Perpustakaan Digital ITB

Salah satu sumber energi alternatif yang memiliki potensi yang cukup besar untuk dimanfaatkan adalah biomassa. Walaupun memiliki sumber yang sangat melimpah di alam, biomassa dapat menjadi tantangan tersendiri bagi para ilmuwan untuk menjadikannya sebagai energi alternatif yang murah. Salah satu sumber biomassa yang belum mendapat perhatian adalah sampah kota sebagai sumber energi. Sampah kota, umumnya mengandung bahan organik (lignoselulosa) yang mempunyai nilai kalor cukup tinggi sehingga berpotensi digunakan sebagai bahan bakar. Sayangnya, ketergantungan akan musim dan kandungan air yang tinggi sangat menyulitkan untuk diolah langsung dengan proses termal yang ada seperti insinerasi, gasifikasi, dan pirolisis. Dalam penelitian ini dikembangkan teknologi pengolahan sampah melalui proses hydrothermal carbonization (HTC), dimana limbah biomassa basah dapat diolah menjadi bahan bakar padat (hydrochar). Tidak seperti gasifikasi ataupun pirolisis, proses ini terbilang relatif sederhana, karena berlangsung pada temperatur yang relatif rendah 180-240 oC. HTC yang melibatkan air sebagai media proses dinilai sangat cocok untuk karakteristik sampah di Indonesia yang heterogen, basah dan mudah membusuk. Kebaruan penelitian HTC sampah ini terletak pada apilikasi penggunaan aditif serta kinetika reaksi degradasi komponen lignoselulosa dalam biomassa sampah. Bahan baku eksperimen berasal dari komponen biomassa sampah lokal yang mencirikan tipikal komponen sampah kota-kota besar di Indonesia, yang diwakili oleh salah satu sampah di TPS di kota Bandung. Asam sitrat (C6H8O7) sebagai aditif dipilih karena tidak berbahaya dan harganya murah. Keberadaan aditif ini dapat mempercepat reaksi dekomposisi dari komponen sampah. Selain itu asam sitrat merupakan asam organik yang dapat menjadi donor karbon, sehingga dapat menurunkan rasio H/C dan O/C. Identifikasi, karakterisasi produk gas, serta kinetika reaksi degradasi lignoselulosa dari proses HTC untuk sampah kota tipikal negara berkembang juga dilakukan. Pada tahap awal, penelitian dimulai dengan uji kinerja dan kebocoran reaktor HTC yang sudah telah didesain dan dikonstruksi oleh Pusat Penelitian Kimia LIPI. Reaktor HTC skala lab jenis batch dengan volume 1 Liter ini terbuat dari baja stainless 304 dilengkapi mantel listrik sebagai pemanas. Parameter yang diamati adalah kinerja reaktor dalam menghasilkan tekanan uap, dimana nilai tekanan yang didapatkan dibandingkan dengan steam table. Hasil yang didapat bahwa koefisien determinasi (R2) nilai tekanan yang dihasilkan dari reaktor HTC yang dibuat adalah 0,9865, tidak berbeda jauh dengan steam table. Setelah memastikan reaktor beroperasi dengan baik, serangkaian eksperimen HTC telah dilakukan untuk mendapatkan kondisi optimum dari beberapa parameter; temperatur (190, 210, 230 oC), perbandingan bahan baku dan air (1:3; 1:5, 1:10), serta waktu proses (30 dan 60 menit). Eksperimen HTC dilakukan terhadap masing-masing pseudo-komponen sampah (serbuk kayu, kertas, kulit buah, daun dan ranting, dan limbah sisa makanan) dan sampah campurannya. Adapun komposisi fraksi sampah campuran tersebut terdiri dari 15% kulit buah, 10% sisa makanan, 10% kertas, 30% daun dan ranting, serta 35% berupa serbuk kayu. Hasil yang akan diamati adalah karakteristik mass yield dan energy yield dari produk HTC. Berdasarkan hasil eksperimen HTC terhadap masing-masing komponen sampah, dirumuskan temperatur optimal untuk HTC sampah campuran. Karakteristik mass yield hydrochar pada proses HTC sampah menunjukkan profil yang sama untuk semua bahan baku biomassa. Massa padatan yang diperoleh di akhir proses bervariasi antara 30-70%. Sedangkan energy yield yang dihasilkan berkisar 40-80%. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa perlakuan hidrotermal limbah biomassa untuk bahan bakar padat memberi nilai kalor tinggi (HHV) dengan nilai 24,55; 21,24; 20,08; 24,22 dan 22,69 MJ/kg untuk serbuk kayu, kertas, kulit buah, daun dan ranting, dan limbah sisa makanan masing-masing setelah produk dikeringkan secara alami. Perumusan temperatur, perbandingan bahan baku dan air, serta waktu untuk sampah campuran serta prediksi nilai kalor untuk proses HTC sampah campuran dilakukan terhadap komposisi komponen biomassa sampah kota terpilih. Dengan mengadopsi model asumsi perata-rataan gas ideal, maka didapatkan kondisi operasi untuk komposisi sampah campuran sebagai berikut temperatur 215 oC, perbandingan bahan baku dan air 0,16, dan waktu 55 menit. Validasi hasil perumusan melalui eksperimen memberikan nilai kalor tertinggi sebesar 20,24 MJ/kg. Nilai kalor produk HTC yang diperoleh melalui perumusan dan eksperimen tidak berbeda signifikan, yakni setara dengan nilai kalor batubara subbituminus (19-24 MJ/kg). Kondisi operasi optimum ini digunakan pada eksperimen HTC untuk sampah campuran dengan dan tanpa menggunakan aditif C6H8O7. Adapun variasi konsentrasi aditif C6H8O7; 1, 2 dan 3% (berat/berat bahan baku). Dari eksperimen tersebut, didapatkan hasil bahwasanya dengan penambahan aditif dalam jumlah kecil (? 3%) menghasilkan sedikit peningkatan hydrochar yield. Sedangkan nilai kalor naik hingga 30% dengan keberadaan asam sitrat pada proses HTC. Selama proses berlangsung, biomassa mengalami penurunan kadar air yang menyebabkan pori-porinya diliputi atom karbon dari asam sitrat. Dari kinetika reaksi didapatkan energi aktivasi degradasi komponen lignoselulosa adalah 215,27 kJ/mol (lignin), 142,27 kJ/mol (selulosa), 61,34 kJ/mol (hemiselulosa). Mempelajari kinetika akan memberikan dasar yang kuat bagi perancangan proses HTC berkelanjutan serta untuk mendapatkan evaluasi kajian ekonomi pada scale up proses. Berdasarkan analisa manfaat dan biaya yang telah dilakukan untuk sistem pengolahan sampah kota dengan teknologi HTC, didapat bahwa nilai Benefit Cost Ratio (BCR) yang dihasilkan adalah 1,188 yang berarti proyek layak untuk dikembangkan