Potensi biomass sebagai sumber energi

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)
Biomass
Konsumsi 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 Dampak dan Keuntungan
•
•
•
•
•
Potensi Dampak:
Gangguan bau
Emisi gas rumah kaca
Isu kesehatan dan
dampak toksik
Potensi ledakan
Tekanan terhadap
tanaman
•
•
•
•
•
Potensi Keuntungan:
Penggunaan langsung
sebagai bahan bakar
Produksi tenaga listrik
Pendukung sistem
perpipaan gas
Pengganti bahan bakar fossil
Dihasilkannnya produk
tersintesis spt methanol
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 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
Rekasi Methanogenesis
CH3COO- + H2O ---> CH4 + HCO3acetate
+ 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 Landfill
Goal: Keep Liquids Out
CH4, CO2
Cap
Buried Waste
(little decomposition)
Liner and Leachate
Collection system
Leachate to
Treatment 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 Landfill
Goal: Rapid Stabilization
CH4, CO2
Leachate
Recirculation
Cap
Buried Waste
(rapid decomposition)
Liner and Leachate
Collection System
Leachate to
Treatment Plant
Schematic Shows Anaerobic Operation
Anaerobic Landfill Bioreactor
Schematic
Gas Production
Bioreactor Landfill
Conventional Landfill
0
10
20
Time (Years)
30
40
Sumur Ekstraksi Landfill Gas
• 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
Landfill Gas Recovery
Pemanfaatan 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 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:
Cleaver Brooks 20,000 lb/hr Boiler
• Panjang pipa
• Sistem pengumpulan di
lokasi
Produksi Listrik
Caterpillar 3516 800 kW genset
• 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
Combustion Gas Turbine
Solar 3 MW
Gas Turbine
Milwaukee,
WI
Steam Turbine
50 MW
Steam
Turbine
Whittier, CA
Peningkatan 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