PENGOLAHAN ANAEROBIK LIMBAH
ORGANIK UNTUK PRODUKSI ENERGI
Satoto E. Nayono
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik
Universitas Negeri Yogyakarta
09 Juli 2010
Background problems
Gambaran presentasi
1. Introduction
Background problems
1. • Pendahuluan
• Goal and objectives
• Latar belakang masalah
2. Materials and methods
• Mengapa harus „waste to energy“?
• Sources of biogenic solid wastes
2. • Teknologi
pengolahan
anaerobik sampah organik
Laboratory
experiments
• Dasar
anaerobik
3. Results
andpengolahan
discussions
• Contoh teknologi dan sumber sampah organik
• Characteristics of biogenic solid wastes
Foodwaste
as a co-substrate for constant biogas supply
3. • Hasil-hasil
penting
• • Potential
energy recovery
press water
Potensi produksi
methanfrom
dari berbagai
sampah organik
• • Anaerobic
co-digestionsampah
of biowaste
for the
improvent
biogas
Potensi penggunaan
makanan
untuk
supplyofbiogas
production
yang stabil
4. Summary
and
recommendations
• Potensi
recovery
energi dari press water
Summary
4. • Penutup
•
2/22
09.07.2010
11.12.2009
Recommendations
Satoto E. Nayono
Pengolahan
Anaerobic
Digestion
Anaerobik
of Biogenic
Limbah Organik
Solid Waste
Institut für Inginieurbiologie
Jurusan Pendidikan
und Biotechnology
Teknik Sipil dan
des
Perencanaan
Abwassers
Fakultät für Bauingenieur-,
Fakultas Teknik,
GeoUniversitas
und Umweltwissenschaften
Negeri Yogyakarta
Latar belakang masalah: penduduk
Jumlah penduduk dunia
2009: 6.7 milyar
2050: 9.2 milyar (proyeksi PBB)
Jumlah penduduk di perkotaan
2008: 3.3 milyar
2050: 5.0 milyar (proyeksi PBB)
Peningkatan volume sampah! (OECD: 230 – 1,000 kg/cap./th)
3/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Latar belakang masalah: pengelolaan sampah
Photo: demo-menris.icimod.org
Pembuangan sampah yang tidak sesuai
Photo: Johnson Siregar
„Smoking landfill“
Problem masyarakat: lingkungan, kesehatan dan estetika
4/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Latar belakang masalah: energi
www.eia.doe.gov
Kita sangat tergantung pada
bahan bakar fosil!
5/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Harga bahan bakar fosil terutama
minyak bumi cenderung meningkat
dan tidak stabil!
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Latar belakang masalah: gas rumah kaca
www.cmdl.noaa.gov
Emisi gas rumah kaca dari sektor energi dan pembuangan sampah
berkontribusi sangat signifikan dari total emisi gas rumah kaca.
6/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Mengapa harus „waste to energy“?
Pertambahan jumlah penduduk dunia
Permintaan pasokan energi meningkat drastis
Sumber energi sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil
Bahan bakar fosil semakin langka dan tak ramah lingkungan
Waste to energy
Pengelolaan sampah „biasa“ perlu banyak uang dan tidak
memberi ruang untuk mendapatkan kembali energi
Volume sampah meningkat drastis
7/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Kemungkinan produksi energi dari sampah organik
Biomass
Biogenic solid wastes
Collecting, sorting, etc.
Transportation - Storage - Treatment
Thermo-chemical
Coaling
Gasification
Physical-chemical
Pyrolisis
Pressing/extraction
Biological-chemical
Fermentation
Digestion Composting
Transesterification
Solid fuel
Gaseous fuel
Liquid fuel
Combustion
Power (electricity)
Heat
Kaltschmitt and Weber, 2006
8/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Dasar pengolahan anaerobik
COMPLEX POLYMERS
Carbohydrates
Proteins
(Cellulase, hemicellulase,
xylanase, amylase)
(Protease)
Hydrolysis
1
Lipids
1
1
Higher fatty acids:
Amino acids, sugars
e.g. stearic, palmitic, oleic, myristic acids
Alcohols: e.g. ethanol
MONOMERS
1
Intermediary products
(Butyric, propionic, valeric acids)
Fermentation
3
Homoacetogenesis
4
Aceticlastic
methanogenesis
9/22
09.07.2010
Gula, asam amino, asam
lemak, alkohol
2
ß-oxidation
2
Acetic acid
Limbah organik
(Lipase, phospolipase)
Asam asetat, hidrogen,
karbondioksida
Hydrogen;
carbondioxide
5
Methane;
carbondioxide
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Reductive
methanogenesis
Biogas
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Teknologi waste to energy
Steam
boiler
Heat
Generator
Sanitary
landfill
Landfill
gas
Steam
boiler
Electricity
Biogas production (m3. m-3. h-1)
0.30
Waste
wood
incinerator
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Biowaste
digestion
plant
Biogas
09.07.2010
24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336
Time (weekdays)
Biogas production with biowaste feeding only (without weekend feeding)
Penerapan konsep waste to energy
di kota Karlsruhe, Jerman
10/22
0
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Pasokan biogas yang fluktuatif
karena pengaruh pemberian
substrat.
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Semi-continuous fed reactors
Inlet
Ritter
Gas
meter
Gas water
seal
Outlet
Glass column with warm
water jacket
0234.7
Recirculation
pump
Liquid volume: 8 & 10 L; temperatur: 37 °C
11/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Sumber limbah organik: biowaste
Asal: BTA/MAT digester, Karlsruhe-Durlach (1,000 m3 digester)
Weighing and primary
storage facility
Interim biowaste
storage bunker
Biowaste
mill
Light materials
Undegradable materials
container (plastics, sand,
glasses, metals)
Hydropulper
Interim storage tank for
sand sedimentation/removal by hydrocyclones
Heavy materials
Sand
Process
water
container
Excess process water
Biogas
Municipal wastewater
treatment plant
Methane
reactor
Heat-/electricity
generation
Composting
facility
12/22
09.07.2010
Compostible
solid material
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Centrifuge
Process water
Sample for
this study
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Sumber limbah organik: foodwaste
Asal: Stadtreinigung GmbH, Freiburg
Canteens, hotels and
restaurants, supermarkets,
hospitals, catering
companies, etc.
Generator
Plastics, metals,
glasses
Landfill
Biogas
Methane
reactor
Weighing and
interim storage
As a co-substrate in
biogas plants
Foodwaste
Sorter
Grinder
Autoclave
Homogenizer
Foodwaste
sample
Mempunyai kandungan protein dan lemak tinggi
13/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Methane prod. potential (m3 ∙kg-1 VSadded)
Potensi produksi methana
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
0
Batch assays
1
2
3
Biowaste
4
5
6
7
Time (days)
Foodwaste
8
9
10
11
Press water
Potensi produksi methana maksimal:
Biowaste: 0.37 m3 ∙ kg-1 VS; Foodwaste: 0.52 m3 ∙ kg-1 VS; Press water: 0.49 m3 ∙ kg-1 VS
14/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Co-digestion dengan foodwaste
FW
BW+FW
FW
0.30
60
0.25
50
Daily Biogas Production (liter)
Biogas production (m3. m-3. h-1)
BW+FW
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
40
30
20
10
0
0
24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336
Time (weekdays)
Only biowaste feeding
Biowaste + foodwaste feeding
Time (weekdays)
Without foodwaste addition
With Foodwaste addition
Fixed biowaste feeding: HRT 8 days, tambahan foodwaste pada waktu malam dan
akhir pekan producksi biogas relatif stabil
15/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Average gas prod. (m3·m-3·d-1)
Co-digestion: peningkatan produksi biogas
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
Biowaste + press water
3
3
Biowaste + foodwaste
Only with biowaste as substrate
2
2
11
13
15
17
19
21
23
OLR (kg COD·m-3 ·d-1)
Compared to press water, addition of foodwaste as co-substrate gave more
biogas production
16/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Sumber limbah organik: press water
Asal: Composting plant, Grünstadt
Weighing and
interim storage
Generator
Uncompostable/ inorganic
waste
Landfill/ incinerator
Biogas
Sorter
Methane
reactor
Compostable
waste
Shredder
< 100 mm
Press water
Mash-separator
(pressing)
< 80 mm
Star-sieve
Solid phase
Press water
sample
Composting
windrows
Pressing method  ca. 0.4 ton press water/ton sampah masuk
17/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Potensi energi dari press water
Fasilitas komposting di Grünstadt, kapasitas: 100 ton/hari  40 m3 PW
Parameter
Unit
Value
Potential energy recovery:
• Daily methane production
m3∙d-1
2,050
• Energy recovered
kWh∙d-1 7,174
• Potential benefit
€/year
497,543
• Energy recovered from press water
kWh
71.7 (+)
• Energy for composting
kWh
21.0 (-)
• Energy for AD processes (pre-treatment & pumping)
kWh
28.7 (-)
• Energy for AD heating
kWh
7.20 (-)
Energy balance per ton limbah masuk:
Surplus energy  14.8 kWh/ton limbah masuk (≈ 103,000 euro/tahun)
18/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Comparison with previous studies
HRT
(day)
OLR
(kg VS m-3d-1)
Biogas prod.
rate
3
(m m-3 d-1)
Sorce-sorted OFMSW (dry)
14 - 25
2.1 – 4.2
1.33 – 2.68
Mata-Alvarez et al., 1990
Food market waste
12 - 20
1.1- 2.8
1.3 – 2.0
Mata-Alvarez et al., 1992
5-9
6.3 – 12.6
1.96 – 2.91
Mtz-Viturtia et al., 1995
Fresh OFMSW
12
5
2.52
Kryztek et al., 2001
Energy crops + OFMSW
40
6.0
3.5
Nordberg and Edstrom,
2005
Mechanically separated OFMSW
18
7.7
5.2
Nordberg and Edstrom,
2005
Biowaste
8
6.6
3.6
This study
Press water
7.7 - 20
5.9 – 15.3
4.1 – 10.4
This study
Biowaste + foodwaste
6.7 – 7.6
9.5 – 12.3
5.15 – 6.78
This study
Biowaste + presswater
6.4 – 7.6
7.5 – 11.9
4.20 – 6.40
This study
Waste composition
Fruits and vegetables
19/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
References
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Penutup
Pengolahan anaerobik untuk sampah organik sangat menguntungkan dilihat dari
aspek perbaikan lingkungan maupun aspek pengurangan ketergantungan energi
yang bersumber dari bahan bakar fosil.
Beberapa kemungkinan kendala apabila diterapkan di Indonesia adalah:
1. Kurangnya kesadaran masyarakat untuk melakukan pemilahan
2. Pemakaian plastik sebagai pembungkus yang sangat ekstensif
3. Belum ada regulasi pemerintah yang mendukung/mendorong penggunaan
energi dari sumber terbarukan.
4. Adanya ketakutan dari masyarakat kalau dibangun suatu tempat
pengolahan sampah di lingkungannya (NIMBY syndrom)
Pengolahan anaerobik di Indonesia (mengingat sulitnya pemilahan) dapat
diterapkan pada limbah yang berasal dari point source (pasar, industri makanan,
pertanian dll).
20/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Potensi penerapan pengolahan anaerobik di Indonesia
21/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
Publikasi ilmiah
1. Nayono, S.E., Gallert, C. and Winter, J., 2009. Foodwaste as a Co-Substrate in
a Fed-Batch Anaerobic Biowaste Digester for Constant Biogas Supply. Water
Science and Technology. Vol. 59 (6): 1169–1178.
2. Nayono, S.E., Winter, J. and Gallert, C., 2009. Anaerobic Digestion of Pressed
Off Leachate from the Organic Fraction of Municipal Solid Waste. Waste
Management, doi:10.1016/j.wasman.2009.09.019
3. Nayono, S.E., Gallert, C. and Winter, J., 2010. Anaerobic Co-Digestion of
Biowaste with Press Water and Foodwaste for the Improvement of Biogas
Production. Bioresource Technology. Vol. 101 (18): 6987-6993.
22/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta
23/22
09.07.2010
Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta