasi leachate diperoleh nilai rata-rata 0,137 L gas-bio/kg-volatil/hari = 0,026 L metan/kg-volatil/hari.

Beberapa data dari skala laboratorium adalah :

  • Valorga (Perancis) : pilot metanisasi sampah kota skala industri, dengan kondisi :
    • Konsentrasi solid = 30-40% (air = 60-70%)
    • Reaktor komersil = 500 m3
    • Prapengolahan = pemilahan dan pemotongan.
    • Resirkulasi cairan dari reaktor kembali ke reaktor
    • Diperoleh produksi biogas sebesar 140 L /kg-solid dengan 65% metan.
  • Cetom Methane (Perancis) : reaktor anaerobik skala komersil menghasilkan produksi 240 L/kg-volatil dengan konsentrasi metan sebesar 60%.

Biogas dari Sebuah Landfill

Pada awalnya sampah yang ditimbun akan mengalami proses degradasi secara aerob. Tetapi sejalan dengan teknik operasional yang sampai saat ini dianut, yaitu sampah ditimbun lapis perlapis dan setiap periode tertentu ditutup dengan tanah penutup, maka kondisi aerob tidak dapat lama bertahan dalam sebuah lahan-urug. Kondisi yang paling dominan kemudian adalah kondisi anaerob. Produk akhir dari proses anaerob bila kondisinya menunjang adalah pembentukkan gas metan (CH4). Produk yang dihasilkan sebelum terbentuknya fase metanogen ini adalah asam-asam organik yang menyebabkan lindi (leachate) dari timbunan tersebut bercirikan COD dan BOD yang tinggi dengan pH yang rendah, serta penyebab timbulnya bau khas sampah membusuk. Bila tahap ini lebih dipersingkat lagi keberadaannya dengan mengkonversi segera asam-asam tersebut menjadi metan, maka beban organik dalam lindi akan menjadi berkurang, yang secara tidak langsung akan mengurangi kelarutan mineral dalam lindi.

Sampah kota mengandung bahan organik untuk kebutuhan energi mikroorganisme.
Proses mendapatkan energi dilakukan dengan mendegradasi senyawa organik

kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, proses ini disebut katabolisme. Stanforth et al (1979) memperkenalkan model proses degradasi yang dapat terjadi dalam sebuah landfill berdasarkan teori klasik dari proses degradasi materi organik. Kurva di bawah ini menjelaskan hubungan antara pH, oksigen, karbondioksida, metana, asam asetat, garam terlarut, dan potensial redoks. Model tersebut membagi proses degradasi menjadi 2 (dua) fasa, yaitu :

  • Fasa Aerob, ditandai oleh likuifaksi dan hidrolisa materi organik yang mengakibatkan turunnya pH dan larutnya mineral-mineral
  • Fasa Anaerob, dibagi menjadi 2 (dua) tahap, yaitu :
    • Tahap 1 : setelah oksigen berkurang, maka bakteri anaerob fakultatif menjadi dominan, likuifaksi terus berlangsung, sejumlah besar asam­asam volatil serta CO2 akan dihasilkan dari sistem ini, dan materi anorganik akan lebih banyak lagi larut, terutama karena turunnya pH.
    • Tahap 2 : fasa ini bisa berlangsung karena meningkatnya alkalinitas sehingga pH menjadi naik, dan memungkinkan bakteri-bakteri metan dapat hidup, asam-asam volatil akan dikonversikan menjadi menjadi metan dan CO2, dan materi organik terlarut menjadi berkurang karena kelarutannya menjadi berkurang akibat pH yang naik.

Beberapa faktor lingkungan yang mempengaruhi proses biodegradasi oleh mikrorganisme menjadi metanogenesa adalah ketersediaan oksigen, kadar air/kelembaban, ukuran dan densitas, temperatur, pH, alkalinitas, asam volatile, nutrisi, dan senyawa toksik, dengan beberapa penjelasan :

  • Bakteri metanogen adalah bakteri strict anaerob, sehingga kehadiran oksigen akan mengganggu proses dan merupakan inhibitor. Laju produksi gas bio akan bertambah dengan bertambahnya kelembaban.
  • Adanya kelembaban di samping merupakan kebutuhan mikroorganisme, juga berfungsi untuk mendistribusikan nutrisi dalam timbunan sampah. Jumlah air serta aliran air merupakan dua parameter yang berbeda, dimana gerakan air ternyata juga mempengaruhi laju produktivitas gas bio dalam sebuah lahan urug.
  • Dalam sebuah landfill, kenaikkan densitas timbulan sampah akan menurunkan luas permukaan efektif yang dapat kontak dengan mikroorganisme, sehingga akan mengurangi produksi gas bio.

 

Faktor Bepengaruhi dalam Produktivitas Gas Bio di Lanfill [Farquhar et al]

  • Temperatur merupakan parameter yang sangat penting dalam degradasi secara anaerob. Temperatur thermofilik memiliki keunggulan dibandingkan mesofilik. Pada temperatur yang lebih tinggi, kecepatan fermentasi akan lebih cepat dan bisa meminimasi bakteri pathogen. Dengan simulasi lahan-urug pada kondisi laboratorium, Damanhuri (1987) mendapatkan bahwa produktivitas metan adalah 0,006-0,007 L/kg-volatil/hari pada temperatur 20ºC, sedangkan pada temperatur 37ºC menghasilkan produktivitas sebesar 2,38 – 2,413 L/kg-volatil/hari. Kenyataan di lapangan, pengaturan temperatur praktis sulit dilaksanakan. Namun hal ini menunjukkan bahwa pada kondisi Indonesia yang mempunyai temperatur udara relatif lebih tinggi, akan diperoleh produktivitas gas bio yang lebih baik dibandingkan pada daerah yang beriklim dingin.

Produksi gas bio pada landfill secara teoritis :

  • Estimasi Frerote adalah bahwa hanya 20-25% yang dapat dimanfaatkan (ditangkap) dengan produksi taksiran = 30-40 L biogas/kg-solid
  • Taksiran Mouton = 30-40 L biogas/kg-solid
  • Perkiraan kasar di landfill (USA) = 20-25 mL/kg-solid/hari.

Produksi nyata biogas di lapangan di luar negeri :

  • Landfill Palas Verde (USA) = 0,030-0,056 L/kg-volatil /hari atau sekitar 11,5-13 m3/ton sampah per tahun.
  • Landfill Sheldon Arletta (USA) = 0,022 L/kg-volatil/hari.
  • Landfill Mountain View (USA) = 0,045 L/kg-volatil/hari.

Pada sebuah lahan urug yang baik, sarana penangkap gas sudah diperhitungkan, paling tidak pada akhir penggunaan lahan tersebut. Adanya gas metan tidak dapat dihindari dalam suatu proses biodegradasi secara anaerob, yang merupakan hasil akhir dari proses tersebut. Secara mikro timbulnya gas tersebut dapat menimbulkan dampak negatif bila tidak ditangani secara baik karena akan menimbulkan ledakan bila berada di udara terbuka dengan konsentrasi sekitar 15%. Secara global, gas metan ini mempunyai potensi yang lebih besar dalam masalah efek rumah kaca dibandingkan produk akhir lain dari proses degradasi karbon, yaitu CO2. Oleh karenanya gas metan yang terbentuk harus dikonversi menjadi CO2 dengan jalan membakarnya. Oleh karena itu, timbulnya gas metan dapat pula dianggap sebagai nilai tambah dari sebuah landfill, dengan memanfaatkan gas terbentuk sebagai sumber enersi. Beberapa negara industri telah mengkomersialkan gas yang terbentuk dari sebuah landfill.

Pemasangan penangkap gas yang ideal adalah dimulai dari saat landfill tersebut dioperasikan, dengan demikian metode penangkapannya dapat disesuaikan dengan kondisi lapangan (lihat gambar), yaitu :

  • Secara vertikal.
  • Secara horizontal/miring, biasanya mengikuti kemiringan sel sampah – Kombinasi antara dua cara tersebut.

Beberapa literatur mengemukakan bahwa sistem penangkap secara horizontal akan lebih baik untuk menangkap gas dibandingkan yang vertikal. Pada landfill yang dari awal tidak dilengkapi dengan penangkap gas, maka satu-satunya cara untuk menangkap gas bio adalah secara vertikal dengan membor ke dalam timbunan sampah.

Secara teoritis, potensi biogas dari timbunan sampah di Indonesia relatif cukup tinggi dibandingkan di negara industri yang umumnya terletak di daerah beriklim dingin. Potensi tersebut menonjol terutama bila dilihat dari sudut temperatur udara, komposisi sampah dan kelembaban. Tetapi permasalahan yang ada umumnya TPA di Indonesia yang dioperasikan secara open dumping yang belum disiapkan untuk memungkinkan penangkapan gas dari awal penggunaan TPA. Di samping itu, timbunan tersebut kurang begitu baik dalam mengumpulkan gas yang terjadi.

Pengukuran gasbio di TPA Indonesia (secara pasif) menghasilkan :

TPA Sukamiskin (Bandung) : diukur pada 2 ventilasi gas vertikal umur 3 tahun :

  • Rentang volume = 2508 – 4669 L/hari.
  • Rentang kadar metan = 77,02 – 88,38%.
  • Produktivitas metan = 0,04 – 0,07 mL/kg-solid/hari.

TPA Grenjeng (Cirebon) diukur pada 3 ventilasi gas miring berumur 1-2 tahun :

  • Rentang volume = 2686 – 24817 L/hari.
  • Rentang kadar metan = 64 – 74,85%.
  • Produktivitas metan = 0,19 – 1,72 mL/kg-solid/hari.

Pengukuran gas bio di TPA Sukamiskin secara dinamis (Laporan PD Kebersihan Bandung, Agustus 1993), memberikan hasil :

  • Pada sumur uji no.6 : gas terukur = 6 m3/jam.
  • Komposisi rata-rata : metan = 60% dan CO2 = 40%.
  • Pipa-pipa gas terisi air, akibat tersumbat batu dan tanah yang menghambat keluarnya gas.
  • Tanah penutup kurang baik : retak pada musim kemarau menyebabkan udara luar mudah masuk.

Timbulnya gas metan dapat pula dianggap sebagai nilai tambah dari sebuah landfill, dengan memanfaatkan gas terbentuk sebagai sumber enersi. Upaya konversi CH4 menjadi CO2, karena CH4 dinilai mempunyai efek rumah kaca lebih dari 20 kali yang ditimbulkan CO2, merupakan salah satu subyek menarik dalam Clean Development Mechanism (CDM) sesuai dengan Kyoto Protocol, dan merupakan potensi besar bagi Indonesia dalam perdagangan CO2. Permasalahan umum pada TPA di Indonesia adalah umumnya landfill dioperasikan secara open dumping atau paling jauh dengan cara controlled landfill, yang dapat mengakibatkan gas tidak terfokus menuju titik-titik pengumpul.

Recovery Enersi Panas dari Insinerator Sampah

Salah satu jenis pengolah sampah yang sering digunakan sebagai alternatif penanganan sampah adalah insinerator. Untuk sampah kota, sebuah insinerator akan dianggap layak bila selama pembakarannya tidak dibutuhkan subsidi enersi dari luar. Sampah tersebut harus terbakar dengan sendirinya. Sampah akan disebut layak untuk insinerator, bila mempunyai paling tidak nilai kalor sebesar 1500 Kcal/kg-kering. Untuk sampah kota di Indonesia, angka ini umumnya merupakan ambang tertinggi. Sampah kota di Indonesia dikenal mempunyai kadar air yang tinggi (sekitar 60 %), sehingga akan mempersulit agar terbakar dengan sendirinya. Hambatan utama penggunaan insinerator adalah kekhawatiran akan pencemaran udara.

Enersi panas dari sebuah insinerator skala kota di negara industri sudah banyak yang dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti untuk pemanas kota di musim dingin, pembangkit tenaga listrik. Singapura pun telah memanfaatkan insinerator sampah-nya sebagai salah satu sumber listrik. Persyaratan awal yang biasanya digunakan untuk menentukan kelayakan insinerator skala komersial adalah :

  • Nilai kalor sampah di atas 1500 kcal/kg-kering
  • Kapasitas insinerasi >100 ton/hari, beberapa standar mensyaratkan 500 ton/hari – Kadar air di bawah 50%
  • Bagian sampah yang kombustibel di atas 35%
  • Sebaiknya dioperasikan terus menerus

Beberapa catatan nilai kalor untuk sampah Bandung berdasarkan penelitian Lab. Buangan Padat Teknik Lingkungan ITB tahun 2002 adalah :

  • Kadar air rata-rata : 57%
  • Kadar abu rata-rata : bisa mencapai 40%
  • Bagian yang kombustibel : antara 58 – 93% kering
  • Nilai kalor berasal dari sampah rumah tangga sebelum diletakkan di tempat sampah (belum dilakukan pengambilan untuk daur-ulang) tertinggi adalah 1600 kcal/kg­kering. Sedang nilai kalor di institusi yang sampahnya banyak mengandung kertas dapat mencapai 3200 kcal/kg-basah. Nilai kalor tsb sangat tinggi, mengingat data yang ada di lapangan biasanya tidak pernah mencapai 1200 kcal/kg, hal ini karena sampah yang terukur adalah termasuk sampah dengan nilai kalor tinggi seperti kertas.
  • Kadar air merupakan hambatan utama dalam aplikasi insinerasi. Penelitian menunjukkan bahwa pengeringan sampah dengan memanfaatkan enersi panas dari insinertor tsb dapat meningkatkan nilai kalor sampai 37% per-satuan berat sampah masuk.

Recovery panas merupakan salah satu keunggulan yang ditawarkan dari sebuah insinerator. Insinerator jenis baru yang sekarang banyak digunakan di negara industri, dikenal sebagai wate-to-energy incinerator, intinya adalah menyiapkan sampah dengan karakteristik yang lebih pasti melaui pre-treatment. Enersi tersebut berasal dari panas dalam tungku, yang biasanya didinginkan dengan air, dan uap air yang muncul kemudian dapat digunakan sebagai penggerak turbin pembangkit listrik. Dikenal 2 jenis sistem pemanfaatan panas dari sebuah insinerator, yaitu tungku yang dilengkapi dengan waste-heat-boiler dan tungku dengan water-wall. Terdapat serangkaian upaya konversi enersi dalam sistem ini, mulai dari combustor – boiler – steam generator sampai ke electric generator, yang tidak akan mampu mengkonversi enersi secara mulus 100%. Bila sampah yang digunakan adalah sejenis sampah di negara industri, dengan nilai kalor biasanya 2000 – 2500 kkal/kg, maka enersi listrik sebesar 20 MW/1000 ton sampah kering dapat dicapai.

Enersi panas dari sebuah insinerator di negara industri sudah banyak yang dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti untuk pemanas kota di musim dingin, pembangkit tenaga listrik. Pemanfaatan enersi ini tentu saja membutuhkan kesiapan yang matang, seperti pasar yang akan membeli dan sebagainya, sebab biaya investasinya akan lebih mahal dibandingkan insinerator biasa. Nilai kalor sampah Indonesia biasanya lebih kecil dibanding sampah dari negara industri. Komponen sampah yang dikenal mempunyai nilai kalor tinggi adalah kertas dan plastik. Dalam praktek persampahan di Indonesia, kertas dan plastik merupakan bahan yang didaur­ulang, khususnya oleh pemulung. Pembatas lain yang perlu dipertimbangkan adalah bahwa sampah Indonesia mengandung banyak sisa makanan, bisa mencapai 70%, yang dikenal mempunyai kadar air tinggi. Ditambah musim hujan, serta sistem pewadahan sampah yang tidak tertutup, akan menambah tingginya kadar air. Secara logika, tambah tinggi kadar air, maka akan tambah banyak enersi yang dibutuhkan untuk memulai sampah itu terbakar.

Dengan nilai kalor hanya sebesar 1000 Kcal/kg seperti yang umumnya dijumpai pada sampah kota di Indonesia, akan diperoleh overall efficiency sampai menjadi listrik kurang dari 5%, yang besarnya kira-kira 6000 kw untuk 1000 ton sampah. Dengan kondisi sampah Indonesia yang mempunyai nilai kalor yang relatif lebih rendah, apalagi bila kertas dan plastiknya dikeluarkan untuk didaur-ulang, serta kadar air yang cukup tinggi, katakanlah 55%, maka secara sederhana potensinya kemungkinan besar tidak akan melebihi 7,5 MW/1000 ton sampah, atau sekitar 7,5 KW/ton sampah. Jenis sampah yang dianggap baik untuk dikonversi menjadi listrik biasanya bila mempunyai overall efficiency paling tidak 10 %. Pemanfaatan enersi panas dari sebuah insinerator sampah kota biasanya dibatasi untuk skala insinerator 100 ton/hari ke atas.

Salah satu kehawatiran yang saat ini disuarakan oleh pemerhati lingkungan di seluruh dunia adalah, adanya dampak negatif akibat pencemaran udara dari sebuah insinerator, apalagi diterapkan di negara berkembang yang belum konsisten dalam menjalankan peraturan lingkungan hidup. Dampak negatif penggunaan teknologi termal, dampak sosial budaya serta kemungkinan tertutupnya praktek-prakter daur-ulang dari sektor informal yang selama ini sudah berjalan, tampaknya merupakan kekhawatiran yang perlu diperhatikan sebelum keputusan pemilihan teknologi ini dilakukan. Dari sekian banyak jenis pencemaran udara yang mungkin timbul, maka tampaknya yang paling dikhawatirkan adalah munculnya dioxin. Temperatur operasional di atas 800oC dianggap jalan yang terbaik untuk mengurangi dioxin. Kekhawatiran dampak teknologi termal ini memang patut dicermati secara proporsional, apalagi Indonesia samasekali belum mempunyai pengalaman dalam aplikasi insinerator sekala kota, katakanlah sampai 100 ton/hari (400 m3/hari). Insinerator yang selama ini dibuat di Indonesia adalah dalam skala modular, yaitu skala kecil sampai kapasitas hanya 15 ton/hari atau sekitar 60m3/hari. Biasanya insinerator jenis ini belum dilengkapi dengan sarana pengendali pencemaran udara. Namun sikap apriori di awal hendaknya jangan terlalu dikedepankan dalam mempertimbangkan pilihan-pilihan yang ada.

Penutup

Pengelolaan sampah pada masyarakat perkotaan bertambah lama bertambah kompleks sejalan dengan kekomplekan masyarakat itu sendiri. Pendekatannya tidak lagi sesederhana menghadapi masyarakat di perdesaan. Seluruh proses tersebut perlu diselesaikan dalam rangka bagaimana melindungi kesehatan masyarakat, pelestarian lingkungan hidup, namun secara estetika dan juga secara ekonomi dapat diterima.

Konsep daur ulang sampah, termasuk recovery enersi dan bahan, merupakan salah satu solusi yang dapat dipertimbangkan, sehingga nilai ekonomis yang masih terkandung di dalam sampah dapat lebih dimanfaatkan. Pengembangan teknologi yang sesuai dengan kondisi Indonesia perlu digalakkan, khususnya yang mudah beradaptasi dengan kondisi sosio-ekonomi masyarakat Indonesia.

Dipresentasikan pada:
Seminar Nasional Teknologi Lingkungan IV, 25 Juli 2006 – ITS

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s