PENGOLAHAN SAMPAH KOTA TERSELEKSI MENJADI REFUSED DERIVED FUEL SEBAGAI
BAHAN BAKAR PADAT ALTERNATIF
DwiAriesHimawanto,1 R.
DhimasDhewanggaP,3 Indarto,2 HarwinSaptoadi,2 danTriAgungRohmat2
ABSTRAK
Limbah Padat Kota (LMK)
memiliki potensi besar sebagai bahan baku terbarukan untuk menghasilkan energi
modern melalui termokimia yang disebut pyrolyis, dan proses densifikasi untuk
membentuk. Refused Derived Fuels (RDF), yaitu LMK briket char. Pada artikel
ini, analisis termogravimetri dilakukan untuk menganalisis karakteristik
pembakaran briket dari briket LMK dan briket LMK char. Sampel dalam penelitian
ini adalah 70% berat komponen organik LMK -30% berat LMK komponen non organik.
Sampel 20 gram ditempatkan dalam tungku yang temperaturnya meningkat 10° C/min
dan sampai suhu sampel mencapai 400° C dan ditahan selama 30 menit sebelum
sampel didinginkan hingga mencapai suhu kamar. 100 ml/menit nitrogen
diperlihatkan dari bagian bawah tungku sebagai gas yang terbuang. Char yang
sudah terbentuk dipadatkan dan kemudian ditandai dalam keseimbangan makro
produksi, diadopsi dari Swithenbank et al. Sampel 3 gram ditempatkan dalam
tungku yang temperaturnya meningkat dengan laju pemanasan yang dipilih sampai
massa sampel hampir konstan. Penelitian menunjukkan bahwa efek pirolisis
memberikan peningkatan nilai sampel pemanasan dan memberikan suhu pengapian
lebih rendah dari char briket pembakaran
PENDAHULUAN
Sampah merupakan bahan yang terbuang dari hasil
aktivitas manusia maupun proses alam yang tidak memiliki nilai ekonomi lagi,
bahkan dapat menimbulkan dampak yang negatif. Selama ini sampah kota menjadi
salah satu masalah lingkungan yang memerlukan penanganan yang sangat serius.
Masalah yang sering muncul dalam penanganan sampah kota yang terus bertambah
jumlahnya adalah biaya operasional yang tinggi dan semakin sulitnya ruang yang
pantas untuk pembuangan, sehingga dalam penanganan sampah kota sering menimbulkan
dampak yang buruk terhadap lingkungan. Pada umumnya, sampah dapat dibagi
menjadi dua golongan yaitu sampah organik dan anorganik. Selama ini penanganan
sampah kota di negara-negara berkembang seperti Indonesia hanya menimbun dan
membakar langsung sampah di udara terbuka pada TPA (tempat pembuangan akhir).
Hal ini juga tidak bisa mengurangi 100% sampah dan akan menimbulkan
permasalahan yaitu produksi yang dihasilkan zat-zat polutan yang dapat
mencemari lingkungan yaitu gas-gas hasil pembakaran seperti CO2, NOx,
SO2, dan lain-lain.
Estimasi jumlah timbunan sampah di Indonesia pada
tahun 2008 diperkirakan mencapai 38,5 juta ton/tahun dengan komposisi terbesar
adalah sampah organik (58%), sampah plastik (14%), sampah kertas (9%) dan
sampah kayu (4%). (Kementerian Negara Lingkungan Hidup, 2008). Teknologi untuk
menangani sampah sebenarnya telah banyak dikembangkan terutama oleh
negara-negara maju yaitu di antaranya teknologi sanitary landfill,
incineration, gasification, dan anaerobic digestion. Salah satu cara
pengolahan sampah yang dipandang cukup prospektif dilakukan adalah mengolah
sampah kota menjadi RDF (Refused Derived Fuel), yaitu mengolah sampah
kota menjadi char/arang melalui proses pirolisis dan kemudian
memadatkannya sehingga menjadi briket char
Pengolahan sampah kota menjadi RDF dalam
bentuk briket char telah diteliti oleh beberapa peneliti, dan tampak
bahwa karakteristik pirolisis sampah kota dan pembakaran RDF sangat tergantung
pada jenis sampel yang diteliti. Oleh karena itu, maka dalam artikel ini akan
disajikan hasil penelitian mengenai pengolahan sampah kota. terseleksi menjadi RDF,
dengan menggunakan sampel dari beberapa jenis sampah yang banyak dijumpai di
Indonesia dan belum terolah secara maksimal.
METODE
Bahan Penelitian
Bahan dalam penelitian ini adalah sampah kota
yang terdiri atas 70 % (berat) sampah organik (yang terdiri dari sampah daun
pisang dan sampah bambu) dan 30% (berat) sampah non organik (yang meliputi
sampah kemasan dan sampah styrofoam). Pemilihan komposisi sampel
penelitian didasarkan pada estimasi komposisi timbulan sampah yang ada saat
ini.
Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini
terdiri atas peralatan uji pirolisis yang sekaligus dapat berfungsi sebagai
peralatan uji pembakaran. Peralatan uji pirolisis bertipe packed bed
pyrolizer, yang diadaptasi dari penelitian Swithenbank et al. (2005),
yang terdiri atas tungku pemanas yang dilengkapi dengan thermocontroller dengan
pembacaan temperatur sampai dengan 1000° C dan reaktor untuk proses pirolisis
dengan berdiameter 96 mm tinggi 500 mm. Reaktor pirolisis tersebut dialiri gas
nitrogen dari bawah reaktor. Gas nitrogen berasal dari tabung yang dilengkapi
dengan pressure gauge dan rotameter guna mengatur laju aliran nitrogen.
Sedangkan pada bagian atas tabung reaktor terdapat saluran untuk mengalirkan
gas hasil pirolisis ke sistem pendingin. Untuk mengukur pengurangan massa
sampel yang terjadi selama proses pirolisis, maka pada bagian tutup reaktor
diberikan lubang berdiameter 5mm untuk peletakan kawat yang menghubungkan
sampel dengan timbangan digital. Untuk melakukan uji pembakaran, maka aliran
gas nitrogen diganti menjadi aliran udara dari blower.
Cara Pengambilan Data
Langkah pertama dalam penelitian ini adalah
pengumpulan dan penyiapan bahan baku. Bahan baku yang dikumpulkan adalah sampah
kota yang terdiri atas sampah kemasan, sampah yang berbahan baku biomass (daun
pisang dan bambu), dan sampah Styrofoam Sampel kemudian dikeringkan
sehingga memiliki kadar air maksimal 10%. Dan dihaluskan hingga lolos ukuran 20
mesh. Setelah bahan baku terkumpul maka bahan baku yang berupa sampah organik
dan sampah plastik tersebut diuji secara proximate dan uji nilai kalor,
pengujian meliputi nilai kalor (heating value) sesuai standar ASTM 2015,
kadar air dengan standar pengujian ASTM D-3173, kadar abu sesuai dengan standar
pengujian ASTM D-3174, kandungan volatile matter dengan standard ASTM
D-3175 dan kadar fixed carbon sesuai dengan standar pengujian ASTM
D-3172.
Uji karateristik pembakaran briket char sampah
kota menggunakan metode thermogravimetri ,untuk mengetahui karakteristik
bahan bakar yang diuji (meliputi temperatur pembakaran di mana massa briket
mulai berkurang (volatile matter initiationtemperatur (ITVM)),
temperatur ruang bakar di mana laju pengurangan massa meningkat selama proses
awal pembakaran (fixed carbon initiation temperature (ITFC)), temperatur
ruang bakar yang menghasilkan laju penurunan massa briket terbesar (peak
temperature (PT)) dan temperatur ruang bakar di mana massa briket konstan
pada akhir tahap pembakaran (burning temperature (BT)) , metode ini
dilakukan dengan cara menaikkan temperatur ruang bakar dari temperatur kamar
secara bertahap dengan besar kenaikan konstan tiap waktu (direncanakan kenaikan
temperatur 20° C/menit) sampai sampel bahan bakar terbakar habis.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Uji Proksimat Bahan
Baku
Dari hasil uji proksimat, tampak bahwa komponen
non organik memiliki nilai kalor yang tinggi, namun disisi lain, disadari
melakukan pembakaran secara langsung terhadap komponen-komponen tersebut akan
membawa dampak buruk bagi lingkungan
Penentuan Energy Recovery Proses Pirolisis
Menentukan, komposisi dan teknologi slow
pyrolisis yang tepat guna menghasilkan char yang optimum maka perlu
mempertimbangkan banyak hal, disebabkan proses slow pyrolisis dapat
menghasilkan char dengan nilai kalor yang relatif tinggi namun
pengurangan massa akibat proses pirolisis juga cukup besar, sehingga perlu
optimasi di antara keduanya, dan juga perlu dipertimbangkan pula pasokan energi
yang diperlukan untuk menghasilkan char tersebut. Oleh karena itu dalam
menentukan teknologi proses yang tepat digunakan satu besaran yaitu energy
yield, yaitu banyaknya energi yang dapat diselamatkan (energy recovery)
selama proses pirolisis (Swithenbank (2005), dengan rumusan perbandingan antara
nilai kalor char yang dihasilkan dan nilai kalor bahan baku dikalikan
dengan massa char yang tersisa setelah proses pirolisis. Hasil
penelitian, didapatkan bahwa massa char yang tersisa setelah proses
pirolisis adalah sebesar 29,49%, sementara nilai kalor char yang dihasilkan
sebesar 5.527,846 kal/gram dan nilai kalor briket sampah kota adalah sebesar
5460,68 sehingga energy yield proses pirolisis yang diteliti adalah
sebesar 29,13%.
Karakteristik Pembakaran Briket Char
Karakteristik pembakaran briket char hasil
pirolisis campuran dengan komposisi organik-anorganik 70–30 ditampilakan pada
gambar 4. Dari gambar tersebut, tampak bahwa pembagian zona pengeringan dan
devolatilisasi tidak begitu jelas terlihat, hal inilah yang membedakan dengan
pembakaran briket tanpa perlakuan pirolisis. Dari gambar tersebut, tampak bahwa
ITVM terjadi pada temperatur 197,5˚ C , ITFC pada temperatur 298,8˚C, sementara
PT terjadi pada temperatur 429,5˚ C.Data yang didapatkan, terlihat bahwa proses
pembakaran briket char terjadi pada ITVM dan ITFC yang lebih rendah bila
dibandingkan dengan briket tanpa pirolisis, hal ini menunjukkan bahwa briket char
lebih mudah dibakar bila dibandingkan dengan briket tanpa perlakukan
pirolisis. Hal lain yang menarik untuk dicermati adalah briket char memiliki
PT yang terjadi pada temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan briket
tanpa perlakuan pirolisis, hal ini menunjukkan bahwa briket char memiliki
kecepatan pengurangan massa yang lebih rendah daripada briket tanpa pirolisis.
SIMPULAN
Hasil pengambilan dan pengolahan data dapat
disimpulkan bahwa proses pirolisis terhadap sampel sampah kota dengan komposisi
70% organik – 30% non organik akan menghasilkan massa char yang tersisa
setelah proses pirolisis sebesar 29,49%, dengan nilai kalor char yang
dihasilkan sebesar 5.527,846 kal/gram, sehingga energy yield proses
pirolisis yang diteliti adalah sebesar 29,13%. Sementara itu, proses pembakaran
briket char sampel yang diteliti terjadi pada ITVM dan ITFC yang lebih
rendah daripada briket non pirolisis, namun penurunan massa maksimum terjadi
pada temperatur yang lebih besar, sehingga dapat disimpulkan briket char yang
diteliti lebih mudah terbakar namun lebih awet dalam pembakaran.
DAFTAR PUSTAKA
Borman, G.L., Ragland, K.W. 1998.
Combustion Engineering, International Editions. WCB/McGraw-Hill, Singapore.
Cheng, Z., Chen, H., Zhang, Y., Hack, P., Pan, W.P., 2007. An
Application of Thermal Analysis to Household Waste. Journal of ASTM
International Vol, 4 No. 1., Paper ID: JAI100523.
Di Blasi, C. 2008. Modeling Chemical and Physical Processes
of Wood and Biomass Pyrolisis. Progress in Energy and Combustion Science 34,
pp. 47–99.
Grammelis, P., Basinas, P., Malliopoulou, A.,
Sakellaropoulos, G. 2009. Pyrolisis Kinetics and Combustion Characteristics of
Waste Recovered Fuels. Fuel 88, pp. 195–205.
Ojolo, S.J., Bamgboye, A.I. 2005. Thermochemical conversion
of Municipal Solid Waste to Produce Fuel and Reduce Waste. The CIGR Ejournal,
Vol. VII, Manuscript EE 05 006.
Phan, A.N., Ryu, C., Sharifi, V.N., Swithenbank, J. 2008.
Characterisation of Slow Pyrolisis Products from Segregated Wastes for Energy
Production. J.Anal.Appl.Pyrolisis 81, pp. 65–71.
Yang, Y.B., Phan, A.N., Ryu, C., Sharifi, V.N., Swithenbank,
J. 2007. Mathematical Modelling of Slow Pyrolisis of Segregated Solid Wastes in
a Packed-Bed Pyrolyser. Fuel 86, 169–180.
Swithenbank, J., Sharifi, V.N., Ryu, C. 2005. Waste Pyrolisis
and Generation of Storable Fuel, SUWIC Department of Chemical and Process
Engineering. The University of Sheffield.
Turn, Stephen R. 1996. An Introduction to
Combustion.McGraw-Hill.
Yang, Y.B., Phan, A.N., Ryu, C.,Sharifi, V.,Swithenbank, J.
2007. Mathematical Modelling of Slow Pyrolisis of Segregated Solid Waste in A
Packed-Bed Pyroliser, Fuel 86, pp. 169–180.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar