daur ulang limbah
DESCRIPTION
Daur Ulang Limbah. Minggu ke-10. Pendahuluan. Potensi biomass sebagai sumber energi: Di Amerika: bahan bakar berbasiskan biomass berpotensi 4-25% dalam pemenuhan kebutuhan energi 3,6% konsumsi energi berasal dari sumber biomass. Tiga bentuk utama dari energi berbasiskan biomassa: - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Daur Ulang Limbah
Minggu ke-10
Pendahuluan• Potensi biomass sebagai
sumber energi:
Di Amerika: – bahan bakar berbasiskan
biomass berpotensi 4-25% dalam pemenuhan kebutuhan energi
– 3,6% konsumsi energi berasal dari sumber biomass
Tiga bentuk utama dari energi berbasiskan biomassa:-Solid Biomass (Wood, Incineration)-Liquid Fuel (Ethanol, Biodiesel)-Gaseous Fuel (Landfills, Methane)
BiomassKonsumsi energi (USA):– 30% Petroleum– 24% Natural Gas– 23% Coal– 8% Nuclear– 7% Renewable
Sources
Konsumsi energi terbarukan (USA):- 46% Conventional Hydroelectric- 38% Wood- 8% Waste- 2% Geothermal- 1% Alcohol Fuel- 1% Solar- 1% Wind
US Energy Information Administration)
Municipal solid waste, tall oil, digester gas, liquid waste tall oil, waste alcohol, medical waste paper pellets, sludge waste, tires, agricultural byproducts sugar
and corn stalks, closed loop biomass, fish oil, straw
Landfill Gas• Efisiensi proses tergantung pada
komposisi dan kelembaban dlm TPA, tanah penutup, temperatur, dll
• Kandungan energi: 400-550 Btu per ft3 • Penangkapan landfill gas sebelum
terlepas ke atmosfer memungkinkan mengkonversikannya menjadi energi yg berguna.
• Minimal kedalaman landfill 40 ft dan jumlah sampah tertimbun min 1 juta ton untuk kelayakan teknis sistem pengumpulan gas dan produksi energi
Landfill Gas (LFG)
• Landfill gas (LFG) adalah by-product dekomposisi dari sampah kota
• Untuk setiap 1 juta ton sampah kota (asumsi sampah negara 2 musim), setara dengan 1.1 mW or 60,000 MMBtu/tahun, setara dengan:– 9,600 kendaraan di jalan, ATAU– 13,000 hektar hutan yg tertanam,
ATAU– 210 kereta batubara yg tidak
digunakan, ATAU– 100,000 barrels minyak yg tidak
digunakan
Komposisi Gas – Gas Utama
• Methane (45 - 60 % by volume)
• Carbon Dioxide (40 - 60 % by volume)
• Nitrogen (2 - 5 % by volume)
• Oxygen (0.1 - 1.0 % by volume)
• Ammonia (0.1 - 1.0 % by volume)
• Hydrogen (0 - 0.2% by volume)
Komposisi LFG - Trace Gas (kurang dari 0.6 % by volume)
• Odor causing compounds
• Aromatic hydrocarbons
• Chlorinated solvents
• Aliphatic hydrocarbons
• Alcohols
• Polyaromatic hydrocarbons
Potensi Keuntungan:• Penggunaan langsung
sebagai bahan bakar• Produksi tenaga listrik• Pendukung sistem
perpipaan gas• Pengganti bahan bakar fossil• Dihasilkannnya produk
tersintesis spt methanol
Potensi Dampak dan Keuntungan
Potensi Dampak:• Gangguan bau• Emisi gas rumah kaca• Isu kesehatan dan
dampak toksik• Potensi ledakan• Tekanan terhadap
tanaman
Properti Gas Metana
• Formula Molekul: CH4
• Nilai panas: 2350 J/g
• Kelarutan dalam air: 17 mg/L
• Ratio O2:CH4 untuk terjadinya pembakaran: 2
Gas MetanaGas Metana Tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa Sumber metana yang lain: rawa,
pertambangan batubara/minyak, proses fermentasi, dll.
Mudah terbakar dan 5% (v/v) Lower explosive limit
Metana dapat menyebabkan oksigen defisiensi di lingkungan (asphyxiation) dan resiko meledak
Metana yg diproduksi di landfill dapat merepresentasikan bahaya terhadap daerah sekitar
Rekasi Methanogenesis
CH3COO- + H2O ---> CH4 + HCO3-
acetate + water ---> methane + bicarbonate
4H2 + CO2 ---> CH4 + 2H2O hydrogen + carbon ---> methane + water
dioxide
Kondisi optimum proses Methanogenesis
• Kelembaban/kadar air yg cukup• Nutrien yg cukup• TIdak hadirnya oksigen and materi toxic• Kondisi pH relatif netral 6.7 - 7.2• Alkalinitas > 2000 mg/l sbg calcium carbonate• Asam volatil < 3000 mg/L sbg Asam asetat• Temperatur internal 86o F - 131oF
Traditional LandfillGoal: Keep Liquids Out
Buried Waste(little decomposition)
Cap
Liner and LeachateCollection system
CH4, CO2
Leachate toTreatment Plant
Bioreactor Landfill
Definisi
Sanitary landfill yang dioperasikan ditujukan untuk stabilisasi cepat dari sampah organik sampah yang dapat terdekomposisi dengan kontrol ketat terhadap proses biologi
Bioreactor Landfill
Potensi Keuntungan• Kapasitas disposal yg meningkat• Pengoperasian fleksibel dalam pengelolaan
leachate• Meningkatkan kelayakan LFG untuk konversi
energi• Kemungkikan mengurangi biaya dalam jangka
panjang• Lebih meningkatkan keberlanjutan pengelolaan
persampahan
Bioreactor Landfill
Metode• Menyiapkan kondisi untuk degradasi sampah
organik oleh mikroorganisme yang kelaparan• Biasanya dilakukan dengan meningkatkan kadar
air/kelembaban dlm TPA– Resirkulasi Leachate– Penambahan air
• Bisa saja kemungkinan berupa penambahan udara
Bioreactor LandfillGoal: Rapid Stabilization
Buried Waste(rapid decomposition)
Cap
Liner and LeachateCollection System
Leachate toTreatment Plant
CH4, CO2Leachate
Recirculation
Schematic Shows Anaerobic Operation
Anaerobic Landfill Bioreactor Schematic
0 10 20 30 40
Time (Years)
Gas
P
rod
uct
ion
Bioreactor Landfill
Conventional Landfill
• Landfill gas dikumpulkan melalui sumur pengumpul vertikal (dan horizontal) yang ditanam ke dalam timbunan sampah
(~1 per hektar) • Gas yang tidak bermanfaat dapat saja dibakar melalui suatu flare
Sumur Ekstraksi Landfill Gas
Landfill Gas Recovery
Pemanfaatan LFGPemanfaatan LFG
• LFG dapat digunakan dalam berbagai bentuk:– Bahan bakar boiler– Produksi listrik– Evaporasi leachate– Memanaskan rumahkaca– Bahan bakar kendaraan– Meningkatkan kualitas sistem
perpipaan• LFG bukan hanya sumber energi,
yg jika digunakan, sebenranya dapat menyisihkan materi polutan dari udara
Penjualan Langsung GasPenjualan Langsung Gas• Gas dipompa untuk
konsumen sekitar lokasi untuk boiler
• Layak bila dengan sistem perpipaan 1 - 5 miles
• Mudah, teknologinya sudah terbukti
• Minimum kebutuhan perlengkapan proses
• Biaya efektif: $1.50 - 3.50 per MMBtu, tergantung:
• Panjang pipa• Sistem pengumpulan di
lokasiCleaver Brooks 20,000 lb/hr Boiler
Produksi ListrikProduksi Listrik
• Listrik dapat dijual ke berbagai fasilitas, konsumen sekitar, atau untuk keperluan fasilitas sendiri
• Kapasitas 500 kW - 50 MW
• Komitmen pembelian untuk setiap renewable energi oleh pemerintah
• Biaya kapital $1,000-$1,500 per KW
Caterpillar 3516 800 kW genset
Combustion Gas Turbine
Solar 3 MW Gas Turbine
Milwaukee, WI
Steam Turbine
50 MW Steam Turbine
Whittier, CA
Peningkatan kualitas sistem perpipaan gasPeningkatan kualitas sistem perpipaan gasPeningkatan kualitas sistem perpipaan gasPeningkatan kualitas sistem perpipaan gas
• LFG diinjeksi kedalam sistem perpipaan gas alam lainnya gas pipeline
• Lebih efektif untuk landfill yang luas ( > 4 juta ft3/hari LFG)
• Lebih bermanfaat untuk daerah dimana harga gas alam mahal
• Biaya kapital tinggi karena kebutuhan proses untuk menyisihkan nitrogen dan materi lain yg tidak diinginkan
• Spesifikasi kualitas yg ketat
• $3.60 - $4.15 per MMBtu
10 MMcfd Selexol Plant, Fresh Kills, NY
Fuel Cells
• Secara kimia mengkonversi gas menjadi listrik
• Efisiensi tinggi• Minimum emisi• Biaya tinggi• Approximately $3,000
per kW
Northeast Utilities 200 kW Fuel Cell
Microturbines
• Dapat menghasilkan energi setempat dengan cepat
• Kapasitas tersedia 25kW - 75 kW.• Emisi rendah• Kapasitas bahan bakar bervariasi• Bobot ringan, ukuran kecil• Tidak membutuhkan pengolahan
pendahuluan • Biaya perawatan rencah ($.01 per
KWhr)• Biaya operasional $700 - $1200 per
kW
Allied Signal Parallon 75
Vehicle Fuel• LFG harus dikompres (Compressed
landfill gas (CNG))• Harga LNG/CNG lebih rendah dibanding
harga bahan bakar diesel• Mengurangi penggunaan bahan bakar
fosil• Mengurangi polusi ozon• Kendaraan dg alternatif masih terbatas • Retrofit = $3,500 to $4,000 per
kendaraan• Biaya pembangunan stasiun pengisian =
$1,000,000• Harga bahan bakar = $.48 to $1.26 per
gallon