Fermentasi Kering Dalam Konfigurasi Teknologi Pengolahan Sampah Skala Kota, Membangun Industri Pupuk Mandiri Energi

Konversi material sampah, limbah dan biomassa menjadi produk baru yang memberi manfaat secara ekonomi, sosial dan lingkungan ditawarkan pada ragam teknologi (multi teknologi) dan multi skala. Pengalaman panjang PT Cipta Visi Sinar Kencana dalam penyediaan teknologi olah sampah sejak 2004, telah membawa kepada kesimpulan bahwa Biodigester, Piroliser, Komposter, Gasifier [Biophos_kkoGas], dalam berbagai konfigurasinya memberikan bukti bagi efektifitas dan efisiensi serta tercapainya mekanisme pembangunan bersih CDM (Clean Development Mechanism) pengelolaan limbah, sampah dan biomassa.

Berdasar pencermatan atas ragam teknologi pengolahan sampah di berbagai negara, hampir dapat disimpulkan bahwa mazhab di negara-negara Anglo Saxon (Eropa) dan Amerika, sejalan kebutuhan di masyarakat yang bertumbuh industrinya adalah konversi sampah (waste to energy) bagi pembangkitan (generator) listrik.  Pengolahan sampah jenis organik, melalui biodigester skala besar (bagi perolehan bahan bakar methan/ biogas), sementara jenis an-organik dikonversi menjadi tenaga listrik melalui teknologi gasifikasi menghasilkan bahan bakar H2 dan CO (syn gas).

Konversi tiap 1 m3 Biogas Menjadi 2.93 KWH Listrik

Berbeda dengan itu, Asia dan khususnya berkiblat ke negara Jepang, lebih mengandalkan pada pembangkitan listrik dari sampah melalui alternator dan turbin. Dengan itu, konversi sampah menjadi energi (waste to energy) di Jepang, China, dan Singapura memiliki arah berbeda dengan Eropa dan Amerika, teknologi pembakaran (insenerator). Pemanasan boiler menghasilkan uap dan selanjutnya menggerakkan turbin. Teknik pembakaran (insenerator) ini pernah populer walaupun, masa kini, banyak melahirkan kritik para penggiat lingkungan. Termusnahkan dengan pembakaran bersama material plastik dan biomassa lainnya, terputusnya siklus materi organik untuk kembali menjadi nutrisi kepada alam dan pertanian. Padahal, seperti diketahui, bagi negara sedang berkembang, komposisi terbesar sampah kota adalah jenis organik (biowaste) tersebut.

Teknologi terlahir dari ikhtiar manusia memenuhi kebutuhan pada kondisi dan masanya. Bagi negara maju, khususnya dalam penyediaan pangan perkotaan, pertanian telah menyediakan bahan pangan tanpa limbah dibawa ke pusat konsumsi (perkotaan). Seperti standar di supermarket, bahan pangan disediakan dalam kemasan (makanan dan minuman kaleng, siap saji dan siap konsumsi). Dengan demikian jenis sampah kota akan didominasi kertas, styrofoam, kaleng, plastik/ srink dan karton. Jenis sampah kering ini tentu saja sangat efisien ketika dijadikan energi melalui gasifikasi menghasilkan Syn Gas. Kandungan H2 dan CO pada Syn Gas efektif bagi pemenuhan bahan bakar pembangkit panas (burner) maupun generator berdaya besar.

Demikian juga ketika pertanian di negara maju menyelenggarakkan handling pangan (sortasi, gradding dan packing) di sumber produksi, limbah pertanian skala besar akan berada di pusat produksi (sentra pertanian) dan itu akan sangat relevan serta efisien memanfatkan teknologi komposter serta biodigester . Karenanya dapat kita lihat pemandangan di berbagai negara maju terdapatnya reaktor biodigester skala besar ( ribuan m3) sebagai penyedia biogas dalam pembangkit listrik tenaga biomassa dan pupuk organik, berada di perdesaan dan sentra pertanian. 

Lihat perbandingan negara maju dan berkembang akan komposisi sampah ( tabel 1)

Berbeda dengan negara maju, bagi Indonesia dan negara sedang berkembang, komposisi organik nampak mendominasi komposisi sampah domestik. Belum berkembangnya penanganan panen (sortir, grading dan pengemasan) di sentra pertanian, sampah dan limbah terbawa bahan pangan ke pusat konsumsi perkotaan. Dan, ditambah dengan rendahnya  perilaku serta jadi makin sulitnya kegiatan pemilahan dari aneka material tercampur jenis organik yang cepat membusuk (perishable), makin menambah sulitnya penyelesaian sampah kota. Keberadaan jenis sampah organik di perkotaan adalah perbedaan mendasar Indonesia dibanding negara maju diatas. Diketahui, jenis organik adalah penyebab masalah utama sampah itu sendiri yakni menimbulkan bau, menghasilkan air lindi dan, selanjutnya, menyulitkan ikhtiar pemilahan di sumbernya.

Mengadopsi mutlak teknologi luar tanpa penyesuaian dengan kondisi lokal (reserve) tentu akan sangat beresiko. Karakter dan komposisi sampah Indonesia memerlukan konfigurasi teknologi berbeda dibanding di negara maju. Penyusunan konfigurasi aneka teknik teknologi konversi berdasar jenis dan volume sampah masing2 menjadi sangat penting. Setiap skala dan karakteristik sampah memiliki kebutuhan teknologi dan penanganan (handling) berbeda antara satu dan lainnya. Guna memperkaya khazanah berbagai pihak terkait kewenangan pengolahan sampah di Indonesia dan negara sedang berkembang pada umumnya, berikut dikenalkan metoda Biophos_kkoGas.

Tahapan Pemilahan dengan Conveyor dan Mesin Magnetic Separator dikombinasi Tenaga Manusia (Manual)

Tahap  Menyiapkan Aneka Jenis Sampah AnOrganik dan Biomassa Kering dengan Mesin Penggiling dan Penghancur Schredder Machine Guna Menghasilkan Densitas dan Kepadatan Massa Bagi Pembangkitan Energi Panas Gasifikasi

Konfigurasi Biophos_kkogas sangat ditentukan oleh skala dan karakter sampah target. Secara umum, bagi kondisi sampah (domestik) Indonesia dan negara sedang berkembang pada umumnya akan diperlukan :

Conveyor pemilah dan pemisah logam (magnetic separator) memegang peranan penting bagi perolehan sampah per jenisnya sehingga menentukan pilihan teknologi konversi berikutnya

Mesin Penggiling dan Penghancur (Schedder Machine), Pencacah Organik dan Pencacah Plastik (Chruser) menyiapkan aneka jenis sampah anorganik dan biomassa kering menghasilkan densitas dan kepadatan massa bagi pembangkitan energi panas melalui proses gasifikasi, pirolisis dan biodigester.

Biodigeter, teknik pembangkitan biogas pada reaktor pencerna kedap udara ( metoda dry dan wet) dengan bantuan mikroba sebagai aktivator pembangkit methan, terbukti efektif mentuntaskan material mudah terurai (degradable) dan mudah membusuk (perishable). Dalam kelompok ini termasuk sampah domestik seperti sisa makanan, limbah dan biomassa segar di perkotaan, gulma kebun, gulma perairan, sisa pengolahan industri hasil pertanian maupun tumbuhan sisa panen pertanian, perkebunan, perikanan, peternakan dan kehutanan

Piroliser, alat bagi berjalannya teknik termo kimia pirolisis mengubah materi padat menjadi fasa gas melalui proses dekomposisi kimia bahan organik dengan pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas, selanjutnya di kondensasi akan menjadi fasa cair (minyak).

Komposter, alat dalam proses dekomposisi dibantu oleh (aktivator) mikroba yang mengurai materi tanaman, air dan keberadaan oksigen (aerasi) yang tepat secara teratur mengubah materi organik menjadi cairan dan kompos padat.

Gasifier, alat yang melakukan proses gasifikasi yakni proses yang mengubah bahan bakar organik atau fosil berbasis bahan karbon menjadi karbon monoksida (CO), hidrogen (H2) dan karbon dioksida (CO2). Hal ini dicapai dengan mereaksikan bahan pada suhu tinggi (700 ° C), tanpa pembakaran, dengan jumlah yang terkontrol oksigen dan / atau uap. Pilihan keluaran proses gasifikasi dapat dimanfaatkan tergantung kebutuhan, menghasilkan bahan bakar Syn Gas bagi generator pembangkit listrik atau panas (burner). Dengan pembakaran kedua atas Syn Gas (H2,CO) dilakukan dalam reaktor akan dihasilkan panas tinggi bagi reaksi pirolisis. 

Mesin Pupuk Organik Granul (POG), keluaran material baru dengan skala terbesar sampah kota Indonesia adalah kompos hasil konversi sampah organik. Jenis ini dapat dimanpatkan, dipadatkan densitas dan disajikan disesuaikan dengan kebutuhan dan permintaan pasar. Permintaan sektor ekonomi pertanian dan perkebunan akan bentuk pupuk organik granul (POG), hasil proses granulasi dan pemadatan, sementara bagi kepentingan reklamasi lahan bekas tambang diaplikasi bentuk serbuk (powder).

Proses Granulasi Kompos Padat menjadi POG

Berbagai alat teknologi dalam membentuk konfigurasi BiophoskkoGas tersebut dapat dipilih didasarkan pada tujuan konversi serta target volume yang direncanakan. Salah satu konfigurasi dengan ini dikenalkan pilihan teknologi dan estimasi biaya Sarana Pengolahan Sampah Biophos_kkogas WTE 350 T

Pada tabel 2 berikut disampaikan konfigurasi pengolahan sampah skala 350 ton/ hari bagi mekanisme bersih zero waste suatu Depo Sampah, Stasiun Peralihan Antara SPA atau Intermediate Treatment Facility (ITF) kota Metropolitan, Tempat Pengolahan Sampah Terpadu (TPST), Tempat Pembuangan Sampah Sementara (TPS) skala besar dan Tempat Pembuangan Sampah Ahir (TPA) Kota Kecil.

Conveyor Semi Manual menggabungkan Mesin ( Magnetic Separator ) dan Tenaga Manusia

Pada kasus skala 350 ton sampah di Indonesia per hari, dengan mengacu pada pengalaman dan data hasil beberapa penelitian (lihat tabel komposisi sampah DKI Jakarta, 2005) setelah dilakukan pemilahan semi manual kombinasi tenaga manusia dan pemisah logam (magnetic separator) dalam conveyor pemilah sampah (CPS), sampah kota dapat diklasifikasikan memiliki komposisi jenis organik 65 %, biomassa kering 20 %, plastik ( PE,PP, PS) 7.3 %, jenis plastik khusus PET 0,51 % serta 1,4 % ban dan 2,9 % karet (kabel, sol sepatu, dll) serta logam kaca.

Merujuk data komposisi sampah di berbagai daerah Indonesia, perolehan dari hasil pemilahan pada conveyor dengan tenaga manusia dan pemilah logam (magnetic separator) dari 350 ton sampah akan diperoleh 227 ton organik, 70 ton biomassa kering (kayu, kertas, kain), 25,5 ton jenis plastik lain (PS, PP,PE) dan 15 ton jenis ban, karet serta sisanya jenis plastik PET, logam dan kaca.  Perolehan hasil pemilahan, setelah dilakukan mesin pencacah organik dan mesin pencacah penggiling dan penghancur karet dan plastik (schredder machine) adalah bahan baku bagi biodigester (wet process), pirolisis, komposter dan gasifier.

Estimasi bagian terbesar hasil pemilahan conveyor dan pemisah logam (magnetic separator) dari 350 ton/ hari sampah kota (municipal waste) 227.5 ton jenis organik (biowaste) diinput langsung tanpa dilakukan pencacahan kedalam Biodigester Proses Kering (Dry Fermentation) Jenis sampah kota dengan karakter basah dan membusuk (termasuk air lindi) diinput kedalam Biodigester Fermentasi Basah, demikian seterusnya biomassa kering ke proses gasifikasi, plastik (Non PET) ke pirolisis. Keberadaan plastik jenis PET pada sampah kota, dengan berkembangnya industri daur ulang plastik sudah tereduksi di sumber awal, guna menyelesaikan sisa kegiatan pemulung dapat dilakukan pencacahan menjadi bijih plastik dengan mesin pencacah plastik kapasitas tinggi. 

Output harian dari proses teknologi tersebut diantaranya energi panas keluaran gasifier yang dihabiskan bagi proses pirolisis penghasil minyak bakar ( BBM Sintetik) serta, supplai panas proses calorie fire (heat transfer) kepada fermentasi organik dalam biodigester (anaerobic digestion). Perolehan biogas adalah bahan bakar generator pembangkitan energi listrik penyedia daya bagi bekerjanya mesin (stasioner) seperti conveyor, mesin pencacah aneka material (crusher and schredder) maupun listrik bagi sarana perkotaan (monorel). Demikian pula perolehan dari reaktor pirolisis kapasitas besar per batch berupa minyak bakar (heavy oil) di aplikasi langsung bagi bekerjanya engine dan generator (stasioner). Sementara BBM Sintetik setara kerosine, solar dan bensin hasil destilasi lanjutan (refinary) dengan mesin destilator dapat digunakan bahan bakar pada mesin bergerak (mobile engine) seperti truk angkutan sampah.

Dari pengalaman panjang PT Cipta Visi Sinar Kencana di banyak pelanggan skala TPS dan TPST sejak tahun 2004 berikut hasil study literatur menunjukkan, konfigurasi Biophos_kkogas memberi jaminan pada neraca kecukupan energi (energy balance) bagi berjalannya proses pengolahan sampah kota dengan output (netto) perolehan bahan bakar (BBM Sintetik, Syn Gas, Biogas) dan listrik dari konversi bahan anorganik serta, kompos (granul, serbuk, cair) hasil konversi dari jenis sampah organik.  Mekanisme bersih (zero waste) pengolahan sampah kota dengan output netto kompos akan sejalan dengan prinsip nir sampah (zero waste) bagi berlangsungnya siklus nutrisi organik. Peranan fermentasi kering (dry fermentation) dalam konfigurasi teknologi pengolahan sampah kota dapat didedikasikan bagi pembangunan industri pupuk organik tanpa memerlukan pasokan energi ( mandiri energi).   

Pembangkitan energi listrik dari keresediaan bahan bakar (biogas, Syn Gas) dapat dipilih disesuaikan dengan Neraca Energi dan perhitungan atas kebutuhan (KWH) dan keperluan beban terpasang. Ketika terdapat kesesuaian dengan mekanisme Feed in Tariff dengan PLN, terdapat pilihan generator biogas mulai 5 KW hingga 1.200 KW/ 1.2 MW. Pilihan lain dari penggunaan tenaga listrik sampah tanpa kerumitan prosedur dengan PLN bisa digunakan guna daya kereta listrik.

SKEMA PROSES PENGOLAHAN

Konfigurasi besaran skala berbagai teknologi didasarkan pada jumlah per jenis sampah akan memberikan peran pada besaran tingkat pengembalian investasi, berlangsungnya mekanisme bersih (CDM) maupun luasan lahan diperlukan. Sebagai misal, pada tabel 3, diperlihatkan besaran 350 ton sampah kota dengan komposisi diatas, perolehan (output) materi akan memberi efektifitas dan efisiensi pada sistem keseluruhan.

Perolehan minyak bakar ( BBM Sintetis) dari proses pirolisis adalah bahan bakar bagi generator penyedia daya listrik peralatan dan penerangan maupun bahan bakar truk pengangkut sampah. Demikian juga output biogas dari biodigester, setelah dimurnikan Methan Purifier dan dikompresi oleh Oilles Compressor dalam tabung bertekanan, adalah bahan bakar bagi kendaraan angkutan (mobile engine). Demikian juga kebutuhan energi panas bagi proses pirolisis akan sepenuhnya dipenuhi oleh proses gasifikasi atas jenis biomassa dan sampah kering ( kayu, kertas, kain perca) dalam reaktor gasifier.

    

Pengertian mekanisme bersih dalam metoda Biophos_kkogas bukan sama sekali tanpa materi keluaran sistem. Kendati sebagian materi ( plastik, ban, karet, biomassa dan sampah kering) akan terkonversi musnah menjadi energi, dalam metoda Biophos_kkogas ini tetap dipertahankan kelangsungan siklus materi organik sebagai nutrisi bagi perbaikan tanah pertanian. Perolehan kompos adalah keniscayaandari proses fermentasi (an-aerobik) biodigester ( dry and wet) maupun dekomposisi (proses aerobik) sampah organik dalam komposter. Pada kondisi pemanfaatan kompos dilakukan dalam area sama di lokasi pengolahan sampah, misalnya dengan membangun pertanian kota (urban farming), perolehan akhir tempat pengolahan sampah terpadu (TPST, ITF, SPA, TPA) adalah bahan pangan (ikan, sayuran dan tanaman lainnya). Namun jika atas pertimbangan besarnya biaya lahan (mahal), kompos akan menjadi proporsi terbesar yang harus disalurkan ke luar lokasi pengolahan sampah kota, yakni dikembalikan ke sentra penghasil bahan makanan di perdesaan (pertanian) maupun program reklamasi pertambangan dan kehutanan.

PENERIMA MANFAAT DAN KEUNGGULAN

Penemuan metoda Biophos_kkogas bagi terselenggaranya mekanisme bersih (zero waste) pengolahan sampah kota akan memberi kontribusi bagi penyelesaian masalah sampah perkotaan dengan tetap memenuhi kelayakan teknik, ekonomi, sosial dan lingkungan. Besarnya perolehan biogas (CH4), Syn Gas (H2,CO) dan minyak bakar (heavy oil) sebagai subtitusi atas penggunaan energi (BBM) akan sangat berperan dalam mereduksi biaya pengolahan sampah. Demikian pula dengan konfigurasi Biophos_kkogas berorientasi konversi musnah akan mengurangi penggunaan lahan seiring dengan makin sulit dan mahalnya harga, khususnya di lokasi terdekat dengan sumber sampah di perkotaan.

Secara sosial, dengan prinsip konversi berbasis pada karakter material per jenis akan sejalan dengan peraturan perundangan pemilahan sampah. Pada kondisi sukses gerakan pemilahan berdasar jenis, konfigurasi teknologi Biodigester- Pirolisis- Komposter- Gasifier (Biophos_kkogas) tetap relevan. Terlebih dari aspek lingkungan, prinsip “one character, one technology process” akan memberi sumbangan pada penghematan BBM fosil (solar dan listrik PLN) serta pengembalian nutrisi organik kepada alam.   

Penerima manfaat dari metoda Biophos_kkogas adalah para sponsor proyek baik pemerintah kota dan kabupaten sebagai pemegang kewenangan sesuai UU No 18/2008 maupun para mitra pemerintah ( investor) khususnya yang terkait dengan pengolahan sampah di tempat pengolahan sampah (TPA), SPA, ITF, penyelenggara tempat pengolahan sampah terpadu (TPST). Penyusunan estimasi investasi dan konfigurasi teknologi mekanisme bersih (zero waste) dalam pengolahan sampah skala kota bagi kondisi sampah ini diharapkan membantu para perencana pembangunan yang berkaitan dengan perencanaan tata ruang kota, perencanaan lingkungan hidup, kebersihan, sanitasi lingkungan dan kesehatan serta persampahan perkotaan (*)