makalah wte - wisnu pratama putra
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
1/22
1
Universitas Indonesia
BAB 1
PENDAHULUAN
Dewasa ini, tingkat konsumerisme penduduk dunia sangatlah tinggi. Hal
ini didorong oleh kemajuan teknologi dan perkembangan ilmu pengetahuan,
membuat manusia terbiasa menggunakan segala sesuatunya dengan instan.
Akibatnya, sampah yang dihasilkan menjadi bertambah banyak secara signifikan.
Selain itu, pertumbuhan PDB (Produk Domestik Bruto) suatu negara juga ikut
mempengaruhi bertambahnya sampah. Bersamaan dengan kedua hal tersebut,
terjadi pula pertambahan jumlah penduduk yang mana menambah jumlah sampah
sekaligus mengurangi area untuk dijadikan tempat pembuangan sampah. Hal
inilah yang lantas memicu diperlukannya sebuah sistem atau perlakuan terhadap
sampah yang semakin banyak ini.
Paradigma lama yang menganggap sampah adalah barang tidak berguna
dan harus dibuang sudah bergeser seiring kemajuan teknologi. Sampah dikurangi,
digunakan kembali, dan didaur ulang berdasarkan kebutuhannya. Sistem yang
menggambarkan perlakuan terhadap sampah dapat dilihat dalam waste
hierarchy pada gambar berikut :
Gambar 1 Waste Hierarchy
Dapat dilihat bahwa sampah sebisa mungkin dikurangi, setelah itu
digunakan kembali, didaur ulang, dan pada akhirnya diperlakukan secara khusus
untuk pemanfaatan kembali sebelum masuk ke tempat pembuangan. Perlakuan
(treatment) terhadap sampah untuk pemanfaatan kembali dapat dibagi menjadi
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
2/22
2
Universitas Indonesia
empat yakni : direct combustion, psychochemical treatment, thermal treatment
dan biological treatment. Keempat jenis pemanfaatan sama-sama memproses
sampah menjadi sebuah sumber energi yang terbarukan, proses ini dikenal dengan
nama Waste to Energy (WTE). Proses WTE yang dapat menghasilkan energi
terbarukan sangatlah penting mengingat konsumsi energi global sedang
meningkat dengan cepat akibat industrialisasi dan peningkatan taraf kehidupan.
Selain itu fossil fuel jumlahnya semakin terbatas dan manusia harus bisa
melepaskan diri dari ketergantungan akan fossil fuel. Oleh karena itu, dalam
makalah ini akan dibahas mengenai salah satu jenis proses WTE yang masuk
dalam thermal treatmentyakni proses gasif ikasi.
Gasifikasi merupakan proses dekomposisi thermalpada material berbasis
karbon dalam keadaan kekurangan oksigen (sedikit pembakaran) untuk
menghasilkan gas sintetis atau syngas. Alih-alih membakar, gasifikasi mengubah
material berbasis karbon menjadi syngas menggunakan reaksi kimia. Reaksi ini
melibatkan sedikit jumlah udara dan oksigen, membuat material menjadi molekul
yang lebih sederhana, yang sebagian besar tersusun atas karbon monoksida dan
oksigen. Jika dijalankan dalam kondisi yang baik, gasifikasi merupakan proses
WTE yang efisien. Secara sederhana, proses gasifikasi dapat dilihat pada gambarberikut :
Gambar 2 Alur Proses Gasifikasi secara Sederhana
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
3/22
3
Universitas Indonesia
Feedstock pada gambar yang berupa Municipal Solid Waste (MSW)
diproses ke dalam gasifier bersama dengan sejumlah kecil udara dan oksigen.
Pada akhirnya, output yang dihasilkan ialah syngas, dimana syngas dapat
digunakan untuk membangkitkan listrik dan dikatalisasi menjadi berbagai macam
produk.
Teknologi gasifikasi sebenarnya sudah ada dari pertengahan abad ke 17
dimana gas kota, produk gas yang dihasilkan dari batu bara (mengandung 50%
hidrogen, sisanya terdiri dari metana, karbon dioksida, dan karbon monoksida),
digunakan untuk tujuan pengcahayaan. Daerah pertama yang memanfaatkan gas
kota untuk pengcahayaan jalan ialah Pall Mall, London pada tanggal 28 Januari
1807. Tak lama setelah itu, kota Baltimore dan Maryland memulai pengcahayaan
gas komersil untuk rumah penduduk, jalan-jalan umum, dan pabrik pada tahun
1816. Pada saat perang dunia kedua, proses gasifikasi menjadi semakin penting
karena benua Eropa dilanda kekurangan minyak bumi, sementara Jerman mampu
membuat bahan bakar cair sintetis dari batu bara hasil gasifikasi. Selain itu, pada
1970, embargo minyak dari Arab membuat pemerintah Amerika mengembangkan
proyek gasifikasi secara besar-besaran. Pada saat ini, terdapat beberapa reaktor
IGCC (Integrated Gasification Combine Cycle) di seluruh dunia yang berfungsiuntuk membangkitkan listrik.
Hari ini, kebutuhan dunia akan sumber energi yang terbarukan
merupakan kunci utama kebangkitan dari sistem gasifikasi, setelah sistem ini
mengalami kemunduran yang signifikan akibat kemajuan bidang perminyakan.
Selain MSW, sistem gasifikasi mampu memproses biomass sebagaifeedstock dan
juga bisa menggunakan sampah jenis lain yakni Industrial Waste (IW). Hal ini
sangat memberikan manfaat yang sangat signifikan yakni mengurangi sampahyang masuk ke pembuangan.
Rangkuman proses gasifikasi dapat dilihat pada tabel berikut :
Rangkuman Gasifikasi
Gasifikasi membakar bahan bakar menjadisyngas.
Teknologi ini sudah digunakan hampir seabad namun pemakaian MSW sebagai
feedstockmasih terbatas.
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
4/22
4
Universitas Indonesia
Ada sedikitnya 42 perusahaan yang menawarkan teknologi gasifikasi yang mampu
menggunakan MSW sebagaifeedstock.
Penggunaan MSW sebagaifeedstockpertama kali digunakan pada tahun 1991 di
Taiwan.
Hal - hal penting lainnya
Biaya Modal $ 850 per ton (+- 40%)
Biaya Operasi $ 65 per ton (+- 45%)
Feedstock
ASR, biomass, black liquor, batu bara, limbah rumah sakit,
MSW, limbah organik, bahan plastik, PVC, lumpur, ban
Dibutuhkanpre-treatmentuntuk feedstock
Sulit untuk mempreoses alur sampah heterogen
JumlahDisposed
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
5/22
5
Universitas Indonesia
BAB 2
PROSES GASIFIKASI
Seperti yang sudah dijelaskan, proses gasifikasi merupakan proses
dekomposisi termal dari material berbasis karbon dalam keadaan kekurangan
oksigen, yang menghasilkansyngasuntuk kemudian dikonversi sesuai kebutuhan.
Proses gasifikasi dimulai dengan mempersiapkan feedstock yang dalam makalah
ini pada umumnya dianggap berupa limbah rumah tangga (MSW). Selain MSW,
feedstockjuga dapat berupa batu bara (coal) dan biomass.
Untuk sampah sebagai feedstock, sampah yang jauh lebih baik untuk
digunakan sebagai feedstock ialah sampah jenisfresh waste,bukan sampah yang
berasal dari landfill mining. Hal ini dikarenakan sampah jenis landfill mining
memiliki kandungan metana yang relatif tinggi dan unsur penyusunnya seperti C,
H, O, dan lain lain sudah mengalami perubahan sehingga nilai NHV (Net Heating
Value) yang ada menjadi lebih kecil.
Setelah feedstock siap, hal pertama yang harus dilakukan ialah
preprocessingyakni memisahkan sampah yang masih bisa digunakan dan didaur
ulang untuk tidak dimasukkan ke dalam gasifier. Setelah itu dilakukanlah prosesdrying dan degassing dimana material volatil dilepaskan dan proses ini terjadi
pada suhu 100-300 C. Feedstock selanjutnya dimasukkan ke dalam reaktor
(gasifier) dimana terdapat sumber panas pada suhu 1200-2200 F untuk
memproduksi syngas mentah, bottom ash, char, tar, dan beberapa jenis logam.
Untuk jenis thermal treatmentyang lain yakni pirolisis, proses dekomposisi sudah
berhenti sampai disini. Namun untuk gasifikasi, char dan zat cair dari hasil
pirolisis kembali diubah menjadi gas dengan menggunakan udara, oksigen,dan/atau uap. Perubahan ini disebut dengan reaksi gasifikasi dan bersifat
eksostermik. Jumlah oksigen yang dimasukkan sangatlah terkontrol, supaya reaksi
gasifikasi (pembakaran char dan zat cair pirolisis, eksostermik) dapat terus
berjalan sekaligus mampu memberikan panas yang cukup pada reaksi pirolisis
(endotermik). Suhu yang terjadi pada reaksi gasifikasi ini diperkirakan berada
diantara 1400-2800 F.
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
6/22
6
Universitas Indonesia
Tahap selanjutnya ialah pembersihan/oksidasi syngas dimana syngas
dibersihkan dari partikulat seperti sulfur, gas klorida, dan beberapa jenis logam.
Syngas yang sudah teroksidasi ini siap dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan
diantaranya sumber energi untuk pembangkit listrik dan dikatalisasi untuk
menghasilkan senyawa-senyawa tertentu.
Buangan dari proses gasifikasi pada umumnya berupa ash, slag, dan
beberapa jenis logam tergantung dengan suhu dari gasifier. Beberapa logam masih
bisa didaur ulang namun ashdan slagpada umumnya harus dibuang ke landfill,
yang mana hal ini merupakan salah satu kelemahan utama dari proses gasifikasi
ketika digunakan untuk manajemen MSW. Tahapan proses gasifikasi secara
lengkap dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 3 Tahapan Proses Gasifikasi
Produk hasil gasifikasi dapat dilihat pada gambar berikut :
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
7/22
7
Universitas Indonesia
Gambar 4 Hasil Gasifikasi secara Sederhana
Satu hal yang patut diingat ialah gasifikasi tidak sama dengan insinerasi.
Insinerasi secara harafiah hanyalah membakar feedstockdan menjadikannya abu.
Insinerasi menggunakan MSW sebagai bahan bakar, membakarnya dengan
banyak oksigen untuk membentuk panas dan CO2. Pada pabrik WTE, gas panas
tersebut dihasilkan untuk membuat uap, yang kemudian digunakan untuk
menghasilkan listrik. Sementara gasifikasi mengubah MSW menjadisyngas, yang
mana menjadi pembeda utama antara gasifikasi dan insinerasi. Pada gasifikasi,
MSW bukanlah bahan bakar melainkan feedstockuntuk proses konversi kimiawi
bersuhu tinggi. Syngas inilah yang dapat diproses untuk kemudian menjadi
produk dengan nilai komersil lebih tinggi.
Ada banyak variasi desain dari reaktor gasifikasi (gasifier). Perbedaan
utama dari jenis-jenis gasifier terletak pada :
a. Bagaimanafeedstock(terutama biomass) dimasukkan ke dalamgasifierdan
digerakkan di sekitarnya. Entah dimasukkan dari atas gasifier atau dari
samping, dan digerakkan entah dengan bantuan gravitasi atau aliran udara.
b.
Digunakan atau tidaknya oksigen, udara dan uap sebagaik oksidan.
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
8/22
8
Universitas Indonesia
c. Rentang suhu pada saatgasifierberoperasi.
d. Panas yang dihasilkan merupakan hasil dari pembakaran sebagian feedstock
dalam gasifier (directly heated) atau menggunakan bantuan eksternal
(indirectly heated).
e. Pengoperasian gasifier berada dibawah tekanan atmosfir atau justru diatas
tekanan atmosfir.
Berikut dijelaskan perbedaan gasifier berdasarkan kondisi pengaliran dan
bagaimana aliran udara masuk ke gasifier. Berdasarkan kondisi pengaliran di
dalam alat, tipe gasifier dapat dibedakan menjadi 3 jenis yaitu :
Fixed/Moving Bed
Bahan bakar karbon kering dimasukkan dari puncak reaktor. Selama
bahan tersebut perlahan masuk menuju wadah, ia bereaksi dengan uap dan
oksigen yang mengalir dalam arah yang berlawanan dengan bahan karbon. Bahan
bakar terus mengalami proses seperti ini sampai habis dan meninggalkan syngas
dalam temperatur rendah dan abu yang meleleh. Syngas memiliki temperatur
rendah karena panas hasil reaksi gasifikasi digunakan untuk memanaskan RDF
sebelum RDF masuk ke zona reaksi gasifikasi. Temperatur syngas yang keluar
oleh karena itu menjadi lebih rendah dari suhu yang dibutuhkan untuk konversi
utuh dari RDF.
Proses ini menghasilkan sedikit kontaminan nantinya akan di buang dari
syngas. Konfigurasi tipikal untuk dry dengan RDF berupa batu bara dari
fixed/moving beddapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 5Fixed/Moving Bed Gasifier
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
9/22
9
Universitas Indonesia
Beberapa masalah dapat ditimbulkan pada reaktor jenis ini oleh karena
ketidakseragaman aliran akibat aglomerasi partikel. Pada akhirnya seluruh
persoalan menyebabkan buruknya campuran antar fase, karbon yang tidak
bereaksi, titik panas, dan konversi energi yang lebih rendah.
Entrained Flow
Bahan bakar yang dimasukkan ke dalam reaktor dapat dimasukkan dalam
keadaan kering maupun basah (dicampur dengan air). Uap dan oksigen mengalir
dalam satu arah ke atas reaktor, reaksi gasifikasi kemudian terjadi sampai syngas
dengan temperatur tinggi keluar dari sisi reaktor. Slag leleh keluar dari bawah
reaktor.
Waktu operasi dari reaktor jenis entrained flow sangatlah pendek,
berkisar antara belasan sampai puluhan detik. Oleh karena waktu operasi yang
cepat, reaktor jenis ini harus beroperasi dalam suhu yang sangat tinggi untuk
memperoleh konversi bahan yang maksimum. Kebanyakan reaktor tipe entrained
flow menggunakan oksigen daripada udara. Rangkuman karakteristik dari reaktor
tipe entrained flowdapat dilihat sebagai berikut:
a. Suhu tinggi dalam operasi.
b. Adanyaslagleleh dalam syngas mentah.
c. Butuh oksidan dalam jumlah yang banyak.
d. Suhusyngasyang keluar sangat tinggi, dan
e.
Mampu men-gasifikasi coal (jika digunakan) tanpa terpengaruh urutan,
karakteristik pembakaran, dan kehalusan coal.
Ada tujuh reaktor entrained flow yang terdapat di pasaran saat ini,
masing-masing milik Conocco-Phillips E-Gas, GE, Shell, PrenfloTM, MHI,
Siemens, dan MPG. Sketsa dari reaktor tipe ini dapat dilihat pada gambar 7. Pada
tipe reaktor ini, partikel kecil yang tersebar luas dipanaskan sampai suhu tinggi
untuk menempuh reaksi gasifikasi yang cepat. Beberapa persoalan dalam reaktor
jenis ini : keharusan untuk menggunakan bahan bakar seragam dan pemisahan gas
dalam proses heat recovery. Volume gas yang dihasilkan didapat dari waktu
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
10/22
10
Universitas Indonesia
konversi untuk partikel rata-rata. Reaktor tipe ini juga memiliki efisiensi gas
dingin yang relatif rendah dan kebutuhan O2yang tinggi.
Gambar 6Entrained Flow Gasifier
Fluidized Bed
Pada dasarnya, uap dan oksigen mengalir keatas reaktor ketika bahan
bakar dimasukkan dan bahan bakar ini tetap berada di dalam selama reaksi
gasifikasi berlangsung. Dalam reaktor ini, terjadi pencampuran antara partikel
RDF yang baru dengan partikel yang sudah tergasifikasi sepenuhnya maupun
yang tergasifikasi sebagian. Pencampuran juga menjaga suhu sehingga menjadi
seragam sepanjang alas reaktor. Salah satu hal yang harus diperhatikan juga pada
reaktor ini ialah suhu pada alas harus lebih rendah daripada suhu pada saat
pencampuran RDF untuk mencegah aglomerasi partikel. Syngas dengan
temperatur sedang mengalir keatas sementara abu unmelt dikeluarkan dari bawah.
Konfigurasi tipe reaktorfluidized bedtipikal dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 7Fluidized Bed Gasifier
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
11/22
11
Universitas Indonesia
Fluidized bed gasifier dibagi lagi menjadi dua jenis yakni Bubbling
Fluidized Bed (BFB) dan Circulating Fluidized Bed (CFB). Pada BFB, udara
teralirkan ke bagian atas reaktor dengan menggunakan distributor plate, feedstock
masuk melalui unit input dalam reaktor. Feedstock dan udara akan bereaksi
dengan cepat membentuk syngas. Sedangkan pada CFB, partikel feedstock yang
sudah bereaksi dan terkumpul pada cyclone akan dialirkan kembali masuk unit
gasifikasi untuk kembali bereaksi dengan udara. Kecepatan udara dalam CFB
lebih tinggi dibanding dengan kecepatan pengaliran pada BFB.
Pada umumnya, cyclone hilir akan menangkap partikel-partikel yang
lebih besar saat partikel tersebut akan keluar, kemudian partikel dimasukkan
kembali ke dalam reaktor (CFB). Waktu operasi untuk reaktor fluidized-bed pada
umumnya lebih singkat dibanding dengan tipefixed-moving bed.
Secara hidrodinamis, tipe reaktor ini lebih rumit dibanding dengan tipe
fixed/moving dimana busa-busa gas terinduksi dan mengakibatkan pencampuran
seperti pada gambar di bawah :
Gambar 8 HidrodinamikaBubbling Fluidized Bed
Semakin baik pencampuran antara gas dan solid, akan semakin baik pula
transport antar fase dan semakin baik pula konversi dari bahan bakar menjadi
syngas-nya. Selain itu, pergerakan mekanik antara zat solid antara satu dan
lainnya menimbulkan abu dari partikel.
Selain berdasarkan kondisi pengaliran dan alas reaktor (bed), gasifier
juga diklasifikasikan berdasarkan cara masuk udara atau oksigen kedalamnya.
Klasifikasi tersebut dibagi menjadi : downdraft, updraft, dan crossdraft. Pemilihan
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
12/22
12
Universitas Indonesia
reaktor berdasarkan arah masuknya udara dilakukan berdasarkan bentuk bahan
bakar, ukuran, kandungan air, dan kandungan abu. Sketsa sederhana perbedaan
antara ketiga jenis reaktor dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 9 Tipe Gasifier berdasarkan Arah Aliran Udara
Keuntungan dan kerugian dari masing-masing tipe dapat dilihat pada
tabel berikut :
No Tipe Gasifier Keuntungan Kerugian
1Updraft
penurunan tekanan yang rendahsangat sensitif terhadap tar,moisture, dan moisture contentdar bahan bakar
efisiensi termal cukup tinggiwaktu menyalakan mesin cukuplama
kecenderungan untuk membentuk slag sedikitkemampuan reaksi yang rendahdengan beban gas yang banyak
2Downdraft
lebih fleksibel terhadap beban kerja desain harus cukup tinggi
tidak sensitif terhadap debu charcoaldankandungan tar dari bahan bakar
tidak feasible untuk partikelyang sangat kecil
3Crossdraft
tinggi desain rendah
sangat sensitif terhadap
pembentukan slag
respons yang sangat cepat terhadap penambahanbahan bakar penurunan tekanan sangat tinggi
produksi gas cukup fleksibel
Dalam konteks proses gasifikasi dilakukan untuk menciptakan bahan
bakar cair (dari syngas yang sudah ter-katalis), kita bisa membuat perbandingan
kecocokan performa dengan jenis gasifier yang digunakan. Beberapa parameter
yang digunakan ialah fleksibilitas feedstock, kualitas syngas yang dihasilkan,
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
13/22
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
14/22
14
Universitas Indonesia
BAB 3
EMISI UDARA, AIR, DAN PADAT AKIBAT PROSES GASIFIKASI
Proses gasifikasi menawarkan keuntungan yang signifikan dalam
pengurangan limbah sisa jika dibandingkan dengan proses pembakaran langsung.
Beberapa plant komersil yang ada di belahan dunia sudah mampu menunjukkan
performa yang positif ini. Meski begitu, limbah sisa proses gasifikasi tetap
dihasilkan dan harus diproses baik itu dimanfaatkan kembali atau dibuang.
Limbah dibagi menjadi tiga bagian besar : pencemar udara, pencemar air, dan
limbah padat. Rangkuman ketiga jenis pencemar dapat dilihat pada bagian berikut
:
Emisi Udara
Persoalan lingkungan yang paling kritis dalam teknologi pembakaran
sampah ialah tingkat pencemaran yang dilepas ke udara. Dalam hal ini, gasifikasi
memiliki banyak kesamaan dengan proses insinerasi. Emisi pencemar udara ini
meliputi :
a.
Polutan utama dalam pencemaran udara : SO2, NOx, CO, lead, PM.
b.
Emisi ionic : sulfat, ion yang mengandung nitrogen, chloride, fluoride,
phosphate, dancyanide.
c. Emisi yang tercipta dari proses pendinginan setelah pembakaran kertas dan
plastik : dioksin danfuran.
d. Emisi logam : mercurydan arsenic.
e.
Emisi organik :formaldehyde
f. Gas rumah kaca : CO2.
Beberapa material beracun diatas sangat berbahaya (terutama dioksin danfuran) meski konsentrasinya sangat rendah dan meski alat reduksi polusi udara
yang modern sekalipun tidak efektif dalam mengurangi emisi tersebut. Beberapa
pencemar yang lain seperti mercury dan dioksin sifatnya kuat dan terakumulasi,
mereka juga tidak bisa terdegradasi di lingkungan.
Berdasarkan ketentuanEnviromental Protection Agency(EPA) mengenai
polusi udara industri (Emission Factors AP 42), kita bisa menghitung jumlah
emisi udara yang dihasilkan oleh sebuahplantgasifikasi dalam satu tahun. Dalam
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
15/22
15
Universitas Indonesia
AP 42 sebenarnya tidak secara spesifik mencatumkan peraturan dapat digunakan
untuk plant gasifikasi, namun dalam hal ini plant gasifikasi dianggap sebagai
pembakaran dengan kondisi kekurangan oksigen. Jumlah emisi yang dihasilkan
dapat dilihat pada tabel berikut :
Polutan Tidak TerkontrolTerkontrol dengan
Electrostatic Precipi tator
PM 125195 pounds 12702 pounds
SO2 117895 pounds *
NO 115340 pounds *
Asam Hidrogen 78475 pounds *
CO 10913 pounds *
Mercury 204 pounds *
Nickel 201 pounds 37 pounds
Kromium 121 pounds 22 pounds
Lead 103 pounds -
Cadmium 88 pounds 17 pounds
Arsenic 24 pounds 4 pounds
Dioksin/furan 0.11 pounds 0.14 pounds
*sama seperti tidak terkontrol
Pencemar Air
Meski pencemar air dalam jumlah yang berlebihan sangat berbahaya dan
perlu diperhatikan oleh pemerintah, pencemar air akibat pembakaran sampah
justru cukup penting di tingkat lokal. Air dibutuhkan dalam siklus uap dari plant,
untuk boiler dan cooling water dan juga untuk kontrol emisi syngas. Plant
gasifikasi memiliki dua pencemar air utama yang mirip dengan plantpembakaran
batu bara. Jenis yang pertama ialah limbah cair dari siklus uap, termasuk siramanair dari sistem pemurnian feedwater boilerdan dari cooling tower. Pencemar ini
mengandung garam dan mineral yang terkonsentrasi dalamfeedwatermentah.
Jenis pencemar air yang kedua ialah air blowdown, dimana pada
umumnya mengandung zat solid dan gas yang terlarut dengan konsentrasi tinggi
dan berbagai jenis ion yang dihilangkan dari syngas seperti sulfit, chloride,
ammonia, dan cyanide. Hasil pengujian menunjukkan bahwa konsentrasi polutan
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
16/22
16
Universitas Indonesia
air yang dihasilkan masih aman untuk lingkungan, kecuali untuk zat-zat tertentu
seperti arsenic, cyanide, danselenium.
Limbah Padat
Jika kita membandingkan antara plant pembakaran batu bara dan plant
gasifikasi, pencemar padat yang dihasilkan akan jauh berbeda. Pencemar padat
pada plant pembakaran batu bara menimbulkan persoalan lingkungan yang
signifikan, dimana material beracun dapat bercampur dengan tanah dan muka air
tanah pada daerah pembuangan. Plant gasifikasi, terutama IGCC, menghasilkan
dampak yang lebih aman terhadap lingkungan. Produksi limbah padat terbesar
dari plant gasifikasi ialah slag, material hitam, seperti kaca, mirip pasir, dan
bisa dimanfaatkan untuk produk lain yang dapat dijual. Jumlah slag yang
diproduksi merupakan fungsi dari kandungan abu bahan bakar, sehingga batu bara
jika digunakan akan mengasilkan slag lebih banyak dibanding dengan arang
minyak bumi.
Selain slag, limbah padat yang diproduksi secara cukup banyak ialah
sulfur atau asam sulfur padat. Keduanya dapat dijual untuk membantu
mengimbangi biayaplant.
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
17/22
17
Universitas Indonesia
BAB 4
KONTROL EMISI UDARA PADA PROSES GASIFIKASI
Proses gasifikasi mengubahfeedstockdalam bentuk solid menjadi bahan
bakar dalam bentuk gas (syngas) dengan pelepasan energi panas secara serempak.
Proses ini menimbulkan emisi udara, yang berasal dari senyawa-senyawa tertentu
di dalam sampah. Keberadaan emisi ini merupakan hal yang wajar sebagai
konsekuensi dari proses pembakaran.
Pada umumnya, terdapat dua metode yang dapat digunakan untuk
mengontrol emisi udara hasil proses WTE secara umum yakni :
a.
Kontrol operasional : meningkatkan efisiensi proses pembakaran yang
bersangkutan sehingga menghasilkan emisi yang lebih tidak berbahaya.
b. SistemAir Pollution Control(APC) : ditempatkan pada akhir dari rangkaian
proses WTE dan berfungsi untuk menahan/treatemisi udara sebelum udara
buangan dilepas ke atmosfer.
Berdasarkan laporan akhir Waste to Energy : A Technical Review of
Municipal Solid Waste Thermal Treatment Practices yang dibuat oleh Stantec
pada tahun 2011, teknologi gasifikasi masih cukup langka ditemukan di belahandunia dibandingkan dengan insinerasi. Oleh karena itu, sistem kontrol emisi udara
sangat bergantung dengan teknologi gasifikasi khusus yang sedang ditinjau.
Berikut pembahasan singkat mengenai kedua metode untuk proses gasifikasi
dengan gasifier milik Nippon Steel di Jepang :
Operational Controls
Menggunakan Direct Melting System yang beroperasi sebagai berikut :MSW dimasukkan ke dalam tungku pembakaran (melalui crane) bersamaan
dengan arang dan batu kapur sesuai dengan kebutuhan. Sampah kemudian dibakar
di dalam tungku dan sinyal burden-level meter (dipasang di dalam tungku)
menunjukkan tingkat pembakaran yang terjadi di dalam. Pada dasar tungku,
material yang sudah meleleh dibawa ke granulator dan dipisah menjadi slagdan
logam. Syngas yang tercipta kemudian dibersihkan, flue gas yang dihasilkan
dibawa ke APC terlebih dahulu sebelum dilepas ke atmosfer melalui cerobong.
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
18/22
18
Universitas Indonesia
Paparan diatas menunjukkan bahwa kontrol operasional dari teknologi
gasifikasi Nippon Steel hampir didominasi oleh cara digital. Berikut beberapa
penggunaan teknologi digital lain yang terdapat pada plant gasifikasi Nippon
Steel :
a. Laju pemberian (feeding) sampah, arang, dan batu kapur serta laju
pembentukan residu leleh direkam untuk memastikan laju feeding yang
tepat.
b. Tekanan dan suhu pada tungku dan bilik pembakaran, serta aliran udara
yang diberikan pada kedua tempat tersebut semuanya dikontrol terus-
menerus untuk menjamin tingginya efisiensi.
c.
Komposisi syngas yang meninggalkan tungku (CO, CO2, O2, CH4, H2) dan
komposisi limbah yang meninggalkan bilik pembakaran (CO2, O2, CO,
NOx) juga terus-menerus dikontrol.
Seluruh data dikirim ke komputer-komputer kontrol dan digunakan untuk
analisa nyata untuk memperoleh keseimbangan material serta memastikan plant
gasifikasi beroperasi pada efisiensi optimal.
APC (Air Pollution Control) System
Kebutuhan dan tipe sistem APC yang akan digunakan untuk fasilitas
gasifikasi sangat bergantung kepada apakah syngas yang diproduksi akan
digunakan onsiteuntuk pembuatan energi (dalam kasus seperti ini, beberapa tipe
APC dibutuhkan) atau syngas dipindahkan untuk digunakan secara off-site. Jika
syngasdipindahkan dan digunakan untuk tujuan lain (contoh : produksi hidrogen
atau methanol) maka tidak akan ada emisi udara akibat operasiplantgasifikasi.
Dalam makalah ini akan didiskusikan sistem APC yang ada di fasilitasgasifikasi Nippon Steel, Jepang, dimana sistem ini sangat representatif untukplant
dengan pemakaian syngas onsite. Sistem APC tipikal yang digunakan ialah
sebagai berikut : setelah melalui bilik pembakaran, gas didinginkan di dalam
conditioning tower (wet spray type). Gas yang sudah dingin kemudian melewati
sebuah bag filter (untuk menghilangkan PM) dan setelahnya, NOx dikurangi
melalui alat SCR (Selective Catalytic Reduction) sebelum pada akhirnya flue gas
dibuang ke atmosfer melalui cerobong. Pada beberapa demonstrasi, Nippon Steel
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
19/22
19
Universitas Indonesia
menggunakan electronic precipitator (medan listrik untuk menangkap PM) dan
tidak menggunakan bag filter. Sistem APC yang digunakan Nippon Steel
sangatlah mirip dengan fasilitas insinerasi meski beberapa tahap umum tidak ada
(contoh : activated carbon injection).
Sistem lain yang sangat representatif untuk pemakaian gas onsite ialah
teknologi thermoselect. Teknologi thermoselect ialah mesin gas berefisiensi tinggi
yang digunakan di tempat untuk mempreoduksi listrik dengan membakar syngas.
Pada kasus ini, gas yang keluar dari mesin akan melewati SCR untuk mengurangi
kadar NOx. Konverter katalis juga digunakan untuk mengurangi emisi CO
(mengubahnya menjadi CO2). Sebagai alternatif, syngas dapat juga digunakan di
tempat melalui boiler uap. Flue gas yang dihasilkan akan melewati SNCR
(Selective Non-Catalytic Reduction) untuk mengurangi kandungan NOx dan
sebuah unit dry adsorptionuntuk mengurangi SO2 dan emisi mercury.
Pembersihan syngas melalui teknologi thermoselect sangatlah
menyeluruh dan mengurangi kontaminan pada syngas secara signifikan,
karenanya mencegah kemungkinan terlepasnya material tidak diinginkan tersebut
ke atmosfer. Kelebihan yang lain, proses thermoselecttidak menghasilkan limbah
cair.
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
20/22
20
Universitas Indonesia
BAB 5
KESIMPULAN
Proses gasifikasi menawarkan recovery energi yang signifikan dan
pengurangan emisi dari bahan bakar yang digunakan. Proses ini dianggap sebagai
alternatif yang menarik untuk thermal treatment dari berbagai jenis feedstock.
Dari pembahasan materi yang sudah dipaparkan, dapat ditarik beberapa
kesimpulan sebagai berikut :
a.
Pertumbuhan sampah akibat konsumerisme manusia, terbatasnya area untuk
pembuangan sampah, kebutuhan energi global yang terus meningkat seiring
perkembangan zaman, dan semakin terbatasnya ketersediaan fossil fuel
mendorong manusia untuk terus mengembangkan proses Waste to Energy
(WTE).
b. Proses WTE dapat dibagi menjadi empat yakni: direct combustion,
thermochemical treatment, physicochemical treatment, dan biochemical
treatment. Kesemuanya menghasilkan energi panas yang dapat
dimanfaatkan untuk beragam kebutuhan.
c.
Salah satu proses thermal treatment yakni gasifikasi ialah: prosesdekomposisi thermal pada material berbasis karbon dalam keadaan
kekurangan oksigen (sedikit pembakaran) untuk menghasilkan gas sintetis
atausyngas.
d. Input dari proses gasifikasi dapat berupa MSW, batu bara, dan biomass.
Output yang dihasilkan berupasyngas. Bottom output berupa ash, slag, dan
beberapa jenis logam.
e.
Perbedaan utama proses gasifikasi dan insinerasi: insinerasi mirip denganpembakaran feedstock untuk recovery energi dan menjadikannya abu.
Gasifikasi mengubah feedstock menjadi syngas, yang mana memiliki nilai
komersil yang lebih tinggi.
f.
Ada banyak tipe reaktor gasifikasi (gasifier) yang dapat digunakan sesuai
dengan kebutuhan. Berdasarkan alas reaktor (bed), gasifier dibagi menjadi :
fixed/moving bed, fluidized bed, dan entrained flow. Berdasarkan cara
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
21/22
21
Universitas Indonesia
masuk udara atau oksigen ke dalamnya, gasifier dibagi menjadi: updraft,
downdraft, dan crossdraft.
g.
Proses gasifikasi menawarkan keuntungan yang signifikan dalam
pengurangan limbah sisa jika dibandingkan dengan proses pembakaran
langsung. Meski begitu, limbah sisa proses gasifikasi tetap dihasilkan dan
harus diproses baik dimanfaatkan kembali atau dibuang. Limbah dibagi
menjadi tiga bagian besar: pencemar udara, pencemar air, dan limbah padat
h. Kontrol emisi udara pada proses gasifikasi dibagi menjadi dua bagian besar:
operational control dan Air Pollution Control (APC) System. Operational
control meningkatkan efisiensi pembakaran yang bersangkutan sehingga
pembakaran menghasilkan emisi yang lebih tidak berbahaya. Sistem APC
digunakan pada akhir dari rangkaian proses WTE dan berfungsi untuk
menahan/treatemisi udara sebelum udara buangan dilepas ke atmosfer.
i. Operational control pada plant gasifikasi Nippon Steel, Jepang :
menggunakan alat-alat digital yang mengirimkan data ke komputer kontrol.
Data kemudian dianalisa untuk memperoleh keseimbangan material serta
memastikanplantgasifikasi beroperasi pada efisiensi optimal. Sistem APC :
terdiri dari conditioning tower, bag filter / electronic precipitator, dan SCR.
-
7/24/2019 Makalah WTE - Wisnu Pratama Putra
22/22
22
DAFTAR PUSTAKA
Andari, G. 2013. Slide Kuliah : WTE Minggu 1. FTUI, Depok.
Andari, G. 2013. Slide Kuliah : WTE Minggu 2. FTUI, Depok.
Belgiorno, V, et all. 2002. Energy From Gasification of Solid Wastes, Pergamon.
Breault, Ronald. 2010. Gasification Processes Old and New : A Basic Review of
The Major Technologies, NETL-US, Morgantown, USA
Chopra, Sangeeta et all. 2007. A Review of Fixed Bed Gasification System for
Biomass, The CIGR Journal, Ludhiana, India.
DECC. 2009. Review of Technologies for Gasification of Biomass and Wastes :
Final Report, NNFCC.
Gasification Technologies Council. 2011. Gasification : The Waste to Energy
Solution, Gasification Technologies Council, Arlington, VA 22203.
National Energy Technology Laboratory. 2002. Major Enviromental Aspects of
Gasification-Based Power Generation Technologies : Final Report, US
Department of Energy.
Phillips, Jeffrey. 2009. Different Types of Gasifiers and Their Integration with
Gas Turbines, EPRI / Advanced Coal Generation, NC 28221.Rajvanshi, Anil K. 1986. Biomass Gasification, CRC Press, Maharasthra, India.
Stantec. 2011. A Technical Review of Municipal Solid Waste Thermal
Treatment Processes. Environment Quality Branch, Victoria BC.
The Blue Ridge Enviromental Defense League. 2009. Waste Gasifiaction :
Impact on The Environment and Public Health, The Blue Ridge
Enviromental Defense League, North Carolina, USA.
Young, Gary. 2010. Municipal Solid Waste to Energy Conversion Processes.John Wiley & Sons, New Jersey.
http://alternativefuels.about.com/od/researchdevelopment/a/gasification.html
http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/gasification/gasifipedia/7-
advantages/index.html.
http://alternativefuels.about.com/od/researchdevelopment/a/gasification.htmlhttp://alternativefuels.about.com/od/researchdevelopment/a/gasification.html