Efek Gas Rumah Kaca terhadap Produksi Sampah di TPA Jabotabek

Posted: April 10, 2013 in Akademik, Komputasi Teknik

Sampah memiliki potensi untuk memberi sumbangan terhadap meningkatnya emisi gas rumah kaca, peristiwa ini terjadi pada penumpukan sampah tanpa diolah yang melepaskan gas metan/methane (CH4). Manusia dalam setiap kegiatannya hampir selalu menghasilkan sampah. Sampah memiliki daya dukung yang besar terhadap emisi gas rumah kaca yaitu gas metan (CH4). Setiap 1 ton sampah padat menghasilkan 50 kg gas CH4. Dengan jumlah penduduk Indonesia yang terus meningkat, diperkirakan pada tahun 2020 sampah yang dihasilkan sekitar 500 juta ton/hari atau 190 ribu ton/tahun. Hal ini berarti pada tahun tersebut Indonesia akan mengemisikan gas CH4 ke atmosfer sebanyak 9500 ton. Dari uraian tersebut menunjukkan bahwa sampah adalah salah satu penyumbang gas rumah kaca dalam bentuk CH4. Hal ini terjadi utamanya pada pembuangan sampah terbuka di TPA (Tempat Pembuangan Akhir) mengakibatkan sampah organik yang tertimbun mengalami dekomposisi secara anaerobik. Proses itu menghasilkan gas CH4 (methane). Dengan metode regresi linear 2 variabel, diperoleh konstanta untuk menghitung nilai produksi gas methana yang terbentuk untuk setiap tahun produksi sampah (ton). Lebih lanjut, setelah ditemukan persamaan ini maka dapat diestimasi pembentukan produksi gas methana di tahun-tahun yang akan datang secara linear. Kemudian, dilakukan prediksi jumlah kandungan CO2 yang terbentuk dari produksi sampah di TPA. Potensi pembentukan gas CO2 ini akan memengaruhi pembentukan gas rumah kaca. Pembentukan gas rumah kaca dapat dicegah dengan mereduksi gas CH4 dan pembakaran melalui pemanfaatan kompos dan biogas.

POTENSI PENURUNAN EMISI GAS RUMAH KACA MELALUI PENGOMPOSAN SAMPAH

Gas rumah kaca (GRK) adalah istilah kolektif  untuk gas-gas yang memiliki efek rumah kaca, seperti klorofluorokarbon (CFC), karbon dioksida (CO2), metana (CH4), nitrogen oksida (NOx), ozon (O3) dan uap air (H2O). Beberapa gas tersebut memiliki efek rumah kaca lebih besar daripada gas lainnya. Sebagai contoh, metana memiliki efek 20-30 kali lebih besar dibanding dengan karbon dioksida, dan CFC diperkirakan memiliki efek rumah kaca 1000 kali lebih kuat dibanding dengan karbon dioksida (Porteous, 1992). Gas metana berkontribusi 15-20 persen terhadap efek rumah kaca, dan oleh karena itu pengaruh ini tidak dapat diabaikan. Sumber-sumber metana mencakup lahan persawahan, peternakan sapi, industri minyak dan gas, serta tempat-tempat pembuangan sampah (TPA). Karena besarnya efek rumah kaca gas metana, usaha-usaha penanggulangannya seharusnya diarahkan kepada pengendalian sumber-sumber emisi metana tersebut.

Pengomposan merupakan alternatif pemecahan masalah manajemen sampah. Pengomposan adalah suatu proses biologis dimana bahan organic didegradasi pada kondisi aerobik terkendali. Dekomposisi dan transformasi tersebut dilakukan oleh bakteri, fungi dan mikroorganisme lainnya. Pada kondisi optimum, pengomposan dapat mereduksi volume bahan baku sebesar 50-70 %.  Sebagai ilustrasi, 1000 ton sampah dapat dikonversi menjadi 400-500 kompos yang siap untuk digunakan/dipasarkan pada gambar berikut.

sampah 3

Gambar 1.  Diagram pembagian komposis persentase sampah yang ada di Jabotabek (data bank sampah dinas kebersihan daerah Jabotabek)

Nilai daur-ulang jenis sampah kering sebesar 10,3% dari total sampah kota bukan merupakan tingkat yang signifikan. Oleh karenanya, upaya reduksi dan pemanfaatan sampah kota perlu difokuskan pula pada sampah basah, yang dominan jumlahnya dalam sampah kota. Dengan menggunakan nilai recovery factor potensial sebesar 0,80 (Tchobanoglous, Theisen and Vigil, 1993) untuk pemanfaatannya sebagai bahan baku kompos, sebanyak 1251,4 ton sampah basah dapat direduksi setiap harinya (Tabel 4). Jumlah ini dapat mengurangi timbulan sampah kota sebanyak 1473,3 ton (68,3%), dan meninggalkan 684,4 ton residu (31,7%) untuk diangkut ke TPA. Apabila strategi reduksi sampah basah maupun sampah kering dapat dilakukan dengan baik, maka selain diperoleh materi daur-ulang yang bemanfaat, juga kebutuhan biaya penanganan sampah dan kebutuhan lahan TPA dapat dikurangi secara signifikan.

Perlu ditambahkan, bahwa daur ulang sampah memberikan keuntungan-keuntungan sebagai berikut, sebagaimana diuraikan dalam USEPA (2006):

  • menghemat penggunaan sumber daya alam
  • mengurangi emisi gas-gas pencemar udara dan polutan lain
  • menghemat penggunaan energi
  • menyediakan bahan baku untuk industri
  • menyediakan lapangan kerja
  • menstimulasi perkembangan teknologi ramah lingkungan
  • mengurangi kebutuhan akan lahan TPA dan insinerator

Tabel 1. Material balance sampah kota dengan memperhitungkan potensi reduksinya di Jabotabek

Komponen sampah

%

Timbulan

(ton/hari)

Recovery factor (%)

Laju reduksi (ton/hari)

Jumlah residu sampah

(ton/hari)

Sampah basah

72,41

1564,2

80*

1251,4

312,8

Plastik

10,09

217,9

50

109,0

221,9

109,0

Kertas

7,26

156,8

40

62,7

94,1

Gelas/kaca

1,70

36,7

70

25,7

11,0

Logam

1,41

30,6

80

24,5

6,1

Kayu

2,39

51,6

0

0

51,6

Tekstil

2,68

57,9

0

0

57,9

Karet

0,46

9,9

0

0

9,9

Sampah lain

1,48

32,0

0

0

32,0

Jumlah total

100.00

2157,7

 

1473,3

684,4

Prosentasi (% )

68,3

31,7

* Nilai potensial, menurut Tchobanoglous, Theisen and Vigil (1993)

Khusus sampah plastik, kegiatan daur ulangnya dapat mengurangi dampak lingkungan yang sangat signifikan. Dalam proses produksi plastik, dibutuhkan sumber daya alam berupa minyak bumi yang sangat besar jumlahnya, baik sebagai bahan baku, maupun sebagai energi untuk proses manufaktur. Produksi setiap ton plastik jenis polietilen membutuhkan 1,8 ton minyak bumi. Setiap tahunnya, sekitar 4% minyak bumi dunia digunakan sebagai bahan baku plastik, dan 3-4% digunakan untuk sumber energi dalam proses manufaktur plastik. Sebagaimana dijelaskan dalam Anonymous (2006), daur ulang sampah plastik akan menghasilkan dampak lingkungan positif sebagai berikut:

  1. mereduksi 67% konsumsi energi
  2. menurunkan 250% emisi CO, 67% emisi SOx, dan 50% emisi NOx
  3. mengurangi penggunaan air sebanyak 90%

Kompos memiliki tekstur dan bau seperti tanah. Kompos dapat meningkatkan kandungan  bahan organik dan nutrien, serta memperbaiki  tekstur dan kemampuan untuk mempertahankan kelembaban tanah. Kompos dapat diaplikasikan untuk pertamanan, pengendalian erosi, dan kondi-sioner tanah kebun, pembibitan, dan lapangan golf. Potensi pasar terbesar bagi kompos adalah sektor pertanian, penimbunan atau reklamasi, pertamanan, dan ekspor (misalnya ke negara-negara timur tengah). Sunyoto (2001) melaporkan bahwa potensi permintaan terhadap kompos mencapai 11 juta ton per tahun. Beberapa keuntungan lain pengomposan sampah adalah perbaikan manajemen lingkungan, terutama di daerah padat penduduk. Bisnis pengom-posan yang ekstensif juga dapat menyerap tenaga kerja. Keuntungan pengomposan sampah yang lebih bersifat lokal adalah penurunan jumlah sampah yang harus diangkut ke Tempat Pembuangan Akhir (TPA), yang dapat mencemari saluran air atau air tanah, serta menjadi sarang penyakit. Jumlah kebu-tuhan lahan untuk pembuangan sampah juga akan berkurang jika lebih banyak sampah yang dikompos-kan. Kualitas udara akan meningkat, karena lebih sedikit bahan organik basah yang ditumpuk diping-gir jalan atau di tanah kosong. Keuntungan pengom-posan sampah dibanding dengan landfill/open dumping. Untuk mengkuantifikasi proses pembuatan kompos, diperkenalkan suatu perancangan mesin penghancur sampah organik dengan spesifikasi sebagai berikut:

  • Kapasitas : 50 kg / jam
  • Power : 8 HP
  • Dimensi mesin : 90x80x115 cm
  • Cutting size : 10 mm
  • Bahan : plat mild steel

Keunggulan,

  1. dapat di bongkar pasang (tersusun atas 4 bagian) jadi dapat dirakit ditempat (bagian imput, pisau penghancur, output, compactornya)
  2. dapat portable,
  3. mudah dibersihkan dan maintainability
  4. Independent blade  pisau penghancurnya,
  5. Tersedia 2 pisau dengan tujuan ukuran potongan sampah kecil-kecil dan tidak membutuhkan daya penggerak  tambahan.
  6. Dilengkapi compactor berupa hidrolik agar sampah menjadi kering dan padat agar bisa langsung diolah
  7. Bisa untuk semua jenis sampah platik dan organik

a1

Gambar 2.  Mesin pencacah sampah dan pengering sampah berbasis compactor untuk sampah organik untuk diproses menjadi kompos (Ali, 2012)

Produksi Sampah Wilayah DKI Jakarta, Bogor, Tangerang, dan Bekasi (Jabotabek) merupakan wilayah yang paling tinggi konsentrasi penduduknya di Indonesia. Jumlah penduduk di DKI Jakarta sebagai pusat wilayah tersebut mengalami pertumbuhan sebesar 2,4  % per tahun, bahkan di wilayah sekitarnya pertumbuhan penduduk lebih tinggi. Berbagai perkiraan menyebutkan bahwa pada tahun 2005 jumlah penduduk di Jabotabek akan mencapai sekitar 26 juta jiwa, dan di Jakarta saja mencapai 13 juta jiwa. Jakarta saat ini  berpenduduk terdaftar sebanyak 8 juta dan sekitar 4 juta orang pulang-pergi bekerja di Jakarta. Jika penduduk tidak terdaftar juga diperhitungkan, ada sekitar 14 juta jiwa tinggal di Jakarta. Volume produksi sampah dapat diperkirakan dari jumlah penduduk dan produksi sampah spesifik. Dari studi ini teridentifikasi bahwa rata-rata produksi sampah spesifik di Jabotabek adalah 0,6 kg/orang.hari atau 214 kg/orang.tahun. Akan tetapi harus dimengerti juga bahwa nilai tersebut bervariasi dari masyarakat satu ke yang lainnya, dari musim ke musim, dan metode yang digunakan untuk menentu-kan laju produksi sampah. Hampir separoh sampah (40-50%) diproduksi di Jakarta, walaupun area untuk pembuangan sampahnya sangat terbatas. Dengan menggunakan teknik estimasi runtun waktu berdasarkan pada data tahun 1997-2001 diperoleh hasil perkiraan produksi sampah seperti disajikan pada Gambar 5 dan 6. Seperti terlihat pada gambar tersebut, laju perkembangan produksi sampah di Jakarta jauh lebih tinggi dibandingkan dengan laju produksi sampah di daerah sekitarnya.

Karakteristik Sampah

Tabel 2  menunjukkan komposisi sampah yang dihasilkan di daerah kajian. Terlihat dari tabel tersebut bahwa porsi bahan organik dalam sampah sangat tinggi, yaitu mencapai 60-65 %.  Bahan “anorganik” mencakup kertas, kayu, karet, plastik, logam dan gelas. Kandungan kertas dan plastik men-capai 20 % dari limbah tersebut. Variasi komposisi sampah mungkin terjadi terutama karena kondisi sosial, tingkat pendapatan perkapita, tingkat urbani-sasi dan industrialisasi, pola makan, dan iklim.

Tabel 2.  Komposisi persentase jenis sampah terhadap total sampah yang terbentuk di Jabotabek.

sampah 4

Manajemen sampah merupakan isu yang menonjol di Jabotabek. Sampah yang dihasilkan di wilayah ini umumnya dikumpulkan tanpa dipilah dari rumah tangga dengan gerobak kecil dan diangkut ke tempat penampungan sementara (TPS), kemudian dari TPS diangkut ke tempat penimbunan akhir (TPA) dengan truk. TPA yang ada saat ini pada dasarnya dioperasikan dengan sistem open dumping yang memungkinkan bahan organik terdekomposisi secara anaerobik. Sekitar 20-40 % sampah di wilayah studi tidak diangkut ke TPA, tetapi ditimbun di sekitar penghasil sampah, dibakar, dibuang di tanah kosong atau ke sungai atau saluran air.Pemerintah daerah berpendapat bahwa pola manejemen sampah yang ada saat ini tidak bersifat sinambung, dan perlu dicarikan alternatif pemecah-annya. Manajemen sampah menjadi tantangan ter-besar bagi pemerintah daerah di Jabotabek, karena semakin terbatasnya ketersediaan lahan untuk tempat pembuangan sampah.  Oleh karena itu, pengembangan manajemen sampah yang efektif dan sinambung menjadi prioritas bagi pemerintah daerah di Jabotabek.  Karena tingginya kandungan bahan organik dalam sampah,  pengomposan sampah dianggap sebagai solusi yang layak secara teknis untuk memperbaiki manajemen sampah yang ada saat ini.

Proses konversi biologis dapat dicapai dengan cara digestion secara anaerobik (biogas) atau tanah urug (landfill). Biogas adalah teknologi konversi biomassa (sampah) menjadi gas dengan bantuan mikroba anaerob. Proses biogas menghasilkan gas yang kaya akan methane dan slurry. Gas methane dapat digunakan untuk berbagai sistem pembangkitan energi sedangkan slurry dapat digunakan sebagai kompos. Produk dari digester tersebut berupa gas methane yang dapat dibakar dengan nilai kalor sekitar 6500 kJ/Nm3.

Landfill ialah pengelolaan sampah dengan cara menimbunnya di dalam tanah. Di dalam lahan landfill, limbah organik akan didekomposisi oleh mikroba dalam tanah menjadi senyawa-senyawa gas dan cair. Senyawa-senyawa ini berinteraksi dengan air yang dikandung oleh limbah dan air hujan yang masuk ke dalam tanah dan membentuk bahan cair yang disebut lindi (leachate). Jika landfill tidak didesain dengan baik, leachate akan mencemari tanah dan masuk ke dalam badan-badan air di dalam tanah. Karena itu, tanah di landfill harus mempunya permeabilitas yang rendah. Aktifias mikroba dalam landfill menghasilkan gas CH4 dan CO2 (pada tahap awal – proses aerobik) dan menghasilkan gas methane (pada proses anaerobiknya). Gas landfill tersebut mempunyai nilai kalor sekitar 450-540 Btu/scf. Sistem pengambilan gas hasil biasanya terdiri dari sejumlah sumur-sumur dalam pipa-pipa yang dipasang lateral dan dihubungkan dengan pompa vakum sentral. Selain itu terdapat juga sistem pengambilan gas dengan pompa desentralisasi.

Estimasi Emisi Metana di TPA Menggunakan Metode Komputasi Teknik

1. Analisis Permasalahan

Bahan organik dari sampah akan terdekomposisi secara anaerobik menjadi metana (CH4), karbon dioxida (CO2), dan sejumlah kecil N2, H2, H2S,  H2O (Morissoy and John, 1998). Pada kondisi anaerobik (reaksi yang terjadi di dalam landfill), sebagai contoh satu mol glukosa dikonversi menjadi tiga mol metana. Untuk mengestimasi jumlah potensi pembentukan gas methane di TPA/landfill, digunakan model dari percobaan menggunakan  sludge sering digunakan untuk menduga produksi gas (ATV, 1989):

Gt= (a.Co.(0,014.T+0,28)) . (1 – 10–k . tdalam m3 gas/ton sampah

dimana:

  1. Co       =   produksi gas spesifik rata-rata (m3/ton)
  2. T          =   temperatur (oC)
  3. a          =   konstanta sebagai bilangan tak berdimensi
  4. Gt        =   volume gas yang terbentuk m3 gas/ton sampah sampai waktu t tahun
  5. K         =   konstanta degradasi (untuk landfill 0,03 – 0,06)
  6. t           =   waktu (tahun)

2. Data dan asumsi yang digunakan

  1. Dalam kondisi riil proses dekomposisi sampah, proses stabilisasi sampah di landfill/TPA untuk proses pembentukan gas terjadi dalam kurun waktu panjang, yakni t sekitar  30 tahun tetapi lama waktu ini dapat lebih pendek pada kondisi sampah basah atau lebih panjang pada kondisi sampah kering.
  2. Jumlah pembentukan karbon organik dari TPA di daerah Jabotabek dapat diestimasi:
  • a) nilai produksi gas spesifik rata-rata 0,235 m3CH4/kg sampah (ATV, 1989).
  • b) Jika 80 % sampah di Jabotabek dibuang ke TPA dalam satu hari terjadi pembuangan 680 ton sampah, berarti yang dibuang ke TPA sekitar 544 ton. Dalam waktu 30 tahun akan terjadi penumpukan sampah 5.956.800 ton sampah.
  • c) jumlah pembentukan gas spesifik rata-rata untuk methane adalah 0.235*5.956.800.000 = 1.399.848.000 m3 = 1.399.848 m3 untuk setiap ton.
  • Temperatur rata-rata perhari untuk kondisi landfill di TPA Jabotabek 40°Celcius.
  • Konstanta degradasi untuk landfill adalah 0,05.

3. Hasil dan Pembahasan

Untuk menghitung volume gas methana yang terbentuk, kita perlu mengetahu nilai konstanta a yang dapat digunakan untuk menghitung dan menentukan persamaan empiris berlaku umum untuk  setiap produksi sampah, maka dengan data yang diketahui,

Gt = (a. Co. (0,014.38+0.28)) . (1-10-0.5. 30

ada 2 fungsi diatas, yakni Gt dan Co terhadap nilai a. Dengan nilai Gt dalam suatu pengukuran selama 1 tahun dari dinas kebersihan DKI diperoleh :

Produksi sampah total Jabotabek (ton/bulan ke) jumlah pembentukan gas spesifik rata-rata untuk methane  (m3/kg) jumlah volume gas methana (m3/tahun) 
13141 3088095.833 4684.07317
22320 5245130.773 7955.898278
32364 7605439.621 11536.0525
46927 11027887.45 16727.27613
68044 15990436.8 24254.55039
98664 23186133.36 35169.09806
143063 33619893.38 50995.19219
207442 48748845.4 73943.02868
300791 70685825.83 107217.3916
436147 102494447.4 155465.2178
632413 148616948.8 225424.5658
916998 215494575.8 326865.6204

Dengan menggunakan metode least-square diperoleh nilai a = 1.868

Maka, jumlah volume gas methana yang terbentuk berdasarkan jumlah produksi sampah pada setiap tahun berdasarkan nilai produksi sampah perhari 680 ton sampah adalah

Gt = (1.868. 1.399.848. (0,014.38+0.28)) . (1-10-0.5. 30= 2.123.311,844 m3 untuk setiap 30 tahun

Maka, sebanyak 70.777,06 ton metana pertahun akan terbentuk di TPA. Jumlah produksi metana ini akan terus meningkat seiring dengan pertumbuhan jumlah penduduk dan jumlah produksi sampah. Pada tahun 2015, di Jabotabek diperkirakan akan dihasilkan sebanyak 205.616,7 ton methana.

Untuk mengetahui bagaimana pengaruh pembentukan gas methana berpengaruh terhadap pembentukan gas rumah kaca adalah dengan emisi metana dikonversi ke dalam bentuk emisi karbondioksida dengan mengalikannya dengan faktor 24,5 (Yusrizal, 2000), yakni

Emisi CO2 =  Emisi CH4 (ton CH4/tahun) x 24,5 (ton CO2/tahun)     dalam CO2/ton CH4 

Sehingga, jumlah emisi karbon dioksida untuk setiap ton produksi sampah di TPA pertahun total daerah Jabotabek adalah

sampah 6

 sampah 1 sampah 2

Program untuk menjalankan Efek Gas Rumah Kaca terhadap Produksi Sampah di TPA Jabotabek

real :: a, b, c, d

print*, “Silakan masukkan total produksi sampah setiap tahun”
read*, a
b = (1,868*(0.8*0,235*a*365*1000)*((0,014*40)+0,28))*(1–10^-0.5*30)

c = (1,868*(0.8*0,235*a*365*1000)*((0,014*40)+0,28))*(1–10^-0.5*30)*24.5

d = (1,868*(0.8*0,235*a*365*1000)*((0,014*40)+0,28))*(1–10^-0.5*30)*0.0005547

e = (1,868*(0.8*0,235*a*365*1000)*((0,014*40)+0,28))*(1–10^-0.5*30)*0.00198

print*, “Nilai Produksi Gas CH4 terhadap produksi sampah (CH4/ton “
print*, “NPG CH4=”, b

print*, “Nilai Produksi Gas CO2 terhadap produksi sampah (CO2/ton CH4)”
print*, “NPG CO2=”, c

print*, “Nilai produksi kompos (dalam ton/tahun)”
print*, “Produksi Kompos=”, d

print*, “Nilai Produksi Gas CO2 yang dapat dicegah (dalam ton/tahun)”
print*, “Pencegahan=”, e

stop

end

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s