Daur Ulang Limbah Minggu ke-10

Pendahuluan Tiga bentuk utama dari energi berbasiskan biomassa: 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): Konsumsi energi terbarukan (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 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 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 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 Leachate Recirculation CH4, CO2 Cap Buried Waste (rapid decomposition) Liner and Leachate Collection System Leachate to Treatment Plant Schematic Shows Anaerobic Operation

Anaerobic Landfill Bioreactor Schematic

Bioreactor Landfill Gas Production Conventional Landfill

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 Landfills produce methane through the anaerobic digestion of the organic waste found in sanitary landfills. These include paper products, grass clippings, and other organic materials. The gas that landfills produce is both large - in terms of cubic feet per day - as well as consistent in terms of the methane content of the gas. Landfill gas is about 50% methane, having a heat content of approximately 500 Btu per cubic foot. That makes it an inexpensive source of energy. 3

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: Panjang pipa Sistem pengumpulan di lokasi Cleaver Brooks 20,000 lb/hr Boiler

Produksi 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 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