i. pengantar

Prarancangan Pabrik Syngas dari Sampah Kota
Kapasitas Bahan 150.000 ton/tahun
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Masalah lingkungan hidup menjadi hal yang paling banyak disorot di dunia akhirakhir ini. Era industrialisasi yang sudah berlangsung hampir 200 tahun menyebabkan
banyak
pabrik-pabrik
didirikan
tanpa
memperhatikan
aspek
keberlangsungan
lingkungan hidup. Akibat-akibat yang ditimbulkan pun mulai dirasakan oleh generasi ini
seperti perubahan iklim, global warming, limbah-limbah yang mencemari lingkungan,
serta pola hidup konsumtif yang menimbulkan masalah baru yaitu penumpukan sampah.
Sampah perkotaan yang makin menumpuk menjadi tantangan baru yang harus
dihadapi pemerintah karena bila tidak dikelola dengan baik akan menimbulkan berbagai
masalah kesehatan dan pencemaran lingkungan atau bahkan bencana alam seperti banjir.
Namun di sisi lain bila dikelola dengan baik, sampah kota dapat diolah menjadi produkproduk yang memiliki nilai tambah. Sampah-sampah anorganik seperti logam dan
plastik dapat di-recycle atau digunakan ulang sedangkan sampah organik dapat diproses
melalui proses fermentasi ( baik aerobik maupun anaerobik) menjadi etanol dan biogas.
Biogas yang sebagian besar terdiri atas gas metana (CH4) merupakan bahan baku utama
pembuatan syngas.
Syngas adalah gabungan dari gas karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2).
Syngas sendiri dibutuhkan sebagai bahan baku pembuatan amonia dalam industri pupuk.
Selain untuk industri pupuk, syngas juga bisa digunakan sebagai bahan baku untuk
sintesis metanol.
Pendirian pabrik syngas dari sampah kota di Indonesia diharapkan akan
mengurangi masalah-masalah yang timbul akibat pengelolaan sampah yang kurang
memadai serta dapat menghasilkan sumber energi baru yang terbarukan. Selain itu
syngas sangat dibutuhkan sebagai bahan baku dalam industri berbasis petrokimia
sehingga mampu mengembangkan industri tersebut.
Saat ini belum ada data yang pasti mengenai berapa besar kebutuhan syngas di
Indonesia, namun produk syngas sendiri merupakan bahan bakar gas dan juga bahan
baku industri petrokimia.
1
Prarancangan Pabrik Syngas dari Sampah Kota
Kapasitas Bahan 150.000 ton/tahun
B. Tinjauan Pustaka
i. Sampah Kota
Sampah kota memiliki jenis, ukuran dan wujud yang berbeda-beda. Sampah kota
dihasilkan oleh penduduk di perkotaan dan terdiri dari 2 jenis, yaitu sampah organik dan
sampah anorganik. Sampah organik umumnya berasal dari sisa makanan, kotoran hewan,
kertas, dll. Sedangkan sampah anorganik biasanya dihasilkan dari industri di perkotaan
seperti logam bekas dan tak terpakai (berupa karat besi, sisa aluminium, baja dll).
Sampah anorganik dari penduduk umumnya berupa plastik, kaca, keramik dll.
ii. Biogas
Biogas merupakan senyawa gas yang komponen utamanya adalah methane
(CH4). Selain methane, terdapat gas karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S),
amonia (NH3) dan sedikit impurities lainnya.Komposisi utama dari biogas adalah gas
metana (CH4) sebanyak 55-70% dan karbondioksida (CO2) 30-40% (Deublein dan
Steinhauser, 2008).
Biogas dihasilkan oleh pemecahan senyawa-senyawa organik oleh bakteri secara
anaerobik (tanpa adanya oksigen) melalui proses biokimia yang cukup rumit dan
kompleks. Paling tidak ada 4 tahapan proses yang dilalui oleh senyawa organik agar
dapat berubah menjadi biogas (Deublein dan Steinhauser, 2008).
. Tahapan-tahapan tersebut adalah:
1. Hidrolisis : Pada tahapan ini senyawa-senyawa yang tidak mudah larut
seperti selulosa, protein dan lemak dipecah menjadi monomer-monomer oleh
bakteri anareobik
2. Acidogenesis : Monomer yang dihasilkan pada tahap hidrolisis didegradasi
lebih lanjut menghasilkan asam organik rantai pendek, molekul-molekul C1C5 (asam butirat,asam propionat,asam asetat), alkohol, hidrogen dan
karbondioksida.
3. Acetogenesis : Produk dari fase acidogenesis digunakan sebagai substrat oleh
bakteri lain pada fase acetogenesis. Pada fase ini mikroorganisme secara
konstan mengubah gas H2 dan CO2 menjadi asam asetat
4. Methanogenesis : Pada fase yang keempat terjadi pembentukan gas metana
dalam kondisi anaerobik. Pada fase ini senyawa-senyawa asetat diubah
menjadi metana dengan kondisi reaksi yang eksotermis.
2
Prarancangan Pabrik Syngas dari Sampah Kota
Kapasitas Bahan 150.000 ton/tahun
iii. Syngas
Syngas adalah gabungan dari gas karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2).
Syngas sendiri dibutuhkan sebagai bahan baku pembuatan amonia dalam industri pupuk.
Selain untuk industri pupuk, syngas juga bisa digunakan sebagai bahan baku untuk
sintesis metanol. Salah satu bahan baku pembuatan syngas adalah biogas.
iv. Pembuatan Syngas dari Sampah Kota
Syngas dapat dibuat dari biogas. Sementara itu biogas dapat diperoleh dengan
cara proses fermentasi sampah kota secara anaerob (tanpa memerlukan oksigen). Setelah
biogas dihasilkan maka dapat diproses lebih lanjut menjadi syngas. Proses ini
dinamakan upgrading. Upgrading ini bertujuan untuk menghilangkan gas-gas yang
tidak diinginkan terutama gas H2S sehingga syngas yang akan diproses memiliki tingkat
kemurnian yang cukup tinggi. Selain itu adanya senyawa H2S yang bersifat korosif juga
dapat merusak alat sehingga harus dihilangkan (Nijaguna,2002). Barulah biogas bisa
diproses menjadi syngas.
C. Pemilihan Proses
Biogas sendiri hanya bisa dibuat dengan proses fermentasi. Fermentasi sampah
kota dalam digester menghasilkan biogas dan juga digestate yang dapat dimanfaatkan
sebagai pupuk organik. Selanjutnya biogas dibersihkan dari impurities utamanya H2S
dan NH3.
Ada banyak proses yang dapat dilakukan dalam meng-upgrading biogas seperti
dengan water scrubbing, chemical absorption, pressure swing adsorption, molecular
sieve, dan lain-lain (Deublein dan Steinhauser, 2008). Dengan melalui proses upgrading
maka nilai kalori dari biogas (calorific value) dapat bertambah dan penggunaannya
dapat menjadi lebih luas seperti untuk bahan bakar gas untuk kendaraan (BBG) dan
sumber bahan bakar pembangkit listrik.
Di dalam prarancangan pabrik ini digunakan proses water scrubbing karena
kelarutan CO2 dan H2S dalam air lebih tinggi daripada kelarutan CH4 dalam air sehingga
air dapat digunakan sebagai absorben. Selain itu sumber air di Indonesia juga masih
cukup melimpah serta biaya investasi dan operasional yang dibutuhkan untuk proses ini
tidak terlalu besar (Deublein dan Steinhauser, 2008). CO2 yang masih tersisa dalam
3
Prarancangan Pabrik Syngas dari Sampah Kota
Kapasitas Bahan 150.000 ton/tahun
biogas bisa digunakan sebagai bahan baku proses pembuatan syngas dengan cara dry
reforming (CO2 reforming).
Ada beberapa cara dalam proses pembuatan syngas selain dry reforming seperti
diatas yaitu steam reforming, Catalytic Partial Oxidation (CPOx), dan gasifikasi
biomassa.
Proses steam reforming sendiri umumnya sudah dilakukan di industri. Reaksi
yang terjadi adalah :
CH4 + H2O
→
CO + 3H2
ΔH = +206 kJ/mol
.....(1)
ΔH = -41 kJ/mol
.....(2)
Selain itu juga terjadi reaksi water gas-shift :
CO + H2O
→
CO2 + H2
Proses catalytic partial oxidation adalah proses terbarukan yang dilakukan
industri sebagai tindak lanjut konversi energi bahan bakar cair ke gas (GTL). Proses ini
merupakan reaksi eksotermis dengan persamaan reaksi :
CH4 + 0,5 O2 →
CO + 2H2
ΔH = -38 kJ/mol
.....(3)
Pada CO2 Reforming, proses ini sudah digunakan sejak era Revolusi Industri
sebelum adanya proses steam reforming. Reaksi yang terjadi :
CH4 + CO2
→
2CO + 2H2
ΔH = +247 kJ/mol
.....(4)
Proses yang lainnya adalah gasifikasi biomassa, dimana proses reaksinya sebagai
berikut :
C + O2
→
CO2
ΔH = -393 kJ/mol
.....(5)
2H2 + O2
→
2H2O
ΔH = -242 kJ/mol
.....(6)
C + CO2
→
2CO
ΔH = +164,9 kJ/mol .....(7)
C + H2O
→
CO + H2
ΔH = +122,6 kJ/mol .....(8)
CO2 + H2
→
CO + H2O
ΔH = +42,3 kJ/mol
.....(9)
Keuntungan dan kerugian masing-masing proses dijabarkan pada tabel berikut:
4
Prarancangan Pabrik Syngas dari Sampah Kota
Kapasitas Bahan 150.000 ton/tahun
Tabel 1.1 Perbedaan Berbagai Proses Pembuatan Syngas
No
Parameter
Gasifikasi
Biomassa
Steam
Reforming
CO2
Reforming
Catalytic
Partial
Oxidation
Aspek Teknis
Methane
Steam
Methane
CO2
Methane
Udara
Tekanan Reaksi
Sampah
Udara
Steam
30-80 bar
20-30 bar
3
Suhu Reaksi
800-1800°C
500-900°C
25-80 bar
1150°15000C
4
Sarana
Pembantu
20-40 bar
500950°C
Katalis
Ni/Pt dan
Al
Syngas
(Rasio
H2/CO =
1:1)
1
Bahan Baku
2
5
1
2
3
4
Produk
Investasi
Biaya operasi
Harga bahan
baku
Jumlah produk
samping
Katalis Pt/Ni
Katalis Ni
Katalis
Fe3O4
Syngas
(Rasio
Syngas
H2/CO =
(Rasio H2/CO
2:1)
= 3:1)
Karbon
(Abu) + tar
CO2
H2O
CO2
Aspek Ekonomi
Tinggi
Tinggi
Tinggi
Tinggi
Rendah
Sangat
Banyak
Katalis Ni
dan Co
Syngas
(Rasio
H2/CO =
2:1)
CO2
CO2
Karbon
Karbon
Tinggi
Tinggi
Tinggi
Tinggi
Rendah
Rendah
Rendah
Banyak
Sedikit
Banyak
CO2 Reforming dipilih dengan pertimbangan proses ini menghasilkan produk
samping (karbon) yang cukup sedikit dan cocok untuk produksi skala besar serta rasio
volum CO dan H2 mendekati 1:1. Katalis yang digunakan adalah katalis Ni/Al2O3. Maka
reformer yang dipakai menggunakan jenis fixed bed multitube agar transfer panas dan
proses reaksi berjalan dengan baik. Proses ini bersifat endotermis sehingga butuh panas
yang cukup besar. Reaksi berlangsung dengan range tekanan antara 20-40 bar dan range
suhu operasi di kisaran 500-9500C. Dengan pertimbangan tersebut maka biaya untuk
maintenance yang dibutuhkan tidak terlalu besar (Kirk & Othmer, 1977).
5