Perpustakaan Digital ITB

Indonesia menghadapi peningkatan permintaan listrik yang didorong oleh pertumbuhan ekonomi dan inisiatif elektrifikasi secara nasional. Pada saat yang sama, tantangan pengelolaan sampah, khususnya di daerah perkotaan, memerlukan solusi yang inovatif dan berkelanjutan. Salah satu pendekatan yang menjanjikan adalah memanfaatkan panas buang dari proses insinerasi sampah untuk menghasilkan energi listrik. Penelitian ini bertujuan mengembangkan sistem konversi langsung dari panas ke listrik berbasis Termoelektrik Generator (TEG) pada insinerator skala komunitas, dengan studi kasus insinerator MASARO di Kabupaten Cirebon. Sistem ini dirancang untuk menjadi sumber energi mikro yang dapat dimanfaatkan langsung oleh masyarakat di daerah yang belum sepenuhnya teraliri listrik atau sebagai pelengkap pasokan listrik utama. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah pendekatan analisis teoritis, studi literatur, dan simulasi numerik. Fokus utama adalah merancang sistem termal antara untuk menjaga temperatur kerja modul TEG tetap di bawah batas operasional maksimum, meskipun temperatur gas buang dari insinerator berkisar antara 800 °C hingga 1200 °C. Sistem perantara ini terdiri atas pelat konduktor berbahan Inconel atau baja tahan karat, dua lapisan isolator (kaowool dan aerogel), serta grafit termal untuk menjaga distribusi panas yang merata. Di sisi dingin, digunakan heat sink aluminium yang dilengkapi Thermal Interface Material (TIM) untuk mempertahankan beda temperatur (?T) yang dibutuhkan agar konversi energi optimal. Perhitungan temperatur setelah isolasi menunjukkan bahwa penurunan temperatur rata-rata mencapai 72% dari temperatur awal gas buang, sehingga temperatur kontak pada modul TEG tetap dalam rentang aman. Misalnya, pada temperatur gas buang 1000 °C, temperatur kontak pada TEG diperkirakan sekitar 280 °C. Di sisi dingin, temperatur diasumsikan berada pada kisaran 30 °C, merepresentasikan kondisi lingkungan tropis dengan pendinginan pasif. Modul TEG yang digunakan adalah tipe TEP1-1264-1.5 berbahan Bismuth Telluride (Bi?Te?), berukuran 40 mm × 40 mm dan mengandung 126 pasangan termoelektrik. Modul ini menghasilkan daya sekitar 5,9 W pada beda temperatur 180 °C (sisi panas 230 °C dan sisi dingin 50 °C). Berdasarkan desain insinerator MASARO existing dengan luas permukaan pemasangan TEG sebesar 4,43 m², dapat dipasang sebanyak 2.768 modul. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa daya listrik yang dapat dihasilkan berkisar antara 13,7 hingga 19,6 kWh per hari (asumsi operasi 10 jam), cukup untuk melistriki 3 hingga 4 rumah tangga sederhana. Untuk meningkatkan output energi, dilakukan modifikasi desain insinerator dengan memperbesar diameter saluran gas buang dan menambahkan struktur berbentuk kubus sebagai area tambahan pemasangan TEG. Modifikasi ini meningkatkan luas permukaan hingga 53,63 m², memungkinkan pemasangan hingga 33.521 modul TEG. Daya listrik yang dihasilkan pada konfigurasi ini meningkat signifikan, mencapai 166,05 hingga 237,26 kWh per hari. Jumlah ini dapat mencukupi kebutuhan listrik 33 hingga 59 rumah tangga, atau digunakan untuk operasional fasilitas umum seperti penerangan jalan, pompa air, layanan kesehatan, hingga pengisian baterai kendaraan listrik berskala kecil. Efisiensi sistem konversi TEG dibandingkan juga dengan sistem Organic Rankine Cycle (ORC), yang mengubah panas menjadi energi melalui konversi mekanis. ORC memiliki efisiensi yang lebih tinggi, sekitar 10–25%, tetapi memerlukan sistem kompleks dan biaya tinggi. Sementara itu, TEG yang lebih sederhana dan tidak memiliki bagian bergerak hanya memiliki efisiensi 3–12% tergantung temperatur dan material. Meskipun demikian, TEG lebih cocok untuk skala komunitas karena keandalan jangka panjang dan kemudahan pemasangan. Bahkan, dalam studi Huang et al. (2023), efisiensi ORC bisa mencapai 27 kali lipat dari TEG pada kasus mesin diesel, namun TEG tetap relevan untuk aplikasi kecil dan lokasi terpencil. Alternatif sistem hybrid (TEG dan ORC) juga menjadi solusi yang menjanjikan untuk memaksimalkan pemanfaatan energi dari sumber panas bergradasi temperatur. Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan bahwa pemanfaatan panas buang dari insinerator skala komunitas melalui sistem TEG berpotensi menjadi solusi energi lokal yang bersih, andal, dan aplikatif, terutama di wilayah dengan akses listrik terbatas. Desain termal yang optimal dan perluasan area pemasangan menjadi kunci untuk meningkatkan output sistem. Teknologi ini sangat cocok diintegrasikan dalam strategi pengelolaan sampah dan energi terdesentralisasi berbasis komunitas di Indonesia.