Desain Perangkat Penangkap Gas Metan

Desain Perangkat Penangkap Gas Metan Pada Landfill Di TPA Supit Urang Untuk Bahan Bakar Generator Listrik

Oleh :

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2012

A.

LATAR BELAKANG MASALAH Dewasa ini pemanfaatan energi alternatif sangat gencar di sosialisasikan oleh berbagai pihak, tidak terkecuali pemanfaatan gas metan yang dihasilkan oleh sampah yang berada di landfill, yang juga merupakan salah satu temuan baru dalam hal pemanfaatan energi alternatif khususnya di Indonesia, di negara – negara maju energi alternatif seperti gas metan yang dihasilkan dari sampah landfill sudah dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik. Gas metan yang berasal dari sampah di landfill merupakan gas yang dihasilkan oleh limbah padat yang dibuang. Sampah ditimbun dan ditekan secara mekanik dengan tekanan dari lapisan diatasnya. Karena kondisinya menjadi anaerob, bahan organik tersebut terurai dan menghasilkan gas metan. Gas ini semakin berkumpul untuk kemudian perlahan-lahan terlepas ke atmosfer. Hal ini menjadi berbahaya karena dapat menyebabkan ledakan, pemanasan global melalui metana yang merupakan gas rumah kaca, dan material organik yang terlepas (volatile organic compounds) dapat menyebabkan photochemical smog. (www. wikipediaindonesia.co.id) Perlu diketahui bahwa metana 21 kali lebih kuat pengaruhnya terhadap pemanasan global dibandingkan CO2. Nilai kalori dari 1 meter kubik gas metan yang dihasilkan di landfill sekitar 6.000 watt/jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu Gas metan sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan pengganti minyak tanah, LPG, butana, batu bara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil. (www. wikipediaindonesia.co.id). Kota malang terletak di jawa timur dengan populasi penduduk sebanyak 799.597 jiwa pada tahun 2007, dengan pertumbuhan 1,24 % pertahun maka diperkirakan pada tahun 2011 akan menjadi 839.681 pada 2017 menjadi 903.948 seiring dengan itu maka akan terjadi kenaikan produksi sampah. Pada tahun 2007 produksi sampah mencapai 1051,613 m3 perhari atau 472.640 kg perhari, pada tahun 2011 akan menjadi 1104 m3 perhari atau 496176 kg perhari, sedang tahun 2016 akan menjadi 1188 m3 perhari atau 533910 kg perhari di Landfill atau tempat pembuangan akhir sampah di malang. landfill supiturang di kota malang memiliki enam sel, empat sel sudah terisi penuh satu sel sedang pengisian dan satu sel untuk cadangan ( pemda malang 2007 ). Sel-sel yang sudah terisi sampah berpotensi menghasilkan gas metan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel 15 hingga 20 tahun kedepan, dengan kapasitas 1800 m3 perhari yang setara dengan 108.000.000 watt, di samping itu subsitusi gas metan dapat mengurangi minyak disel (solar) yang juga mengurangi emisi CO2 , pengurangan emisi CO2 tersebut dapat memperoleh insentif melalui perdagangan karbon dengan mekanisme CDM (Clean Development Mecanism) yang diwadahi oleh UNFCCC. Teknologi yang digunakan untuk menangkap gas metan di negara maju khususnya Belanda sudah mendisain landfill untuk digunakan sebagai alternatif energi pembangkit tenaga listrik, jadi landfill di Belanda sudah dipersiapkan sedini mungkin, contohnya sebelum sampah masuk kedalam landfill, landfill sudah terlebih dahulu dilapisi dengan karet yang berfungsi sebagai alas agar air dari sampah tidak mencemari air tanah. Kemudian di pasang pipa yang sudah di disain khusus sebagai alat penangkap gas metan. Gas metan tersebut nantinya akan di hisap kompresor,untuk selanjutnya di saring karena kemungkinan masih terdapat jenis-jenis gas yang berbahaya seperti S (sulfur),CO2 yang tentunya akan mengotori atmosfir setelah itu baru gas yang telah di saring di injeksikan ke dalam mesin diesel sebagai bahan bakar yang nantinya akan menggerakkan generator pembangkit listrik Gambar sekema landfill di luar negri

(Fauzan 2008) Semantara itu di negara kita landfillnya tidak disiapkan terlebih dahulu untuk digunakan sebagai pembangkit listrik. Maka dalam hal ini peneliti ingin meneliti bagaimana agar penangkapan gas metan di landfill Indonesia dapat dilakukan secara maksimal dan terstruktur, oleh karena itu peneliti mempunyai gagasan untuk membuat desain perangkat penangkapan gas metan yang diharapkan dapat berguna untuk pemanfaatan energi alternatif sebagai pembangkit tenaga listrik. C.

PERUMUSAN MASALAH Permasalahan utama yang diselesaikan dalam proyek ini adalah: Diameter pipa yang digunakan, diameter sumur gas, jarak antara pipa satu dan lainnya, pemasangan Pipa tegak atau miring, berikut permasalahan lain yang terkait. Permasalahan lain yang terkait adalah: kondisi landfill di Indonesia belum di rancang secara khusus untuk dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik, maka disain yag cocok di gunakan di Indonesia belum dapat di pastikan. Bagian pekerjaan lain seperti penggunaan mesin berbahan bakar gas metan, sitim filterisasi gas, sistem kontrol, Generator listrik, tidak dikerjakan dalam program ini tetapi dikerjakan tim lain.

D.

TUJUAN PROGRAM Menginformasikan bahwa sampah dapat juga digunakan untuk energi alternatif, menginformsikan bagaimana cara menagkap gas metan di landfill agar dapat memaksimalkan penangkapan dan pemanfaatan gas metan, memanfaatkan landfill yang terdapat di Indonesia untuk digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik.

E.

LUARAN YANG DIHARAPKAN 1. Artikel atau naskah publikasi 2. Draft paten 3. Disain perangkat penangkap gas metan di lanfill

F.

KEGUNAAN PROGRAM

Sampah yang ditimbun di landfill menghasilkan LFG (Landfill Gas), yang kandungan utamanya adalah gas methan (CH4). Gas Methan yang lepas ke atmostfir berpengaruh 21 kali lebih kuat dari CO2 terhadap pemanasan global. Dengan memanfaatkan gas methan sebagai bahan bakar mesin diesel generator listrik, dapat mengurangai emisi gas methan ke atmosfir yang berarti pengurangan gas rumah kaca penyebab pemanasan global dan dapat memperoleh insentif melalui perdagangan karbon dengan mekanisme CDM (Clean Development Mecanism) yang diwadahi oleh UNFCCC. Selain itu juga dapat menghasilkan energi listrik sekaligus memanfaatkan energi alternatif untuk mengurangi pemakaian bahan bakar fosil untuk pembangkit listrik. Nilai kalori dari 1 meter kubik gas metan yang dihasilkan di landfill sekitar 6.000 watt/jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu Gas metan sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan pengganti minyak tanah, LPG, butana, batu bara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil. (www. wikipediaindonesia.co.id) Jika hasil penelitian ini diterapkan pada landfill di Indonesia kota Malang khususnya, program ini dapat menjadi bentuk sosialisasi dan pengembangan kemampuan masyarakat dan mahasiswa tentang pemanfaatan gas methan sampah untuk pembangkit listrik. G.

TINJAUAN PUSTAKA Gas metan adalah gas yang timbul dari proses fermentasi anaerobik (tanpa udara) dari bahan organik seperti limbah kotoran ternak, sampah, maupun limbah pertanian. Diantara komponen yang menyusun gas metan (bio gas), yang paling dominan adalah gas methan (54-70%) dan karbon dioksida (CO2) yakni sebesar 2745% (Hilman, 2006). Gas metan di atmostfir berasal dari Industri gas dan minyak (45%), Sektor sampah (25%), Pertanian (20%), Sumber daya alam (10%) (Domselaar, Ryan, 2006). Gas metan dapat dikumpulkan dengan dua cara yaitu sitem koleksi pasif dan sistem koleksi aktif. Sistem koleksi pasif maupun aktif, terdiri atas satu rangkaian sumur-sumur pengumpul gas yang ditempatkan seluruh landfill. Jumlah dan pengaturan jarak pemasangan pipa tergantung pada kondisi spesifik dan karakteristik landfill, seperti volume sampah, kepadatan, kedalaman, dan area. Ketika landfill menghasilkan gas metan, gas metan lebih menyukai jalan kecil untuk migrasi.. Sistem pengumpulan gas metan yaitu sitem koleksi pasif dan sistem koleksi aktif akan dibahas sebagai berikut (http://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/html/ch5.html) Sistem Koleksi Pasif. Sistem koleksi pasif (Gambar 5-1) bertujuan untuk menekan dan mengendalikan sistem konsentrasi gas metan agar tidak masuk ke dalam atmosfir. Sistem koleksi pasif dapat dipasang selama operasi aktif atau setelah landfill di beri cover. Sistem pasif menggunakan sumur-sumur koleksi untuk mengumpulkan gas. Sumur-Sumur koleksi dibuat dari pipa dengan diameter tertentu dan dipasang tegak lurus atau vertikal di landfill dengan kerendahan atau jarak dari dasar lanfill berkisar antara 50% sampai 90% dari ketebalan sampah. Jika terdapat air di dalam sampah, maka sumur – sumur akan menutup aliran air itu. Sumur-Sumur vertikal dipasang setelah landfill telah tertutup atau tercover. Sistem koleksi pasif dapat juga menggunakan sumur-sumur horisontal. (http://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/html/ch5.html)

Gambar 5-1 Sistem Koleksi Pasif (http://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/html/ch5.html) Efisiensi dari sistem koleksi pasif sebagian tergantung pada seberapa besar kandungan gas metan di dalam landfill itu. Efisiensi dari sistem koleksi pasif juga tergantung pada kondisi-kondisi lingkungan, jika tekanan di dalam landfill tidak cukup untuk mendorong gas metan masuk ke dalam pipa penangkap, maka sistem koleksi pasif dianggap gagal untuk memindahkan gas metan di landfll secara efektif. Tekanan yang terlalu tinggi kadang-kadang mengakibatkan udara di luar memasuki landfill melalui lubang penangkap gas. Karena pertimbangan ini, sistem koleksi pasif tidak dipertimbangkan untuk digunakan di area dengan migrasi gas metan tinggi, terutama jika gas metan terkumpul hingga dapat meledak. (http://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/html/ch5.html) Sistem Koleksi Gas Aktif dirancang dengan baik ( Gambar 5-2) dengan mempertimbangkan hal-hal yang paling efektif untuk sistem tersebut (EPA 1991). Sistem koleksi gas aktif meliputi sumur-sumur koleksi gas metan horisontal dan vertikal yang terkombinasi. Tidak sama dengan sumur-sumur koleksi gas di dalam sistem pasif, sumur-sumur di dalam sistem aktif perlu mempunyai klep untuk mengatur aliran, komposisi, dan tekanan gas. Sistem koleksi gas aktip terdiri dari ruang hampa atau pompa untuk menggerakkan gas metan untuk keluar dari landfill, dan pipa yang menghubungkan sumur-sumur koleksi dengan ruang hampa itu. Ruang hampa digunakan untuk menghisap gas metan dari landfill dengan membuat tekanan rendah di dalam sumursumur koleksi gas metan .Tekanan rendah di dalam sumur membuat suatu jalan kecil untuk migrasi gas.

Gambar 5-2 sistem koleksi gas aktif (http://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/html/ch5.html) Dengan informasi tentang kondisi, komposisi, dan tekanan gas di landfill, operator dapat menjalankan sistem koleksi gas aktif secara efisien. (http://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/html/ch5.html) Diameter dan kedalaman sumur gas di landfill Diameter optimal untuk sumur penangkapan gas berkisar antara 900mm hingga 1200mm. Diameter bertanggungjawab terhadap tekanan statis tanah. Jika tekanan statis rendah <1000 Pascal maka diameter sumur harus antara 1100mm sampai 1500mm. Jika tanah memiliki kadar bahan organik tinggi dan ukuran tekanan statis tinggi >1000 Pascal dan kondisi lain, maka sumur diameter lebih kecil 900mm adalah yang sesuai. (Charmine Bocchino, 2004) Sumur dapat dibor pada kedalaman penuh dari landfill, atau di kedalaman 2 meter diatas groundwater. Sumur dengan kedalaman lebih tinggi dari 20 meter maka desain konversi dual harus digunakan. Sumur terdalam yang pernah dibor adalah sedalam 24 meter (hanya terdapat satu) sedangkan rata-rata kedalaman sumur adalah sekitar 12-16 meter dengan diameter standar sebesar 1200mm. (Charmine Bocchino, 2004) Pipa penangkap gas metan di landfill

Jika standar ukuran diameter sumur yang digunakan(1200mm), kemudian jumlah maksimum diameter pipa sumur gas metan di landfill adalah 200mm, maka material yang bisa digunakan adalah pipa PVC kelas 12 (socketed). Jika menggunakan pipa HDPE akan lebih baik tetapi lebih mahal(dalam beberapa kondisi ABS & MDPE juga digunakan). Pipa lapis expoksi beton diameter 350mm harus digunakan ketika sistem ekstraksi yang digunakan berisi migrasi gas pada bangunan ditempatkan langsung diatas tanah. Bangunan atau struktur yang ditempati tidak boleh dibangun diatas tanah sampai semua produksi metana sepenuhnya dikeluarkan. Tidak perduli ukuran keselamatan apa yang digunakan selalu terdapat resiko kebocoran gas akan terjadi pada waktu yang tidak diharapkan dan menyebabkan akibat yang tidak diinginkan. (Charmine Bocchino, 2004) Pipa standar harus memiliki garis slot terputus dengan panjang 200mm x lebar 5mm pada pemisahan lingkaran. Untuk pipa diameter 2000 ini sama dengan 8 garis sot. Pipa diameter 300mm memiliki 12 jalur slot. Slot mulai 500mm dari setiap ujung. (Charmine Bocchino, 2004) Alasan utama memilih diameter sumur luas dan diameter pipa sumur ekstraksi luas adalah mengurangi kadar benda detrit yang dibawa kedalam kolong sumur dan kedalam pipa sumur dengan daya isap kuat. Sumur konversi dual memiliki pipa diameter luar 300mm dan bagian dalam 200mm. Bagian luar berfungsi untuk kolong atas dan 200mm untuk kolong bawah. Penyumban beton mengikat kolong bawah dari bagian atas. Alat aliran massa dual membantu dalam menyesuaikan performa setiap kolong. (Charmine Bocchino, 2004) Terdapat dua cara umum untuk mendapatkan LFG adalah sumur ekstraksi vertikal dan kolektor horisontal. Teknik baku dan paling sering digunakan adalah sumur ekstraksi vertikal. Sumur dibor pada tanah dengan jarak biasanya dari 45 hingga 90m. Dua pipa berdiameter 8 inci (biasanya PVC atau HDPE) ditempatkan ke dalam lubang, yang ditopang dengan batu berdiameter 1 inci atau lebih. Pipa dilobangi pada bagian bawah dimana LFG dikumpulkan. (Komsilp Wang-Yao, dkk, 2007) Kolektor ekstraksi horisontal atau parit bisa dipasang atau kombinasi dengan sumur vertikal untuk mengumpulkan LFG. Kolektor ekstraksi horisontal lebih murah daripada sumur ekstraksi vertikal dan khususnya cocok untuk instalasi dalam area pengisian aktif.

Gambar 1 sistem kolektor vertical (Jacobs 2007) Kelebihan kolektor ekstraksi horisontal adalah dampak kecil dari tingginya masalah kadar pelepasan pada tanah, kendala yang lebih kecil untuk operasi pengisian tanah yang disebabkan oleh tudung kolektor dan mudahnya pemasangan, lebih banyak mengambil gas metan dari pada kolektor vertikal. Kelemahan kolektor ekstraksi horisontal adalah tingginya dampak pembersihan limbah dan rendahnya tingkat efisiensi perbaikan per sumur. (Komsilp Wang-Yao, dkk, 2007) Sistem koleksi LFG harus digunakan bersama dengan praktik penataan pelepasan yang bagus. Akumulasi pelepasan dalam sampah bisa berpengaruh besar pada tingkat penemuan LFG karena cairan dalam sumur ekstraksi dan parit pengumpulan membatasi kemampuan pipa untuk mengumpulkan dan membawa LFG. (Komsilp Wang-Yao, dkk, 2007)

Gambar 2: skematika kolektor horisontal (Komsilp Wang-Yao, dkk, 2007) Pada dasarnya sistem ekstraksi horisontal lebih banyak menangkap gas metan di bandinkan sistem vertikal, jangkauan penangkapan sistem horisontal lebih luas dari sistem vertikal. Tetapi karena kondisi landfill di Indonesia belum dirancang khusus

untuk pembangkit tenaga listrik, sistem ekstraksi horisontal tidak mungkin di lakukan sebab di Indonesia belum mungkin melakukan pengeboran secara horisontal. Jadi yang mungkin di lakukan adalah pemasangan pipa secara miring, dengan kemiringan yang disesuaikan dengan kondisi landfill. H.

METODE PENELITIAN Kondisi landfill di Indonesia tidak memungkinkan untuk dilakukan pengeboran secara horisontal, dikarenakan landfill di Indonesia belum di persiapkan secara khusus untuk pembangkit tenaga listrik, padahal sistem kolektor horisontal lebih banyak menghisap gas metan dari pada sistem vertikal. Jadi menurut pendapat kami sistem kolektor gas yang tepat di lakukan adalah dengan cara pengeboran miring dengan sudut pengeboran yang di sesuaikan dengan kondisi landfill. Untuk mengetahui perbedaan dari hasil pengambilan gas dengan sistem vertikal dan miring, maka akan dilakukan percobaan dengan permodelan. Tempat Pelaksanaan Program Program akan dilaksanakan di Laboratorium Teknik Mesin, Laboratorium Bio Gas UMM dan Di landfill Supit Urang Kota Malang. Dalam hal ini kami hanya meneliti cara pemasangan pipa yang tepat untuk di terapkan pada landfill di Indonesia, pemasangan vertikal atau miring. 1. 2. 3. 4. 5.

Alat Dan Bahan Yang di Gunakan Pipa Manometer Drum plastik ( Ø 25cm, tinggi 35cm) Sampah organik Karet ban dalam bekas Cara Kerja Hal pertama yang di lakukan adalah mengisi 4 drum plastik dengan sampah organik, lalu drum yang telah terisi sampah ditutup dengan cover karet (karet yang di gunakan adalah karet ban dalam bekas). Proses frekmentasi sampah hingga menghasilkan gas metan adalah sekitar 2-3 minggu. Ketika proses frekmentasi dirasa cukup, masing-masing drum di pasangi pipa dengan posisi yang berbeda yaitu; vertikal, kemiringan 5°, kemiringan 10°, dan kemiringan 30°. Lalu masing-masing posisi di ukur tekanan gasnya dengan menggunakan manometer, posisi manakah yang menghasilkan tekanan paling besar. Dari hasil percobaan di atas, maka dapat di simpulkan sistem manakah yang tekanannya paling optimal. Setelah percobaan di atas selesai dan hasilnya sudah di dapat, kemudian percobaan akan langsung di lakukan di TPA Supit Urang untuk menerapkan hasil dari percobaan di atas, kemudian menentukan diameter pipa yang ideal, kedalaman pengeboran, dimeter sumur pipa yang ideal, dan jarak antar pipa.

DAFTAR PUSTAKA

• disain pemasangan pipa • spesifkasi disain pemasangan pipa

I.

hasil

• tekanan yang di hasilkan dari masingmasing pegujian • sistem yang digunakan dalam penerapan di lapangan

analisa hasil percobaan

pengujian sistem miring

• sudut yang di gunakan dalam pengujian • sudut pengujian yang menghasilkan tekanan paling tinggi

• tekanan yang dihasilkan dengan sistem ini

pengujian sistem vertikal

pengamata n awal

• alat dan bahan yag di gunakan • tempat pelaksanaan

Flow Chart

1. ASTDR (Agency For Toxic Subtances & Disease Registry) “Landfill Gas Control” Measures http://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/html/ch5.html 2. Achmad Fauzan, 2008,” Desain Perangkat Pembelajaran Pembangkit Tenaga Listrik Mini Berbahan Bakar Gas Metan Pada Tpa Kota Malang”, Lembaga Penelitian UMM, Malang 3. Charmine Bocchino, 2004 “The Design of The Landfill Gas Well Its Mass Flow Control and Condensate Control Within The Extraction System” http://www.bocchtech.com/biomass/landfill_gas_well_design_guidelines.htm# The Design Of The Landfil Gas Well Its Mass Flow. Atlanta, Georgia. 4. EPA. 1991. U. S. Environmental Protection Agency. Air emissions from municipal solid waste landfills: background information for proposed standards and guidelines. EPA-450/3-90/011a. March 1991. 5. http://en.wikipedia.org/wiki/Landfill” 6. http://en.wilkepedia.org/wiki/Biogas” 7. Komsilp Wang-Yao, Sirintornthep Towprayoon, Chart Chiemchaisri, Shabbir H. Gheewala, Annop Nopharatana, june 2007, “Methane collection efficiency of horizontal landfill gas collectors”. 8. Pemda Malang, 2007 “Data Sampah di Kota Malang” , Malang