PEMANFAATAN GAS METANA SAMPAH SEBAGAI ENERGI TERBARUKAN (STUDI KASUS TPA PUWATU KENDARI)
THE WASTE METHANE GAS UTILIZATION AS A
RENEWABLE ENERGY (A CASE STUDY PUWATU LANDFILL MUNICIPAL OF KENDARI)
NINA ANGRIANI A.
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2017
PEMANFAATAN GAS METANA SAMPAH SEBAGAI ENERGI TERBARUKAN (STUDI KASUS TPA PUWATU KENDARI)
Tesis
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Magister
Program Studi
Perencanaan dan Pengembangan Wilayah
Disusun dan diajukan oleh
NINA ANGRIANI A.
kepada
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2017
PERNYATAAN KEASLIAN TESIS
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : NINA ANGRIANI A.
Nomor Mahasiswa : P0204215301
Program Studi : Perencanaan dan Pengembangan Wilayah
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya tulis ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri, bukan merupakan pengambilalihan tulisan atau pemikiran orang lain, apabila dikemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan bahwa sebagian atau keseluruhan tesis ini hasil karya orang lain, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan tersebut.
Makassar, April 2017 Yang menyatakan,
Nina Angriani A.
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat, nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul “Pemanfaatan Gas Metana sampah Sebagai Energi Terbarukan” untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar Magister pada Program Studi Perencanaan dan Pengembangan Wilayah Universitas Hasanuddin dapat terselesaikan tepat pada waktunya.
Banyak kendala yang dihadapi oleh penulis dalam rangka penyusunan tesis ini, dan berkat bantuan berbagai pihak maka tesis ini selesdai pada waktunya. Oleh karena itu, Dengan tulus penulis menghaturkan ucapan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Budimawan, DEA selaku ketua komisi penasehat dan Prof. Dr. Ir. Ansar Suyuti, MT selaku anggota komisi penasehat, atas bimbingan, motivasi dan arahannya yang tiada henti.
Selain itu, penulis juga menyampaikan terima kasih kepada dosen penguji yakni Prof. Dr. Ir. Ahmad Munir, M.Eng, Prof. Dr. Ir. Hazairin Zubair, MS, dan Dr. Ir. Daniel Useng, M.Eng.Sc, atas koreksi, masukan dan saran untuk perbaikan tesis ini.
1. Rektor Universitas Hasanuddin, Direktur Pascasarjana, seluruh Asisten Direktur beserta staf atas kerjasama dan pelayanannya, Ketua Program Studi Perencanaan Pengembangan Wilayah (PPW) dan Ketua Konsentrasi Manajemen Perencanaan beserta seluruh dosen pengajar yang mentransfer ilmu kepada penulis beserta Staf pengelola Manajemen Perencanaan kelas Bappenas.
2. Kepala Pusbindiklatren Bappenas atas kesempatan dan bantuan yang diberikan untuk mengikuti Karyasiswa S2 Bappenas ini.
3. Kepala Bappeda Provinsi Sulawesi Tenggara DR. H. Muh. Nasir A.
Baso, MM, beserta seluruh rekan kerja di Bappeda Prov. Sultra atas
doa, dukungan, dan kerjasamanya selama penulis menempuh masa perkuliahan.
4. Sahabat dan saudara seperjuangan kelas Bappenas Angkatan 13 Linda, Mulvi, Aty, Ani, Lely, Bone, Lutfi, Adi, Cecep, Iwan, Irfan, Jamal, atas kebersamaan serta dukungannya selama penulis menempuh masa studi.
5. Ladies Bappeda Provinsi Sulawesi Tenggara (Nida, Nini, Arin, Mimi, Novesty, Fauziah, Misra) untuk doa dan dukungan
6. Saudara-saudara di Korpala Unhas yang telah membantu selama ini.
Secara khusus untuk Ahmad, Fahmi, Baso yang telah banyak membantu selama penulis menempuh masa studi.
Akhirnya penghargaan yang tulus serta terima kasih yang tak terhingga penulis sampaikan kepada kedua orang tuaku Bapak Abukasim dan Ibu Martini Inggai, serta segenap keluarga dan kerabat untuk kasih sayang, doa, dan motivasi yang tidak pernah putus terucap buat penulis.
Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi semua yang membacanya.
Makassar, Agustus 2017
Nina Angriani A.
ABSTRAK
NINA ANGRIANI A.. Pemanfaatan gas Metana Sampah Sebagai Energi Terbarukan (Studi Kasus TPA Puwatu Kota Kendari) (dibimbing oleh Budimawan dan Ansar Suyuti).
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui (1) potensi energi listrik TPA Puwatu, (2) manfaat dan biaya yang ditimbulkan dari pengembangan energi listrik di TPA Puwatu, dan (3) merumuskan arahan pengembangan energi listrik TPA Puwatu.
Penelitian ini menggunakan metode IPCC 2006 untuk menghitung emisi gas metan TPA Puwatu. Data yang dianalisis terkait dengan biaya dan manfaat kegiatan pengembangan energi listrik dari gas metan dengan parameter kelayakan NPV, IRR, BC Rasio, dan payback period. Data dianalisis menggunakan metode SWOT untuk merumuskan arahan pengembangan.
Hasil penelitian menunjukkan potensi energi listrik dari gas metan yang dimiliki TPA Puwatu tahun 2017 sebesar 12.298.234,56 kWh dan jumlahnya terus meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah sampah yang masuk di TPA, Biaya pengembangan energi listrik TPA Puwatu meliputi: biaya investasi awal sebesar Rp. 95.972.432.400, biaya operasional sistem pengumpulan gas sebesar Rp. 88.311.600 dan biaya operasional pembangkit listrik Rp. 9.547.200.000. Manfaat pengembangan energi listrik TPA Puwatu berupa pendapatan dari penjualan listrik dan tipping fee. Pada aspek finansial, kriteria kelayakan diperoleh nilai NPV Rp.19.348.514.956,71, B/C rasio 1,65, IRR 24% dan payback period 4,96 tahun. Nilai-nilai tersebut menunjukkan proyek pembangkit listrik tenaga sampah TPA Puwatu memenuhi kelayakan untuk dilaksanakan.
Berdasarkan hasil analisis SWOT diperoleh arahan pengembangan energi listrik dari gas metan TPA puwatu yaitu meningkatkan porsi pemanfaatan energi terbarukan yang berasal dari gas metana TPA Puwatu, akselerasi pengembangan pembangkitan energi listrik di TPA Puwatu, memanfaatkan peluang pembiayaan melalui skema Mekanisme Pembangunan Bersih
Kata Kunci : TPA Puwatu, gas landfill, gas metan, energi listrik, ekonomi teknik, strategi.
ABSTRACT
NINA ANGRIANI A. The Waste Methane Gas Utilization as a Renewable Energy (A Case Study: on Puwatu Landfill Municipal of Kendari) (supervised by Budimawan and Ansar Suyuti).
The research aimed to investigate: (1) the electric energy potential, (2) the benefits and costs brought about by the electric energy development, and (3) by formulating electric energy development referral on Puwatu landfill.
The research used IPCC 2006 method to calculate methane gas emission. The cost and benefit analysis of the electric energy development activity of the methane gas used the feasibility parameter of NPV, IRR, BC Ratio and Payback period and SWOT analysis to formulate development referral.
The research result indicates that the electric energy potential of the methane gas in Puwatu landfill in 2017 is 12,298,234.56 kWh and the energy amount keeps increasing in line with the increase of the waste amount entering the landfill. The electric energy development cost of Puwatu landfill including the initial investment is Rp. 95,972,432,400.00, the operational cost of gas collection system is Rp. 88,311,600.00 and the operational cost of power plant is Rp. 9,547,200,000.00. The electric energy development benefits in the landfill are the income from the electricity sales and tipping fee. In the financial aspect, the feasibility criterion indicates NPV value of Rp. 19,348,514,956.71, B/C ratio of 1.65, IRR of 24% and Payback Period of 4,96 years. The values indicate that the waste power plant project of Puwatu landfill meets the feasibility to be implemented. SWOT analysis result indicates that the electric energy development referral of the methane gas of Puwatu landfill is to improve the renewable energy utilization portion derived from methane gas, the acceleration of the electric power plant development of Puwatu Landfill, utilizing the financing opportunity through Clean Development Mechanism (CDM) scheme.
Keyword : Puwatu Landfill, landfill gas, methane gas, electric energy, engineering economics, strategy
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ... xii
BAB I PENDAHULUAN...1
A. Latar Belakang ...1
B. Rumusan Masalah ...7
C. Tujuan Penelitian ...8
D. Manfaat Penelitian...8
E. Batasan Penelitian ...9
A. Konsep Pengelolaan Sampah ...10
1. Pengertian Sampah ...10
2. Sumber, Timbulan, dan Komposisi Sampah...11
3. Pengelolaan Sampah ...14
4. Gas landfill ...15
B. Pengolahan Gas Metana Sampah menjadi Tenaga Listrik ...22
1. Sistem Penangkapan Gas ...22
2. Sistem Treatment Gas Landfill ...24
3. Pembangkit Listrik ...24
C. Perhitungan Potensi Gas Landfill ...25
D. Ekonomi Teknik ...29
E. Tinjauan Hasil Penelitian ...32
F. Dasar Kerangka Konseptual ...35
BAB III METODE PENELITIAN...38
A. Pendekatan dan Jenis Penelitian ...38
B. Waktu dan Lokasi Penelitian ...38
C. Jenis dan Sumber Data ...40
D. Teknik Pengumpulan Data ...41
E. Teknik Analisis Data ...43
F. Definisi Operasional ...59
G. Asumsi Dasar ...59
H. Matriks Penelitian ...61
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...64
A. Gambaran Umum Kota Kendari ...64
B. TPA Puwatu ...69
C. Potensi Energi Listrik ...74
D. Analisis Manfaat dan Biaya ...79
E. Arahan Pengembangan Pemanfaatan Gas Metana Sampah Sebagai Sumber Energi Listrik ...92
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 125
A. KESIMPULAN ... 125
B. SARAN ... 126
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Target Bauran Energi ...3
Gambar 2 Penentuan Komposisi Berbasis 1 m3 Sampel Tanpa Reduksi Volume Sampah ...14
Gambar 3 Fase Dekomposisi Organik ...17
Gambar 4 Biokimia Produksi Gas Metan ...18
Gambar 5 Pembentukan Monomer ...19
Gambar 6 Pembentukan Metana dari Asam Asetat (a) dan dari Karbondioksida (b) ...20
Gambar 7 Site Plan Ekstraksi gas Landfill ...23
Gambar 8 a. Sumur Ekstraksi Vertikal, b. Sumur Ekstraksi Horizontal ....24
Gambar 9 Alur Pengambilan Keputusan Estimasi Emisi CH4 ...28
Gambar 10 Kerangka Konsep Penelitian ...37
Gambar 11 Peta Lokasi TPA Kota Kendari ...39
Gambar 13 Diagram SWOT : Identifikasi Posisi Strategi ...56
Gambar 14 Diagram Alir Metode Penelitian ...58
Gambar 15 Peta Administrasi Kota Kendari ...65
Gambar 16 Sketsa Eksisting TPA Puwatu ...71
Gambar 17 Proses pengolahan sampah dan penimbunan ...73
Gambar 18 Konstruksi dan skema proses penangkapan gas metan TPA Puuwatu ...74
Gambar 19 Sampling Komposisi Sampah ...76
Gambar 20 Sanitary Landfill TPA Puwatu ...96
Gambar 21 Kolam Air Lindi TPA Puwatu ...97
Gambar 22 Instalasi Gas Metan TPA Puwatu ...97
Gambar 23 Struktur Organisasi Dinas Kebersihan Kota Kendari ...98
Gambar 24 Pola Umum Pengolahan Sampah Kota Kendari ... 100
Gambar 25 Alur Proses CDM di Indonesia ... 108
Gambar 26 Diagram Kuadran Strategi SWOT ... 119
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Hasil Survey Laju Pembentukan Sampah Domestik Rata-Rata di
Berbagai Kota Di Indonesia ...12
Tabel 2 Komposisi gas landfill ...16
Tabel 3 Data Konversi Energi ...47
Tabel 4 Matriks SWOT ...57
Tabel 5 Matriks Penelitian ...62
Tabel 6 Letak dan luas wilayah administrasi per kecamatan di Kota ... Kendari ...66
Tabel 7 Temperatur, kelembaban dan curah hujan Kota Kendari ...67
Tabel 8 Jumlah Penduduk dan Rasio jenis Kelamin Menurut Kecamatan di Kota Kendari, 2015 ...68
Tabel 9 Data Timbulan Sampah Kota Kendari ...69
Tabel 10 Kondisi TPA Puwatu ...70
Tabel 11 Sarana dan prasarana TPA Puuwatu ...72
Tabel 12 Komposisi sampah dalam % berat basah berdasarkan hasil penelitian dibandingkan dengan nilai default IPCC 2006 ...77
Tabel 13 Proyeksi Potensi energi listrik melalui pemanfaatan gas metana TPA Puuwatu ...78
Tabel 14 Proyeksi Pendapatan Listrik PLTSa Kota Kendari...80
Tabel 15 Proyeksi manfaat ekonomi dari Tipping Fee bagi PLTSa TPA Puwatu ...81
Tabel 16 Potensi manfaat ekonomi reduksi emisi gas rumah kaca ...84
Tabel 17 Pembayaran angsuran pinjaman ...89
Tabel 18 Hasil Parameter Kelayakan Ekonomi ...91
Tabel 19 Data Alokasi Kota Kendari untuk sektor Persampahan ...94
Tabel 20 Produksi dan Konsumsi Minyak Bumi Indonesia Tahun 2006- 2016 ... 109
Tabel 21 Faktor Internal dan Faktor Eksternal ... 111
Tabel 22 Hasil pengklasifikasian faktor internal ... 112
Tabel 23 Hasil pengklasifikasian faktor eksternal ... 113
Tabel 24 Faktor Kekuatan, Peluang, Kelemahan dan Ancaman ... 114
Tabel 25 Hasil pemberian bobot dan skala rating faktor internal ... 115
Tabel 26 Hasil pemberian bobot dan skala rating faktor eksternal ... 117
Tabel 27 Hasil Matriks SWOT ... 120
Tabel 28 Program dan Kegiatan Pengembangan Energi Listrik TPA Puwatu ... 123
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pengembangan wilayah adalah sebuah konsep yang berfokus pada stimulasi dan diversifikasi kegiatan ekonomi, merangsang investasi di sektor swasta dan publik, yang bermaksud untuk mengurangi perbedaan sosio-ekonomi di antara berbagai bidang, dalam rangka meningkatkan taraf hidup dan menawarkan layanan berkualitas kepada masyarakat (Apostolache, 2014).
Energi merupakan kebutuhan bagi pembangunan ekonomi dan perbaikan kualitas hidup, namun energi ini terutama dihasilkan dari bahan bakar fosil yang kontras dengan keberlanjutan. Karena itu, pengembangan green alternative untuk produksi energi telah menjadi perhatian utama di seluruh dunia (IEA, 2014).
Tingginya ketergantungan terhadap bahan bakar fosil saat ini telihat dari bauran energi nasional 2015 yaitu Minyak 31,49 %, Gas 19,04 %, Batubara 24,82%, Hidro 2,36%, Panas Bumi 1,11%, biomassa 21,05 % dan biofuel sebesar 0,13% (Kementerian ESDM, 2016). Hal ini menyebabkan kerentanan ketahanan energi. Konsumsi minyak terus meningkat sementara produksi dalam negeri mengalami penurunan. Konsumsi energi final di Indonesia meningkat dari 1,411 juta barel per hari/ Barrel per day
(bpd) pada tahun 2010 menjadi 1,615 juta barel per hari/ Barrel per day (bpd) pada tahun 2016 atau tumbuh rata-rata sebesar 2%. Sementara produksi minyak mengalami penurunan dari 1,003 juta barel per hari/ Barrel per day (bpd) menjadi 881 ribu barel per hari/ Barrel per day (bpd) atau turun rata-rata sebesar -2,6% (BP Statistical, 2017). Selama kurun waktu 2000-2013, pertumbuhan konsumsi energi ini dibayangi oleh pemberian subsidi energi yang terus meningkat dan membebani anggaran belanja negara (BPPT, 2015).
Berbagai permasalahan energi saat ini dan yang mungkin muncul dimasa depan memerlukan solusi yang tepat dengan pendekatan yang komprehensif. Perencanaan dan pengembangan energi serta analisis terhadap pelaksanaan kebijakan yang ada perlu terus dilanjutkan guna merealisasikan penerapan teknologi energi bersih yang andal, berkelanjutan dan terjangkau (BPPT, 2015). Pemerintah telah meluncurkan inisiatif energi hijau, yaitu perpaduan konsep antara energi terbarukan, energi efisien dan energi bersih agar dapat tercipta pembangunan energi berkelanjutan sehingga dapat mendukung pembangunan berkelanjutan dengan mengeluarkan regulasi yaitu Peraturan Presiden No. 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional, yang kemudian direvisi dengan Peraturan Pemerintah Nomor 79 Tahun 2014. Kebijakan ini menetapkan target bauran energi nasional di tahun 2025 yang mengurangi konsumsi energi fosil dan meningkatkan pemanfaatan energi terbarukan dengan porsi 23% dan menjadi 31% pada tahun 2050. Regulasi lainnya mengenai energi
yaitu Undang-Undang No.30 Tahun 2007 tentang energi, yang landasan filosofisnya adalah untuk menuju kemandirian dan ketahanan energi nasional yang berdaulat, Peraturan Pemerintah No. 70 Tahun 2009 tentang konservasi energi, dan Undang-Undang No. 30 Tahun 2009 tentang ketenagalistrikan yang mendorong pengembangan sumber energi terbarukan sebagai penghasil listrik. (Gambar 1)
Sumber : Peraturan Pemerintah no. 79 tahun 2014, BPPT (2015) Gambar 1 Target Bauran Energi
Menurut Undang-undang Nomor 30 Tahun 2007, energi terbarukan adalah energi yang berasal dari sumber energi terbarukan, yaitu sumber energi yang dihasilkan dari sumber daya energi yang berkelanjutan jika dikelola dengan baik, antara lain panas bumi, angin, bioenergi, sinar matahari, aliran dan terjunan air, serta gerakan dan perbedaan suhu laut.
Bioenergi dapat diperoleh dari pengolahan sampah dengan metoda tertentu. Pemanfaatan sampah sebagai sumber energi terbarukan dapat
mengatasi masalah pembuangan sampah, menghasilkan sumber energi pengganti bahan bakar fosil dan mengurangi emisi gas rumah kaca dari pengolahan sampah (Tan, et al., 2015).
Sampah berkaitan dengan buangan aktifitas sehari-hari, praktek umumnya terlihat di sekitar pemukiman manusia. Pengelolaan sampah telah lama menjadi isu utama bagi banyak otoritas di dunia. Pertumbuhan penduduk yang cepat, meningkatnya urbanisasi, perkembangan infrastruktur yang cepat, perubahan gaya hidup dan kondisi ekonomi meningkatkan tingkat timbulan dan komposisi sampah. (Mensah, 2006).
Sumber sampah terbesar di Indonesia adalah sampah rumah tangga, terbesar kedua adalah sampah dari pasar tradisional. (Aye, 2006).
Disebagian besar kota, pengelolaan sampah meliputi pengumpulan, pengangkutan, dan pemrosesan akhir/pembuangan. Masalah utama sampah kota umumnya terjadi di Tempat pemrosesan akhir (TPA) terutama di beberapa kota besar. Masalah tersebut diantaranya keterbatasan lahan TPA, produksi sampah yang terus meningkat, teknologi proses yang tidak efisien dan tidak ramah lingkungan serta belum dapat dipasarkannya produk hasil sampingan sampah kota (Sudrajat, 2009).
Salah satu hasil sampingan sampah di TPA adalah biogas. Biogas merupakan sumber energi terbarukan yang dihasilkan oleh fermentasi anaerobik dari bahan organik. Biogas dapat diproduksi dari limbah kotoran hewan, air limbah, dan limbah padat. Komposisinya bervariasi, tergantung sumber bahan biogasnya. Akan tetapi, biasanya memiliki kandungan 50–
70 % metana, 25–50 % karbondioksida , 1–5 % H2, 0,3–3 % N2 dan Hidrogen Sulfida (Arifin dkk., 2011). Timbulnya biogas dapat menimbulkan dampak negatif apabila tidak ditangani secara baik karena akan menimbulkan ledakan bila berada di udara dengan konsentrasi sekitar 15%.
Salah satu kandungan biogas yaitu gas metana yang merupakan gas rumah kaca yang mempunyai potensi pemanasan global 33 kali dibanding CO2, dan mencegahnya terlepas ke udara sangat penting untuk mencegah perubahan iklim global (Dace et al, 2015). Oleh karena itu gas metana yang terbentuk sebaiknya dikonversi menjadi CO2 dengan jalan membakarnya atau dimanfaatkan sebagai sumber energi baik untuk energi listrik atau untuk bahan bakar. Timbulnya gas metana dapat dianggap sebagai nilai tambah dari sebuah landfill (Damanhuri, 2008).
Ekstraksi energi non fosil berbentuk biogas ini merupakan salah satu bentuk energi hijau, yang juga mendukung program nasional dalam Peraturan Presiden No. 61 Tahun 2011 tentang Rencana Aksi Nasional Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca (RAN GRK) dalam upaya melaksanakan pembangunan yang berwawasan lingkungan.
Sebagai ibukota Provinsi Sulawesi Tenggara, Kota kendari menjadi pusat pelayanan jasa, pendidikan, pelayanan kesehatan, perdagangan serta transportasi antar wilayah. Konsekuensinya, Kota Kendari menghadapi masalah lingkungan termasuk sampah perkotaan. Dengan luas wilayah 295,89 Km2 dan jumlah penduduk di tahun 2016 sebanyak 347.496 jiwa, setiap harinya bisa memproduksi sampah hingga dengan
179,7 ton per hari. Kebijakan pengelolaan sampah Kota Kendari meliputi upaya pengurangan dan penanganan sampah di sumber timbulan serta penanganan sampah di TPA. Upaya pengurangan dan penanganan sampah di sumber timbulan berupa pewadahan, pemilahan, pengolahan sampah organik (kompos) dan anorganik (3R), optimalisasi TPS skala pemukiman serta otimalisasi Bank Sampah. Sedangkan penangan sampah di TPA berupa pemilahan dan kegiatan 3R, pemadatan dan penutupan, pemanfaatan gas metana, serta pengolahan lindi.
Pengelolaan Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) Puuwatu Kota Kendari Sulawesi Tenggara saat ini menggunakan sistem lahan urug terkendali (controlled landfill). Pada tahun 2011 dimulai ujicoba pemanfaatan gas metana yang berasal dari landfill dan hasilnya dimanfaatkan untuk kebutuhan energi di TPA Puwatu. Di tahun 2013 Pemerintah Kota Kendari membangun sebuah kawasan kampung mandiri energi di areal Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) Kelurahan Puwatu. Energi pada kampung mandiri energi tersebut bersumber dari gas metana yang dihasilkan dari pengelolaan sampah di Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Puwatu. Hingga saat ini ada 120 rumah warga sekitar memanfaatkannya untuk penerangan listrik dan kebutuhan memasak.
Dari sisi penyediaan energi listrik, Kota Kendari juga masih menghadapi masalah. Rasio elektrifikasi Kota Kendari di tahun 2015 adalah sebesar 80,21%, dengan komposisi pembangkit listrik Sulawesi Tenggara yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Diesel 74,95%, Pembangkit Listrik Tenaga
Uap 20.56%, Pembangkit Listrik Tenaga Hidro 2.23 %, Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro 0.03 % dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya 0.22 %.
Distribusi pembangkitan listrik di Provinsi Sulawesi Tenggara jika dibagi dari jenis energi primernya adalah 97.51 % pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan 2.28 % energi baru terbarukan.
Pemanfaatan gas metana pada TPA Puwatu diharapkan dapat menangani masalah sampah perkotaan, penurunan emisi gas rumah kaca dan energi. Oleh karena itu, diperlukan penelitian mengenai pemanfaatan gas metana sampah sebagai sumber energi alternatif.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan sebelumnya maka dibuat rumusan masalah sebagai berikut :
1. Berapa besar potensi energi listrik dari gas metana sampah di TPA Puwatu?
2. Bagaimana biaya dan manfaat yang mungkin dihasilkan dari pengembangan energi listrik tenaga gas metana sampah di TPA Puwatu?
3. Bagaimana arahan pengembangan pemanfaatan gas metana sampah sebagai sumber energi listrik ?
C. Tujuan Penelitian
1. Menghitung potensi energi listrik dari gas metana sampah di TPA Puwatu.
2. Menganalisis biaya dan manfaat yang mungkin dihasilkan dari pengembangan energi listrik tenaga gas metana sampah di TPA Puwatu.
3. Merumuskan arahan pengembangan pemanfaatan gas metana sampah sebagai sumber energi listrik di TPA Puwatu
D. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat yang luas bagi masyarakat umum dan terkhusus bagi para penentu kebijakan dengan maksud sebagai berikut:
1. Bagi Pemerintah Daerah, sebagai acuan dalam merumuskan kebijakan mengenai perencanaan dan pengembangan pembangkit listrik tenaga gas metana sampah.
2. Sebagai masukan bagi kalangan swasta dan investor untuk menanamkan modalnya di bidang energi listrik dari gas metana sampah.
3. Bagi peneliti dan akademisi, penelitian ini diharapkan dapat menjadi salah satu referensi mengenai pemanfaatan dan pengelolaan sampah sebagai sumber energi terbarukan yang potensial.
E. Batasan Penelitian
Ruang lingkup pada penelitian ini dibatasi untuk berfokus pada pemanfaatan gas metana sampah menjadi energi listrik di TPA Puwatu.
TPA Puwatu menampung sampah yang berasal dari Kota Kendari.
Penimbunan sampah organik di TPA menghasilkan gas metana, kemudian gas metana ini ditangkap dan dimanfaatkan sebagai sumber energi pembangkit listrik. Perhitungan potensi gas metana yang dihasilkan berdasarkan timbulan sampah dan komposisi sampah. Manfaat proyek dalam penelitian ini mencakup manfaat langsung proyek (listrik dan tipping fee) serta manfaat tidak langsung proyek (reduksi emisi gas rumah kaca).
Penyerapan gas metana sebagai input produksi listrik akan dinilai untuk mengestimasi manfaat ekonomi reduksi emisi gas rumah kaca.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Konsep Pengelolaan Sampah
1. Pengertian Sampah
Menurut Undang-Undang No 18 tahun 2008, sampah adalah sisa kegiatan sehari-hari manusia dan/atau proses alam yang berbentuk padat.
Sampah merupakan salah satu kontributor dalam mempengaruhi terjadinya efek rumah kaca. Sampah tersebut diawali dengan proses degradasi yang kemudian melepaskan gas-gas seperti gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) (Hapsari & Wilujeng, 2012).
Menurut Purwendro dan Nurhidayat (2007), sampah merupakan bahan padat buangan dari kegiatan rumah tangga, pasar, perkantoran, komersial, industri atau aktivitas-aktivitas yang dilakukan oleh manusia lainnya. Sampah juga merupakan hasil sampingan dari aktivitas manusia yang sudah tidak terpakai. Besarnya sampah yang dihasilkan dalam suatu daerah tertentu sebanding dengan jumlah penduduk, jenis aktivitas, dan tingkat konsumsi penduduk tersebut terhadap barang atau material.
Semakin besar jumlah penduduk atau tingkat konsumsi terhadap barang maka semakin besar pula volume sampah yang dihasilkan.
Sedangkan menurut Sejati (2009), sampah adalah suatu bahan yang terbuang atau dibuang, merupakan hasil aktifitas manusia maupun
alam yang sudah tidak digunakan lagi karena sudah diambil unsur atau fungsi utamanya.
Menurut SNI 19-2454-2002 Tata cara teknik operasional pengelolaan sampah perkotaan, sampah adalah limbah yang bersifat padat terdiri dari bahan organik dan bahan anorganik yang dianggap tidak berguna lagi dan harus dikelola agar tidak mambahayakan lingkungan dan melindungi investasi pembangunan.
2. Sumber, Timbulan, dan Komposisi Sampah 2.1 Sumber dan Timbulan Sampah
Menurut Damanhuri dan Padmi (2010), secara praktis sampah dibagi menjadi 2 kelompok besar, yaitu :
a. Sampah dari permukiman atau sampah rumah tangga
b. Sampah dari non permukiman yang sejenis sampah rumah tangga seperti pasar, daerah komersial, dan sebagainya.
Kedua jenis sampah tersebut dikenal sebagai sampah domestik Sedangkan sampah non domestik adalah sampah atau limbah yang bukan sejenis sampah rumah tangga, misalnya limbah dari proses industri.
Sampah domestik yang berasal dari lingkungan perkotaan disebut juga Municipal Solid Waste (MSW).
Sumber sampah kota yang terbanyak berasal dari permukiman dan pasar tradisional. Sampah pasar khusus seperti pasar sayur mayur, pasar buah, atau pasar ikan, jenisnya relatif seragam. Sebagian besar (95%) berupa sampah organik sehingga lebih mudah ditangani. Sampah yang
berasal dari pemukiman umumnya sangat beragam, terdiri dari minimal 75% sampah organik dan sisanya non organik (Sudrajat, 2006).
Timbulan sampah biasanya akan bervariasi dari waktu ke waktu, antara satu daerah atau negara dengan daerah atau negara lainnya. variasi ini terutama disebabkan oleh perbedaan jumlah penduduk dan tingkat pertumbuhannya, tingkat hidup, musim, cara hidup dan mobilitas penduduk, iklim serta cara penanganan makanannya (Damanhuri dan Padmi, 2010).
Hasil survey laju pembentukan sampah di beberapa daerah perkotaan di Indonesia dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1 Hasil Survey Laju Pembentukan Sampah Domestik Rata-Rata di Berbagai Kota Di Indonesia
No Tipe Kota
Laju Pembentukan Sampah Domestik
Ton/kapita/tahun 1 Kota Metropolitan (jumlah pendudk > 1.000.000 jiwa) 0,28 2
Kota Besar (umlah penduduk antara 500.000-1.000.000
jiwa) 0,22
3
Kota Sedang (jumlah penduduk antara 100.000-500.000
jiwa) 0,20
4 Kota Kecil (jumlah penduduk antara 20.000-100.000 jiwa) 0,19
Rata-rata 0,22
Sumber: Kementerian Lingkungan Hidup (2012)
2.2 Komposisi Sampah
Hoornweg dan Bhada-Tata (2012) menyatakan bahwa komposisi sampah dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti budaya, pembangunan ekonomi, iklim dan sumber energi. Komposisi mempengaruhi seberapa sering sampah dikumpulkan dan bagaimana cara membuangnya. Negara
berpendapatan rendah memiliki proporsi sampah organik tertinggi, sementara negara berpendapatan tinggi memiliki komposisi kertas, plastik dan material anorganik lainnya dengan proporsi tertinggi. Berdasarkan wilayah, Asia Timur dan Pasifik memiliki proporsi tertinggi sampah organik sebesar 62%, sedangkan negara-negara Organisasi untuk Kerja Sama dan Pembangunan Ekonomi (OECD/Organisation for Economic Co-operation and Development) memiliki proporsi sampah organik setidaknya 27 % walaupun jumlah keseluruhan sampah organik pada negara OECD masih yang tertinggi.
Intergovernmental Panel on Climate Change (2006) membagi komposisi sampah dalam 11 kriteria yaitu makanan, kertas/karton, nappies, sampah taman, kayu, kain, karet dan kulit, platik, logam, kaca, dan lainnya.
Komposisi sampah tersebut menjadi salah satu parameter yang menunjukkan fraksi dari berat basah sampah atau berat kering dari komponen-komponen sampah. Faktor ini menentukan tingkat emisi gas rumah kaca dari suatu pengelolaan limbah karena berpengaruh pada besarnya GRK yang dapat terbentuk dihubungkan dengan seberapa besar komponen organik/karbon yang terdapat pada limbah (Ranradgrk, 2015).
Penentuan komposisi sampah sebaiknya berbasis 1 m3 sampel sampah yang merepresentasikan komposisi seluruh sampah yang ditimbun di TPA yang berasal dari berbagai wilayah (gambar 2). Komposisi sampah dapat ditentukan berdasarkan penimbangan komponen-komponen sampel sampah yang dipilah dari 1 m3 sampel tanpa reduksi volume sampel.
Frekuensi sampling sampah yang ideal dilakukan 8 hari berturut-turut untuk setiap musim (hujan dan kemarau). Jika terdapat keterbatasan waktu dan sumberdaya, pengambilan sampel setiap musim dapat dilakukan 2 kali untuk mewakili komposisi sampah hari kerja dan akhir pekan (Kementerian LH, 2012).
Gambar 2 Penentuan Komposisi Berbasis 1 m3 Sampel Tanpa Reduksi Volume Sampah
(Sumber : Kementerian LH, 2012)
3. Pengelolaan Sampah
Pengelolaan sampah didefinisikan adalah semua kegiatan yang bersangkut paut dengan pengendalian timbulnya sampah, pengumpulan, transfer dan transportasi, pengolahan dan pemrosesan akhir/pembuangan sampah dengan mempertimbangkan faktor kesehatan lingkungan, ekonomi, teknologi, konservasi, estetika dan faktor-faktor lingkungan lainnya yang erat kaitannya dengan respon masyarakat (Kementerian PU, 2006).
MSW
Menurut Undang-Undang no. 18 Tahun 2008 pengelolaan sampah didefinisikan sebagai kegiatan yang sistematis, menyeluruh, dan berkesinambungan yang meliputi pengurangan dan penanganan sampah.
Undang-Undang no. 18 tahun 2008 mengamanatkan bahwa mulai tahun 2013 tidak diperkenankan lagi operasi TPA secara open dumping.
Metode pembuangan akhir minimal harus dilakukan dengan controlled landfill untuk kota sedang dan kota kecil, dan sanitary landfill untuk kota besar dan kota metropolitan dengan sistem sel.
Menurut Suharto (2011), sistem landfill adalah sarana dan fasilitas untuk pembuangan limbah padat dimana limbah padat diletakkan diatas lahan dan dibawah limbah padat terdiri atas beberapa lapisan media padat antara lain granular, geotekstil, plastik, tanah liat dan batuan lain-lain.
Menurut Damanhuri dan Padmi (2010), sanitary landfill adalah metode pengurugan sampah ke dalam tanah dengan menyebarkan sampah secara berlapis-lapis pada sebuah lahan yang telah disiapkan, kemudian dilakukan pemadatan dengan alat berat, kemudian ditutup dengan tanah penutup pada akhir hari operasi. Sedangkan pada controlled landfill, aplikasi tanah penutup tidak dilakukan setiap hari. Penutupan sampah dilakukan setiap 5-7 hari sesuai dengan siklus lalat.
4. Gas landfill
Ouda et al (2013) menyatakan bahwa sampah perkotaan harus dipertimbangkan sebagai sumber bahan daur ulang dan energi yang
berharga. Sebuah landfill yang berisi sampah perkotaan bekerja seperti bio reaktor dimana gas landfill dihasilkan dari proses biokimia dari dekomposisi material organik. Gas landfill adalah suatu gas campuran yang utamanya terdiri dari metana, karbondioksida dan nitrogen. Komposisi gas landfill yang dihasilkan oleh deposit materi organik di TPA bervariasi signifikan selama fase operasional (masuknya sampah ke TPA) dan setelah penimbunan (Krakow,2010). Persentase distribusi gas landfill dapat dilihat dalam tabel 2.
Gas landfill tidak berwarna, memiliki kepadatan 1,25 kg/Nm3, dan lebih ringan dari udara. Seringkali gas landfill berbau tidak enak karena adanya kandungan hidrogen sulfida (Larsson, 2014). Biogas dengan kandungan metana lebih dari 45 % bersifat mudah terbakar (flammable) (Deublein dan Steinhauser, 2011). Intensitas produksi gas juga bervariasi tergantung waktu sejak dari sampah mengendap di landfill. Komposisi gas landfill dan alirannya adalah kunci utama yang menentukan penggunaan potensi energi sebuah landfill yang tepat dan bermanfaat. (Krakow, 2010) Tabel 2 Komposisi gas landfill
Komponen Persentase (dry volume basis) Metana
Karbondioksida Nitrogen
Oksigen Ammonia
Sulfida, disulfide, merkaptan, dll Hidrogen
Karbon monooksida
45-60 40-60 2-5 0,1-1,0 0,1-1,0 0-1,0 0-0,2 0-0,2 (Sumber: Tchobanoglous & Kreith, 2002)
Dekomposisi sampah memiliki waktu jeda, tidak langsung terjadi setelah sampah dibuang. Oleh karena itu, emisi CH4 oleh dekomposisi sampah dapat berlangsung dalam periode waktu yang panjang (kira-kira 50 tahun) setelah sampah ditimbun dalam landfill (Feng, et al., 2014, IPCC, 2006). Model dekomposisi khas organik ditunjukkan pada gambar 3, terdiri dari lima tahap proses kimiawi dan biokimiawi yang menghasilkan gas landfill. Diagram dekomposisi organik menunjukkan komponen bervariasi dari gas landfill. Diagram dasar membedakan antara 5 fase dekomposisi substansi organik, termasuk dekomposisi aerobik, dekomposisi anaerobik (fermentasi asam, unsteady dan steady methanogenesis), dan akhir dari produksi metana. Tahap akhir pada diagram tersebut yaitu tahap kelima menunjukkan akhir dari dekomposisi anaerobik dan produksi metana dari timbunan sampah meluruh secara bertahap (Krakow, 2010).
Gambar 3 Fase Dekomposisi Organik (Sumber: Krakow, 2010)
Pyruvate
Homo Asetogenesis Substrat
Lemak Protein
Karbohidrat (Polimer rantai
panjang)
Asam Lemak Asam Amino
Peptida Gula (Polimer rantai
pendek)
Subtrat Asetogenik
Laktat, Butirat, Propianat, Succinate, Ethanol (Asam Organik Rantai Pendek)
Asam Asetat
H2/CO2
Formate
Metanol
CH4 CO2
Hidrolisis Asidogenesis Asetogenesis Metanogenesis
NH4
Etanol
Asam lemak volatil
Fermentasi metana merupakan sebuah proses yang kompleks yang dapat dibagi menjadi 4 tahap degradasi, yaitu hidrolisis, acidogenesis, acetogenesis dan metanogenesis. Gambar 3 menunjukkan proses biokimia produksi gas metana (Deublein dan Steinhauser 2011).
Gambar 4 Biokimia Produksi Gas Metan (Sumber : Deublein dan Steinhauser, 2011)
Langkah-langkah dari penguraian anaerobik secara lebih rinci yaitu sebagai berikut:
a. Hidrolisis
Pada tahap hidrolisis, air bereaksi dengan polimer organik rantai panjang seperti polisakarida, lemak dan protein untuk membentuk polimer rantai pendek yang terlarut, seperti gula, asam lemak ratai panjang dan asam amino. Proses ini dilakukan oleh selulosa, amilase, lipase atau protease (enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme).
Gambar 5 Pembentukan Monomer (Sumber : Deublein dan Steinhauser, 2011)
b. Asidogenesis
Pada fase asidogenesis, monomer yang terbentuk dalam fase hidrolisis terdegradasi menjadi asam organik rantai pendek, molekul C1-C5
(seperti asam butirat, asam propionat, asetat, asam asetat), alkohol, nitrogen oksida, hidrogen sulfida, hidrogen, dan karbon dioksida.. Berbagai bakteri yang berbeda melakukan asidogenesis. Karbohidrat diurai oleh lactobacillus, asam lemak oleh acetobacer, dan asam amino oleh clostridium botulinum Konsentrasi ion hidrogen yang terbentuk mempengaruhi jenis produk fermentasi.
c. Asetogenesis
Pada tahap ini, bakteri asetogenik yang memproduksi hidrogen mengkonversi asam lemak dan etanol/alkohol menjadi asetat, karbondioksida dan hidrogen. Konversi lanjutan ini sangat penting bagi keberhasilan produksi biogas, karena metanogen tidak bisa menggunakan senyawa asam lemak dan etanol secara langsung.
d. Metanogenesis
Pembentukan metana terjadi pada kondisi anaerobik yang ketat (respirasi karbon). Dengan demikian, karbon pada biomassa dikonversi ke
karbondioksida (terlarut sebagai HCO-3 + H2) dan metana. Metana dibentuk melalui dua rute utama (gambar 5). Pada rute primer, fermentasi produk utama yang berasal dari tahap pembentukan asam yaitu asam asetat diubah menjadi metana dan karbon dioksida. Bakteri yang mengubah asam asetat adalah bakteri asetoklastik atau asetofilik. Rute sekunder menggunakan hidrogen untuk mengurangi CO2 dan untuk menghasilkan CH4 dengan metanogen hidrogenofilik. Hanya sejumlah senyawa dalam jumlah terbatas yang dapat digunakan sebagai substrat dalam metanogenesis yaitu asetat, H2, C02, metanol, dan format. Berdasarkan stoikiometri, diperkirakan bahwa sekitar 70% dari metana dihasilkan dari asetat, sedangkan 30% sisanya dihasilkan dari H2 dan CO2 (Winrock, 2015) .
Gambar 6 Pembentukan Metana dari Asam Asetat (a) dan dari Karbondioksida (b)
(Sumber: Deublein and Steinhauser 2011)
Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tapi jika digunakan untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan sedikit bau belerang untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi. Sebagai komponen utama gas alam, metana adalah sumber bahan bakar utama. Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan melepaskan satu molekul CO2 (karbondioksida) dan dua molekul H2O (air): CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.
Berdasarkan laporan Climate Change 2014 oleh Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), metana adalah gas penyebab perubahan iklim terbesar kedua setelah karbondioksida dan merupakan satu dari enam gas rumah kaca yang terdaftar dalam Protokol Kyoto. The Fifth Assessment Report (AR5) dari Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) pada November 2014 menunjukkan uap air (H2O), karbondioksida (CO2), nitrogen oksida (N2O), metana (CH4) dan Ozon (O) adalah gas rumah kaca utama dalam atmosfir bumi. Laporan itu juga menunjukkan bahwa potensi pemanasan global metana lebih besar 30% dari laporan sebelumnya yaitu The Fourth Assessment Report (AR4) dari IPCC. Potensi pemanasan global metana adalah 33 kali lipat dari karbondioksida dengan rentang waktu 100 tahun (Wu & Ma, 2016). Hal ini berarti bahwa jika jumlah CO2
dan CH4 yang sama masuk ke atmosfer maka metana akan menjebak panas 33 kali lipat dibandingkan karbondioksida dalam rentang waktu 100 tahun ke depan (Winrock, 2015).
Saat ini metana (CH4) dianggap sebagai bahan bakar yang menjembatani antara ekonomi bahan bakar fosil (karbon) dan kebutuhan terhadap energi terbarukan dan energi ini diproyeksikan memainkan peran penting dalam bauran energi global hingga 2035. Sebagai gas rumah kaca paling melimpah kedua, emisi tahunan CH4 global sebanyak 645 juta metrik ton, terhitung 14,3% dari jumlah emisi gas rumah kaca antropogenik global.
Dari jumlah ini, lima sumber utama antropogenik yaitu pertanian, batubara, landfill, minyak dan gas,serta air limbah bersama-sama mengemisikan 68%
dari seluruh emisi CH4. Landfill merupakan sumber emisi antropogenik CH4
tertinggi ketiga setelah pertanian dan tambang batubara, dan emisi dari sektor limbah diharapkan mencapai hampir 800 juta metrik ton CO2
ekuivalen (MMTCOe) pada tahun 2015 (Xiaoli dkk., 2016).
B. Pengolahan Gas Metana Sampah menjadi Tenaga Listrik
Menurut LFG Energy Project Development Handbook (US EPA, 2015), untuk memanfaatkan gas landfill menjadi tenaga listrik secara garis besar dalam 3 tahap yaitu pengumpulan gas, treatment gas dan pembangkitan listrik.
1. Sistem Penangkapan Gas
Sistem penangkapan gas landfill dapat dikonfigurasikan dengan sumur vertikal, parit horizontal atau kombinasi keduanya. Metode paling umum dalam penangkapan gas yaitu pengeboran sumur vertikal ke dalam timbunan sampah dan dan menghubungkan pipa untuk mengalirkan gas ke
penampungan menggunakan blower atau sistem induksi vakum. Tipe sistem penangkapan gas landfill lainnya yaitu menggunakan pipa horizontal dalam timbunan sampah. Sistem perpipaan horizontal berguna pada tipe landfill yang lebih dalam dan pada area penimbunan yang aktif. Beberapa sistem penangkapan menggabungkan sumur vertikal dan horizontal.
Pemilihan desain bergantung pada kondisi spesifik TPA dan waktu instalasi sistem penangkapan gas landfill. Gambar 8 dan gambar 9 menggambarkan contoh site plan ekstraksi gas landfill, desain sumur ekstraksi vertikal dan horizontal.
Gambar 7 Site Plan Ekstraksi gas Landfill (Sumber : US. EPA, 2015)
(a) (b)
Gambar 8 a. Sumur Ekstraksi Vertikal, b. Sumur Ekstraksi Horizontal (Sumber: US. EPA, 2015)
2. Sistem Treatment Gas Landfill
Sebelum gas landfill dapat digunakan dalam proses konversi, gas ini harus dibersihkan untuk menghilangkan kondensat, partikulat dan pengotor lainnya. Kondensasi terbentuk ketika gas hangat dari landfill menjadi dingin selama melalui sistem penangkapan. Jika air tidak dipisahkan dari gas dapat menyebabkan penyumbatan pada sistem perpipaan dan mengganggu proses penangkapan energi. Gas landfill juga kadang mengandung siloksan dan senyawa sulfur yang berasal dari sampah. Kontaminan tersebut dapat mengurangi kinerja pembangkit listrik.
3. Pembangkit Listrik
Teknologi yang umumnya digunakan pada proyek energi gas landfill untuk membangkitkan listrik yang dapat mengakomodasi berbagai
ukuran proyek yaitu mesin pembakaran dalam, turbin gas dan mikroturbin.
Kebanyakan proyek pembangkit listrik energi gas landfill (lebih dari 70%) menggunakan mesin pembakaran dalam, yang sesuai untuk proyek mulai dari 800 kW hingga 3 MW. Turbin gas lebih digunakan pada proyek besar, biasanya 5 MW atau lebih. Mikroturbin, sesuai dengan namanya, lebih kecil dari turbin dengan 1 unit tunggal berkapasitas antara 30 dan 250 kW dan biasanya digunakan untuk proyek lebih kecil dari 1 MW. Mesin pembakaran dalam kecil juga sesuai untuk proyek dengan ukuran kisaran kecil.
C. Perhitungan Potensi Gas Landfill
Pembentukan gas landfill telah banyak diteliti. Proses pembentukan gas dipengaruhi oleh banyak faktor mengingat signifikannya variabel kondisi TPA, penilaian teoritis tingkat produksi gas menjadi terlalu rumit.
Gas yang diperhitungkan dalam kegiatan penimbunan sampah adalah gas CH4 (Krakow, 2010).
Jumlah gas landfill yang ditangkap setiap tahun dihitung dengan menggunakan metodologi IPCC. Metodologi ini merupakan metodologi yang paling efisien untuk menghitung emisi gas rumah kaca dari landfill (Ahmed, et al., 2015). Model IPCC 2006 dikembangkan oleh Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) untuk memperkirakan emisi CH4 dari tempat pembuangan limbah padat. Model ini menggunakan metode First Order Decay (FOD). Metode ini mengasumsikan bahwa Degradable Organic Carbon (DOC) meluruh secara perlahan sehingga CH4
dan CO2 terbentuk. Jika kondisi konstan, laju produksi CH4 bergantung pada jumlah karbon yang tersedia pada limbah. (IPCC,2006)
CH4 dihasilkan dari proses degradasi bahan organik dalam kondisi anaerob. Selanjutnya, CH4 yang dihasilkan tersebut dapat mengalami berbagai proses, yaitu teroksidasi di permukaan tanah landfill (OXT), atau dapat ditangkap gas metannya (RT). Bentuknya dapat berupa pemanfaatan energinya atau hanya dibakar (flaring). (Ranradgrk, 2015)
Emisi CH4 dari penimbunan sampah dihitung berdasarkan massa timbulan sampah, fraksi sampah yang terdeposisi, dan potensi pembentukan gas CH4. Net emisi CH4 untuk satu tahun dapat diperkirakan dengan mengurangkan emisi CH4 yang terbentuk dengan CH4 yang di recovery dan teroksidasi seperti pada persamaan berikut:
𝑪𝑯𝟒𝒈𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒕𝒆𝒅 = 𝑴𝑺𝑾𝒕 ∙ 𝑴𝑺𝑾𝒇∙ 𝑳𝒐 𝑳𝟎 = 𝑴𝑪𝑭 ∙ 𝑫𝑶𝑪 ∙ 𝑫𝑶𝑪𝒇∙ 𝑭 ∙𝟏𝟔
𝟏𝟐
CH xT RT
x
OXT
CH
Emisi 4
4, , 1Dimana,
CH4,generated = CH4 yang terbentuk pada tahun T hasil dekomposisi komponen organik yang tersimpan di dalam sampah (DDOC)
MSW = timbulan sampah (Gg/tahun)
MSWf = massa limbah yang terdeposisi (Gg) Lo = potensi pembentukan gas CH4
MCF = faktor koreksi CH4
DOC = fraksi degradable karbon organik pada tahun
deposisi sampah, Gg C/Gg waste
DOCf = fraksi DOC yang dapat terdekomposisi pada kondisi anaerobik
F = fraksi CH4 pada gas landfill yang terbentuk (%) 16/12 = rasio berat molekul CH4/C:
Emisi CH4 = emisi CH4 dalam tahun T (Gg) T = tahun inventori
x = kategori atau jenis limbah
RT = recovery CH4 dalam tahun T (Gg) OXT = faktor oksidasi dalam tahun T (fraksi)
Tingkatan perhitungan tergantung kepada nilai parameter dan data aktivitas. Cara memperoleh data dapat dipilih sebagai berikut :
a. Tier 1: data aktivitas dan parameter menggunakan angka yang default (digeneralisir, menggunakan data yang terlah disediakan oleh IPCC,2006).
b. Tier 2: data aktivitas dan parameter menggunakan angka gabungan antara angka default dan data yang spesifik, berupa kecenderungan statistik dari data historis (setidaknya 10 tahun terakhir), statistik hasil survei di wilayah studi, atau data analogi dari wilayah yang memiliki karakter yang dianggap mewakili.
c. Tier 3: menggunakan kualitas data aktivitas yang spesifik, dikembangkan secara regional/nasional, atau pengukuran yang diturunkan dari parameter-parameter spesifik-suatu wilayah tertentu.
Perhitungan dapat menggunakan metoda spesifik-negara yang setara atau berkualitas lebih tinggi diatas seperti yang dirumuskan dalam
FOD yang berdasarkan metoda Tingkat 3. Parameter-parameter kunci termasuk half life (waktu paruh) dan penghasil metana potensial (Lo) atau kandungan DOC dalam limbah dan fraksi DOC yang melalui proses dekomposisasi (DOCf).
Alur pengambilan keputusan untuk estimasi emisi CH4 dari lahan pembuangan limbah padat ditunjukkan pada gambar 10.
Gambar 9 Alur Pengambilan Keputusan Estimasi Emisi CH4 (Sumber: IPCC, 2006)
Berdasarkan IPCC 2006 Guidelines, CO2 yang diemisikan dari pengolahan limbah secara biologi tidak termasuk dalam inventarisasi gas rumah kaca (GRK) dari penimbunan limbah padat di TPA karena
dikategorikan biogenic origin dan dihitung sebagai net emission dari sektor Agriculture, Forestry and Other Land Use (AFOLU). Gas-gas lainnya juga tidak termasuk dalam inventarisasi karena tidak signifikan jumlahnya.
D. Ekonomi Teknik
Ekonomi teknik adalah suatu ilmu pengetahuan yang berorientasi pada pengungkapan dan perhitungan nilai-nilai ekonomis yang terkandung dalam suatu rencana kegiatan teknik (engineering). Karena penetapan kegiatan teknik pada umumnya memerlukan investasi yang relatif besar dan berdampak jangka panjang terhadap aktifitas pengikutnya, penerapan aktifitas teknik tersebut menuntut adanya keputusan-keputusan strategis yang memerlukan pertimbangan-pertimbangan teknik maupun ekonomis yang baik dan rasional. Oleh karena itu, ilmu ekonomi teknik sering juga dianggap sebagai sarana pendukung keputusan (Decision Making Support) (Giatman, 2011).
Penelitian dan penilaian ditujukan untuk mengetahui apakah suatu investasi akan memberi manfaat ekonomi atau apakah investasi yang dimaksud sudah merupakan pilihan yang optimal dari berbagai kemungkinan yang ada. Secara umum perhitungan nilai ekonomi mencakup beberapa parameter yaitu Benefit and Cost Ratio (B/C Ratio), Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), dan Payback Period (PBP).
1. Metode Benefit Cost Ratio (BCR)
Metode benefit cost ratio (BCR) adalah salah satu metode yang sering digunakan dalam tahap-tahap evaluasi awal perencanaan investasi atau analisis tambahan untuk memvalidasi hasil evaluasi yang telah dilakukan dengan metode lainnya. Metode ini sangat baik dilakukan dalam rangka mengevaluasi proyek-proyek pemerintah yang berdampak langsung pada masyarakat banyak. (public government project) baik dampak yang bersifat positif maupun yang negatif. Metode BCR ini memberikan penekanan terhadap nilai perbandingan antara aspek manfaat (benefit) yang akan diperoleh dengan aspek biaya dan kerugian yang akan ditanggung (cost) dengan adanya investasi tersebut.
Aspek benefit dan cost dalam proyek-proyek pemerintah mempunyai pengertian yang lebih luas daripada pengertian biasa, dimana benefit dan cost itu sendiri seringkali ditemukan dalam bentuk manfaat dan biaya tidak langsung yang diperoleh pemerintah atauu masyarakat.
Untuk mengetahui BCR dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut:
𝐵𝐶𝑅 = Σ𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑡 Σ𝐶𝑜𝑠𝑡
Jika BCR ≥ 1 maka investasi layak secara ekonomis dan jika BCR ≤ 1 maka investasi tidak layak secara ekonomis.
2. Net Present Value (NPV)
NPV adalah nilai sekarang dari keseluruhan Discounted Cash Flow atau gambaran pembiayaan total. Dengan kata lain, NPV adalah
pendapatan total suatu proyek dilihat dari nilai sekarang (nilai pada awal proyek) (Dodi dkk,2015). Secara matematik nilai NPV dapat dicari dengan menggunakan persamaan dibawah ini:
𝑁𝑃𝑉 = ∑ CIFt
(1 + k)𝑡− 𝐶𝑂𝐹
𝑛
𝑡=0
Dimana:
NPV : Net Present Value
K : Discount rate yang digunakan COF : Cash outflow investasi
CIFt : Cash inflow pada periode t
N : Periode terakhir cash flow diharapkan
3. Internal Rate of Return (IRR)
Internal Rate Return adalah besarnya tingkat keuntungan yang digunakan untuk melunasi jumlah modal yang dipinjam agar tercapai keseimbangan kearah nol dengan pertimbangan keuntungan IRR ditunjukkan dalam bentuk persentase (%) per periode dan biasanya bernilai positif (I>0) (Dodi dkk, 2015). Untuk menghitung nilai IRR dengan menggunakan persamaan berikut:
𝐼𝑅𝑅 = 𝑖1 +( 𝑁𝑃𝑉1 𝑁𝑃𝑉1− 𝑁𝑃𝑉2)
Dimana:
IRR : Internal Rate of Return (%)
NPV1 : Net Present Value dengan tingkat bunga rendah NPV2 : Net Present Value dengan tingkat bunga tinggi i1 : tingkat bunga pertama (%)
4. Payback Period (PBP)
Analisis Payback Period pada dasarnya bertujuan untuk mengetahui seberapa lama (periode) investasi akan dapat dikembangkan saat terjadinya kondisi balik modal (break even-point). Lamanya periode pengembalian (k) pada saat BEP adalah:
𝑘(𝑃𝐵𝑃) = ∑ 𝐶𝐹𝑡 ≥ 0
𝑘
𝑡=0
Dimana:
K : periode pengembalian CFt : cash flow periode ke t
E. Tinjauan Hasil Penelitian
Sulistyo (2010) telah melakukan kajian terkait pemanfaatan sampah organik di Pasar Induk kramat Jati sebagai pembangkit listrik tenaga biogas. Tujuan dari penelitian tersebut yaitu 1) Mengkaji potensi sampah organik (sayur-mayur, buah-buahan, dan umbi-umbian) di Pasar Induk Kramat Jati sebagai bahan baku biogas; 2) Mengkaji metode pengolahan sampah organik untuk dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biogas; 3) Merencanakan aspek teknis yang berkaitan dengan pemilihan lokasi pembangkit listrik, konstruksi digester, proses pemurnian gas dari digester dan menentukan jenis teknologi pembangkit yang digunakan; 4) menghitung kapasitas energi listrik dari PLT Biogas yang dapat dibangkitkan; 5) Menganalisis aspek teknis dan ekonomis PLT
Biogas yang menggunakan teknologi konversi pembangkit gas engine dan gas turbin engine. Metode yang digunakan untuk mengkaji tujuan tersebut adalah perencanaan digester, analisis aspek teknis, analisis ekonomi dan analisis kelayakan finansial (kriteria berupa NPV, PBP, dan IRR)
Hapsari dan Wilujeng (2012) telah melakukan kajian emisi karbondioksida dan metana dari kegiatan reduksi sampah di wilayah Surabaya bagian selatan. Tujuan dari penelitian tersebut adalah untuk mengetahui jumlah emisi gas karbondioksida dan gas metana dari timbulan sampah Kota Surabaya dan dari kegiatan reduksi sampah di wilayah Surabaya bagian selatan dan juga untuk mengetahui faktor perilaku yang paling mempengaruhi masyarakat untuk melakukan kegiatan reduksi sampah di wilayah Surabaya bagian selatan. Emisi karbondioksida dan metana yang dihasilkan dari timbulan sampah dihitung dengan menggunakan metode perhitungan Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), sedangkan Emisi karbondioksida dan metana yang dihasilkan dari kegiatan reduksi sampah dihitung dengan menggunakan metode perhitungan United States Environmental Protection Agency (US- EPA).
Syarifuddin (2012) telah melakukan kajian manfaat dan biaya pembangkit listrik tenaga sampah untuk desa terpencil di Indragiri Hilir (studi kasus TPA Sei Beringin). Tujuan penelitian tersebut untuk memperoleh suatu analisis manfaat yang dihasilkan dengan adanya Pembangkit Listrik Tenaga Sampah, dan juga biaya yang dibutuhkan
menerapkan teknologi tersebut di Kabupaten Indragiri Hilir Provinsi Riau.
PLTSa menggunakan mesin gas pembakaran dalam berbahan bakar gas yang berasal dari landfill. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode Landfill Gas Emission (LandGEM), yaitu alat analisis yang digunakan oleh US. Environmental Protection Agency (US. EPA) untuk menghitung gas landfill, dan analisis ekonomi teknik (kriteria berupa Benefit and Cost Ratio dan NPV).
Safrizal (2014) telah melakukan kajian teknis dan ekonomis konversi energi dari produksi sampah kota medan. Penelitian ini meliputi perhitungan total kapasitas sampah di TPA Namo Bintang yang akan diolah sebagai bahan bakar pembangkit listrik tenaga sampah kota dan potensi energi listrik yang mampu dibangkitkan sebagai sumber energi listrik alternatif berbasis energi terbarukan ramah lingkungan. Hasil penelitian volume sampah kota Medan mencapai 1.812 ton/hari dapat dijadikan sumber energi listrik alternatif sebesar 21,744 MW sekaligus membantu defisit energi listrik kota Medan.
Widyaputri (2014) melakukan analisis ekonomi pembangkit listrik tenaga sampah dan manfaat reduksi emisi karbon di tempat pengolahan sampah terpadu Bantargebang. Tujuan penelitian tersebut yaitu 1) Mengidentifikasi sistem pengolahan sampah di TPST Bantargebang; 2) Mengevaluasi manfaat (benefit) ekonomi yang mungkin dihasilkan melalui reduksi emisi karbon dari kegiatan PLTSa; 3) Mengevaluasi secara ekonomi terhadap proyek Pembangkit Listrik Tenaga Sampah (PLTSa) di
TPST Bantargebang. Penilaian manfaat ekonomi reduksi emisi karbon menggunakan Landfill Gas Emission (LandGEM) dari US.EPA. Analisis Benefit-Cost digunakan untuk mengevaluasi proyek secara ekonomi dengan kriteria berupa NPV, IRR, (Net B/C) Net Benefit Cost dan Payback Period.
Dodi, dkk (2015) melakukan kajian kelayakan pembangunan pembangkit listrik tenaga sampah (PLTSa) di TPA Air Dingin Kota Padang.
Metode yang digunakan dalam penelitian tersebut yaitu metode perhitungan IPCC untuk perhitungan emisi CH4 dan analisis ekonomi pembangunan PLTSa dengan kriteria NPV, IRR, Benefit Cost Ratio dan Payback Period.
F. Dasar Kerangka Konseptual
Ide dasar dari penelitian ini adalah pengelolaan sampah, emisi gas rumah kaca dan isu energi. Masalah tersebut didasari dari pertumbuhan penduduk. Seiiring dengan pertumbuhan penduduk maka kebutuhan konsumsi produk dan konsumsi energi listrik pun akan bertambah. Hal ini menyebabkan peningkatan timbulan sampah dan menurunnya cadangan energi dimana saat ini ketergantungan terhadap bahan bakar fosil masih sangat besar. Pengolahan sampah pada pemrosesan akhir di TPA dengan sistem controlled landfill menghasilkan emisi gas rumah kaca.
Sehingga untuk mengatasi permasalahan tersebut penulis berpendapat bahwa pemanfaatan gas metana hasil penimbunan sampah
di TPA Puwatu sebagai sumber energi terbarukan memberikan solusi terhadap permasalahan diatas. Untuk itu perlu dilakukan penelitian tentang potensi energi listrik yang dapat dihasilkan oleh gas metana TPA Puwatu.
Setelah potensi energi diketahui maka analisis manfaat dan biaya yang mungkin dihasilkan dari pemanfaatan energi TPA Puwatu menjadi energi listrik sangat diperlukan untuk mengetahui apakah pembangunan suatu pembangkit listrik tenaga gas metan sampah layak dikembangkan.
Dengan mempertimbangkan aspek teknis, ekonomis dan faktor internal (kekuatan dan kelemahan) serta faktor eksternal (peluang dan ancaman) maka strategi pengembangan pemanfaatan energi gas metan sampah menjadi energi listrik dapat dirumuskan.
Gambar 11 menjelaskan secara umum kerangka konseptual dari penelitian ini, adapun variabel penelitian dan teknik analisis dijelaskan dalam diagram alur metode penelitian pada Gambar 14.
Pertambahan Konsumsi Produk
Pertambahan Timbulan Sampah
Peningkatan Emisi Gas Metan di TPA
Pertambahan Konsumsi Energi Listrik
Menurunnya cadangan energi fosil
Berkurangnya pasokan energi untuk listrik
Pemanfaatan Gas Metan Sampah sebagai energi alternatif untuk
pembangkit listrik
Mengurangi emisi gas rumah kaca
Mengurangi konsumsi energi BBM berbasis fosil
Mengatasi masalah sampah
Potensi Energi Listrik Regulasi :
1. UU 18/2008 tentang Pengelolaan Sampah 2. Perpres 61/2011 tentang Rencana Aksi
Nasional Penurunan emisi Gas Rumah Kaca (RAN-GRK)
Regulasi :
1. PP 79/2014 ttg Kebijakan energi Nasional,
mengamanatkan peningkatan persentase pemanfaatan energi terbarukan dalam bauran energi nasional dan mengurangi pemanfaatan energi fosil 2. Permen ESDM 19/2013 tentang Pembelian tenaga listrik
oleh PT. PLN (Persero) dari pembangkit listrik berbasis sampah kota
Strategi Pengembangan Kelayakan Usaha
Meningkatkan Rasio Elektrifikasi
Keterangan : Ruang lingkup penelitian
Gambar 10 Kerangka Konsep Penelitian
