pemanfaatan limbah gas

PEMANFAATAN LIMBAH GAS

            Limbah gas atau polutan yang berbahaya bagi kehidupan manusia dan keberlangsungan keseimbangan lingkungan di dunia harus segera dirubah menjadi sesuatu yang bermanfaat bagi kehidupan manusia maupun lingkungan, antara lain:

A.        GAS SO₂

            Pada beberapa industri peleburan baja memanfaatkan kembali limbah gas SO₂ menjadi larutan asam sulfat yang agak kuat (75-80%) dengan menggunakan sistem oksidasi katalitik. Gas dilewatkan melalui suatu katalis dan melalui beberapa kondensor  untuk memproduksi asam. Pada beberapa industri, asam yang dihasilkan dapat digunakan sendiri (recovery), tetapi pada industri lainnya asam yang dihasilkan harus dijual.

B.        METHANE (GAS METAN)

 Methane merupakan salah satu polutan (Green House Gas) yang berbahaya dan dapat merusak ozon. Gas methane bersifat ekplosif (mudah meledak), untuk itu harus di kelola dengan baik agar tidak membabahayakan bagi lingkungan dan manusia. Gas methane berasal dari proses pembusukan yang terjadi pada sampah-sampah organik dan gas ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar non fosil yang ramah lingkungan yang lebih dikenal dengan biogas.  

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya; kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan maupun untuk menghasilkan listrik.

Biogas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam  pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer tidak akan menambah jumlah karbon di atmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil (Yudha et al.,2009).

Saat ini, banyak negara maju meningkatkan penggunaan biogas yang dihasilkan baik dari limbah cair maupun limbah padat atau yang dihasilkan dari sistem pengolahan biologi mekanis pada tempat pengolahan limbah.

Sumber – sumber gas methane, antara lain :

1.  Gas landfill

Gas landfill adalah gas yang dihasilkan oleh limbah padat yang dibuang di landfill. Sampah ditimbun dan ditekan secara mekanik dan tekanan dari lapisan diatasnya. Karena kondisinya menjadi anaerobik, bahan organik tersebut terurai dan gas landfill dihasilkan. Gas ini semakin berkumpul untuk kemudian perlahan-lahan terlepas ke atmosfer. Hal ini menjadi berbahaya karena:

·           dapat menyebabkan ledakan,

·           pemanasan global melalui metana yang merupakan gas rumah kaca, dan

·           material organik yang terlepas (volatile organic compounds) dapat menyebabkan (photochemical smog)

 

Dari sisi kehidupan sebuah landfill akan mengalami, proses dekomposisi, secara aerob maupun anaerob ketika pertama kali material diletakkan dalam pengisian, maka proses dekomposisi mengarah pada peristiwa aerob, ketika komponen oksigen dikonsumsi, maka landfill dianggap mengalami kondisi anaerob, lamanya tergantung pada suhu dan oksigen yang tersedia. Periode dekomposisi aerob lebih cepat dibanding dengan periode anaerob dalam proses ini.

Hasil yang diperoleh dari dekomposisi aerob adalah asam dan alkohol, yang dikonsumsi oleh mikroorganisme yang akan menghasilkan methana dan karbon dioksida. Gas methana menyebabkan kondisi gas masuk ke rumah. Menurut Fist (1967) konsentrasi ledakan dalam penelitiannya gas lain yang diproduksi secara anaerob adalah hidrogen sulfida yang berbau busuk dan mudah meledak.

Pembentukan gas pada lahan landfill dimulai dari penguraian bahan organik secara aerobik akan menghasilkan gas CO₂, sedangkan penguraian bahan organik pada kondisi anaerobik akan menghasilkan gas CH₄, H₂S, dan NH₃. Gas CH₄ perlu ditangani karena merupakan salah satu gas rumah kaca serta sifatnya mudah terbakar. Sedangkan gas H₂S, dan NH₃ merupakan sumber bau yang tidak enak.

            Gas landfill adalah produk sampingan dari proses dekomposisi dari timbunan sampah yang terdiri dari unsur 50% metan (CH4), 50% karbon dioksida (CO2) dan <1% non-methane organic compound (NMOCs). Berbagai jejak gas seperti hidrogen sulfida, uap air, amonia, nitrogen dan berbagai senyawa organik yang mudah menguap (VOCs) juga ditemukan di gas landfill. Gas-gas tersebut dihasilkan oleh dekomposisi secara anaerobik oleh bahan-bahan organik. Jika ventilasi tidak benar metana bisa terakumulasi dan menyebabkan ledakan bila tercampur dengan udara, selain dapat menimbulkan smog (kabut gas beracun), serta pemanasan global.

Sistem sanitary landfill dilakukan dengan cara memasukkan sampah kedalam lubang selanjutnya diratakan dan dipadatkan kemudian ditutup dengan tanah yang gembur demikian seterusnya hingga menbentuk lapisan-lapisan (Fist,1967).

Untuk memanfatkan gas yang sudah terbentuk, proses selanjutnya adalah memasang pipa-pipa penyalur untuk mengeluarkan gas. Gas selanjutnya dialirkan menuju tabung pemurnian sebelum pada akhirnya dialirkan ke generator untuk memutar turbin.

Dalam penerapan sistem sanitary landfill yang perlu diperhatikan adalah luas area harus mencukupi, tanah untuk penutup harus gembur, permukaan tanah harus dalam dan agar ekonomis lokasi harus dekat dengan sampah sehingga biaya transportasi untuk mengangkut tanah tidak terlalu tinggi.

Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Pada umumnya biogas terdiri atas :

gas metana (CH4)                    : 50 sampai 70 persen

gas karbon dioksida (CO2)     : 30 - 40 persen

Hidrogen (H2)                                    : 5 -10 persen

gas-gas lainnya                        : dalam jumlah yang sedikit

(Yadava and Hesse,1981; Abdulah, et al., 1991)

 

Nilai kalori dari 1 meter kubik biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu biogas sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan pengganti minyak tanah, LPG, butana, batu bara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil.

Limbah biogas yaitu kotoran ternak yang telah hilang gasnya (slurry) merupakan pupuk organik yang sangat kaya akan unsur-unsur yang dibutuhkan oleh tanaman. Bahkan, unsur-unsur tertentu seperti protein, selulose, lignin, dan lain-lain tidak bisa digantikan oleh pupuk kimia. Pupuk organik dari biogas telah dicobakan pada tanaman jagung, bawang merah dan padi.

Dalam beberapa kasus, gas landfill mengandung siloksan. Selama proses pembakaran, silikon yang terkandung dalam siloksan tersebut akan dilepaskan dan dapat bereaksi dengan oksigen bebas atau elemen-elemen lain yang terkandung dalam gas tersebut. Akibatnya akan terbentuk deposit (endapan) yang umumnya mengandung silika (SiO₂) atau silikat (Si_xO_y) , tetapi deposit tersebut dapat juga mengandung kalsium, sulfur belerang, zinc (seng), atau fosfor. Deposit-deposit ini (umumnya berwarna putih) dapat menebal hingga beberapa millimeter di dalam mesin serta sangat sulit dihilangkan baik secara kimiawi maupun secara mekanik.

Pada internal combustion engines (mesin dengan pembakaran internal), deposit pada piston dan kepala silinder bersifat sangat abrasif, hingga jumlah yang sedikit saja sudah cukup untuk merusak mesin hingga perlu perawatan total pada operasi 5.000 jam atau kurang. Kerusakan yang terjadi serupa dengan yang diakibatkan karbon yang timbul selama mesin diesel bekerja ringan. Deposit pada turbin dari turbocharger akan menurunkan efisiensi charger tersebut.

Stirling engine lebih tahan terhadap siloksan, walaupun deposit pada tabungnya dapat mengurangi efisiensi.

 

Biogas terhadap gas alam

Jika biogas dibersihkan dari pengotor secara baik, ia akan memiliki karakteristik yang sama dengan gas alam. Jika hal ini dapat dicapai, produsen biogas dapat menjualnya langsung ke jaringan distribusi gas. Akan tetapi gas tersebut harus sangat bersih untuk mencapai kualitas pipeline. Air (H₂O), hidrogen sulfida (H₂S) dan partikulat harus dihilangkan jika terkandung dalam jumlah besar di gas tersebut. Karbon dioksida jarang harus ikut dihilangkan, tetapi ia juga harus dipisahkan untuk mencapai gas kualitas pipeline. Jika biogas harus digunakan tanpa pembersihan yang ektensif, biasanya gas ini dicampur dengan gas alam untuk meningkatkan pembakaran. Biogas yang telah dibersihkan untuk mencapai kualitas pipeline dinamakan gas alam terbaharui.

 

Penggunaan gas alam terbaharui

Dalam bentuk ini, gas tersebut dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya seperti distribusi melalui jaringan gas, pembangkit listrik, pemanas ruangan dan pemanas air. Jika dikompresi, ia dapat menggantikan gas alam terkompresi (CNG) yang digunakan pada kendaraan.

2.         Gas Rawa

Menurut Mardana, biogas biasanya dikenal sebagai gas rawa atau lumpur. Gas campuran ini didapat dari proses perombakan kotoran ternak menjadi bahan organik oleh mikroba dalam kondisi tanpa oksigen. Proses ini populer dengan nama anaerob. Selama proses fermentasi, biogas pun terbentuk. (www.disnak.jabarprov.co.id)

Dari fermentasi ini, akan dihasilkan campuran biogas yang terdiri atas metana (CH4), karbon dioksida, hidrogen, nitrogen dan gas lain seperti H2S. Metana yang dikandung biogas berjumlah 54 – 70 persen, sedang karbon dioksida antara 27 – 43 persen, sedangkan gas-gas lainnya hanya beberapa persen. Selama proses itu, mikroba yang bekerja butuh makanan. Makanan tersebut mengandung karbohidrat, lemak, protein, fosfor dan unsur-unsur mikro. Lewat siklus biokimia, nutrisi tadi akan diuraikan. Dengan begitu, akan dihasilkan energi untuk tumbuh. Dari proses pencernaan anaerobik ini akan dihasilkan gas metan.

Bila unsur-unsur dalam makanan tadi tak berada dalam takaran yang seimbang alias kurang, bisa dipastikan produksi enzim untuk menguraikan molekul karbon komplek oleh mikroba akan terhambat. Dalam pertumbuhan mikroba yang optimum biasanya dibutuhkan perbandingan unsur C : N : P sebesar 100 : 2,5 : 0,5. Selain masalah nutrisi, ada faktor lain yang perlu dicermati karena berpotensi mengganggu jalannya proses fermentasi. Untuk itu, saat menyiapkan bahan baku untuk produksi biogas, bahan-bahan pengganggu seperti antibiotik, desinfektan dan logam berat harus diperhatikan saksama.

Gas metan hasil fermentasi ini akan menyumbang nilai kalor yang dikandung biogas, besarnya antara 590 – 700 K.cal per kubik. Sumber utama nilai kalor biogas berasal dari gas metan itu, plus sedikit dari H2 serta CO. Sedang karbon dioksida dan gas nitrogen tidak memiliki konstribusi dalam soal nilai panas tadi.
Sementara dalam hal tingkat nilai kalor yang dimiliki, biogas mempunyai keunggulan yang signifikan bila dibandingkan dengan sumber energi lainnya, seperti coalgas (586 K.cal/m3) ataupun watergas (302 K.cal/m3). Nilai kalor biogas itu lebih rendah bila dibandingkan dengan gas alam (967 K.cal/m3). Menurut D. Wibowo setiap kubik biogas setara dengan setengah kilogram gas alam cair (liquid petroleum gases), setengah liter bensin dan setengah liter minyak diesel. Biogas pun sanggup membangkitkan tenaga listrik sebesar 1,25 – 1,50 kilo watt hour (kwh).

Selain itu, biogas juga bisa dipakai sebagai bahan bakar untuk menggerakkan motor, namun biogas harus berada dalam kondisi tanpa H₂S karena gas ini dapat bersifat korosif pada motor. Hal ini dapat dilakukan dengan melewati biogas yang dihasilkan ke ferri oksida karena ferri oksida dapat mengikat Gas H₂S tersebut.