emisi grk limbah padat

Dasar-dasar Estimasi Emisi GRK dari Pengelolaan Limbah Padat

Pelatihan Inventarisasi GRK BPLHD Provinsi LampungBandar Lampung, 11 April 2013

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

1. Sumber utama GRK dari penanganan limbah di Indonesia

2. Estimasi Tingkat Emisi GRK Penanganan Limbah Padat Kota dan Industri pada penanganan limbah dengan cara:

• Penimbunan di SWDS (solid waste disposal site) atau landfill atau TPA

• Perlakuan secara biologi• Pembakaran

2

OUTLINE

3

1. Sumber utama GRK penanganan limbah di Indonesia

2. INVENTARISASI EMISI GRK DARI PENANGANAN LIMBAH PADAT

4

1. Penanganan/Pembuangan Limbah Padat Domestik (Kota) − unmanaged solid waste disposal sites (open dumping) − managed solid waste disposal sites − uncategorised solid waste disposal sites

Di Indonesia sebagian besar unmanaged waste disposal sites (kategori “limbah- padat-dalam” ketebalan > 5m dan/atau water table tinggi)

Penanganan/pengolahan limbah padat industri (termasuk lumpur/sludge dari WWT) umumnya merupakan managed waste disposal sites

Pengolahan Limbah Padat secara Biologi composting, reaktor/digester anaerob (fasilitas biogas)

Insinerasi dan open burning: di Indonesia umumnya open burning

Limbah lainnya (other waste)− Clinical Waste & Hazardous Waste− Agricultural Waste (tidak dalam pedoman ini tetapi pada AFOLU)

2. Sistem Pengolahan dan Pembuangan Limbah Cair Domestik dan Industri

Pengelolaan limbah yang merupakan sumber-sumber utama emisi GRK yang tercakup dalam IPCC 2006 Guidelines

1. pengelolaan kotoran ternak (manure)masuk dalam kategori AFOLU

2. pengelolaan limbah di TPA/SWDS [#4A]•managed SWDS (TPA yang dikelola/control landfill/sanitary landfill),

•un-managed SWDS (TPA yang tidak dikelola atau open dumping), dan

•uncategorized SWDS (TPA yang tidak dapat dikategorikan sebagai managed maupun un-managed SWDS karena kualifikasi diantara keduanya).

3. pengelolaan limbah padat yang dibahas pada bagian lain pada IPCC 2006•biological treatment limbah padat (pengomposan terpusat/perumahan) [#4B]

•Insinerasi/open burning (di lokasi/di luar TPA, yaitu halaman rumah, TPS, dll) [#4C]

•operasi penutupan TPA/SWDS (penghitungan emisi GRK sistem ini menggunakan metoda FOD dan membutuhkan data historis yang cukup lama/lengkap).

4. pengelolaan limbah cair kota/domestik maupun limbah cair industri [#4D]

5

Estimasi Tingkat Emisi GRK Pengelolaan Limbah

• Laju pembentukan MSW dari beberapa tipe kota-kota di Indonesia

6

Tingkat Emisi GRK = Data Aktiftas (AD) x Faktor Emisi (EF)

Tipe Kota Ton/kapita/tahun

Kota Metropolitan 0.28

Kota Besar 0.22

Kota Sedang 0.20

Kota Kecil 0.19

Rata-rata 0.22

MSW: Municipal Solid Waste (Limbah Padat Perkotaan)

Data: Pembentukan Limbah Padat

Data Aktivitas: Jumlah limbah padat berdasar cara pengelolaan yang tercakup pada metodologi dlm IPCC 2006

Penanganan MSW secara umum di Indonesia:−18.4% dikumpulkan operator ke SWDS,−10.7% ditimbun,−2.3% dibuat kompos,−46% dibakar secara langsung bukan di insinerator,−7.8% dibuang ke sungai (atau kali, selokan),−7.7 % berserakan/dibuang sembarang tempat, dan−6.2 % lain-lain.

7

(*) Insinerator limbah padat perkotaan tidak digunakan di Indonesia. Data statistik menunjukkan insinerator untuk pembakaran limbah padat perkotaan. Insinerator yang dimaksud adalah sistem pembakaran terbuka.

Data: Solid Waste Stream / Neraca Limbah Padat

4A “Solid Waste Disposal Site”

8

CH4CO2 CH4

CO2

Electric plant

CO2

Typical gas di TPA/SWDS:CH4: 50-60% ; gas lainnya : CO2, O2,N2,H2,CO, H2O

Emisi GRK berupa metana yang dihasilkan dari proses dekomposisi bakterial komponen sampah yang biodegradable yang terjadi dalam kondisi anaerobik

Note: CO2 berasal dari sampah bersifat biogenik sehingga tidak dimasukkan dalam inventory

CO2

composting

Limbah padat yang dibuang/DITIMBUN di SWDS (TPA)

• Sampah padat domestik (sampah kota) atau municipal solid waste (MSW)

• Limbah padat industri (B3 (bahan berbahaya dan beracun) maupun non-B3), yaitu misalnya bottom ash pembangkit listrik, limbah lumpur/sludge instalasi pengolahan limbah (IPAL), limbah padat industri agro (cangkang sawit/EFB), dan lain-lain, yang umumnya dibuang pada control landfill (managed SWDS);

• Limbah padat lainnya (other waste), yaitu clinical waste (limbah padat rumah sakit, laboratorium uji kesehatan, dan lain-lain), hazardous waste, dan construction and demolition (limbah konstruksi dan bongkaran bangunan), dan lain-lain;

• Agricultural waste (tidak dikelompokkan dalam sampah ini, dibahas dalam AFOLU) 9

Limbah Padat PERKOTAAN DI TPA

• Limbah padat perkotaan (municipal solid waste, MSW) umumnya didefinisikan sebagai limbah yang dikumpulkan oleh kota atau pejabat lokal yang berwenang

• MSW terdiri dari: Sampah rumah tangga, Sampah kebun dan taman, dan Sampah komersial/lembaga/perkantoran.

10

MSW: Municipal Solid Waste (Limbah Padat Perkotaan)

PARAMETER-PARAMETER PENENTU EMISI GRK DI SWDS

• Sampah yang ditumpuk di TPA/SWDS (solid waste disposal sites) merupakan salah satu sumber emisi GRK, khususnya sampah yang termasuk dalam kategori organik yaitu sampah makanan, biomassa dari sampah taman (daun, ranting, kayu, dll), bahan tekstil, dan kertas. Sampah-sampah tersebut dalam proses dekomposisinya menghasilkan gas metana yang termasuk dalam kategori GRK.

• Dalam konteks emisi GRK dari SWDS, salah satu parameter lokal yang menentukan potensi emisi GRK adalah karakteristik sampah, meliputi komposisi berat basah, dry matter content, dan komposisi elementer (kandungan C, H, N, O) dari sampah.

Adalah suatu kegiatan analisis untuk memperoleh informasi mengenai karakteristik limbah/sampah, khususnya mengenai komposisi sampah/limbah

Dalam konteks keselamatan publik:Karakterisasi sampah berdasarkan aspek hazardous atau non hazardous

Dalam konteks sosial ekonomi:Karakterisasi sampah berdasarkan aspek recycleable atau tidak

Dalam konteks potensi emisi GRK:Karakterisasi sampah memberikan informasi mengenai banyaknya komponen sampah yang dapat menghasilkan emisi metana

Dari studi komposisi sampah + Fraksi DOC (dari ultimate analysis)

Karakterisasi Limbah/Sampah

Inventory emisi GRK diperlukan juga data jumlah sampah yang masuk ke SWDS dalam satuan massa, Namun apabila tidak tersedia, dapat dalam satuan volume (nantinya memerlukan faktor konversi ke massa)

• Di kota-kota besar, sekitar 60% limbah padat dibawa/dibuang ke SWDS di area pinggir kota atau kota-kota kecil. Sementara limbah padat di kota-kota kecil yang dibawa ke SWDS hanya sekitar 30% (Sumber: Lingkungan Hidup 2000-2007, BPS ).

• Komponen utama limbah padat yang dibuang di SWDS ini adalah sampah organik. Limbah lain (plastik, logam, dll) biasanya di daur ulang untuk dimanfaatkan kembali.

13

• Apa pengaruh dominasi campuran organik dalam limbah padat?

• Campuran organik dalam limbah padat mempengaruhi nilai DOC dan faktor koreksi penyetaraan (corresponding) emisi CH4.

DOC: Degradable Organic Carbon (Karbon Organik yang Dapat Terurai)

Kota 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Medan 181.0 176.3 176.3 247.5 247.5 247.47

Palembang 86.2 88.2 89.8 91.4 93.0 94.68

Padang 119.86 120.6 122.4 124.2 126.1 127.97 Pekanbaru 42.11 43.9 50.7 50.7 52.9 52.93

Jambi 33.31 33.93 34.6 35.2 39.4 40.88 Bandar Lampung 64.94 65.70 65.7 73.0 73.0 74.01

Pangkal Pinang 8.46 8.83 9.2 9.6 16.9 17.55 DKI Jakarta 1,646.15 1,609.94 1,763.8 1,801.28 1,892.5 1,857.56

Bandung 490.20 207.76 328.5 328.50 328.5 328.50

Semarang 197.10 197.10 197.1 197.10 197.1 197.10

Yogyakarta 100.38 100.38 100.4 114.03 115.6 117.22

Surabaya 489.10 489.10 489.1 496.40 442.7 442.67

Cilegon 15.98 16.49 16.9 17.23 17.6 17.99 Denpasar 109.50 109.50 109.5 138.99 138.1 155.78

Pontianak 20.19 20.66 20.7 20.73 20.8 20.81

Banjarmasin 31.90 32.85 32.85 36.50 43.80 43.80

Manado 72.93 73.90 74.83 46.90 105.12 106.43

Palu 59.85 61.39 62.04 62.71 60.66 44.97

Kendari 20.67 21.32 21.75 22.19 21.75 22.19

Makasar 218.78 223.67 195.28 237.40 227.03 229.21

Gorontalo 13.59 14.02 14.02 14.02 14.02 14.31

Ternate 13.85 13.92 14.15 14.38 14.62 14.86

Jayapura 29.73 30.68 31.35 32.03 32.72 33.43

TOTAL 4,065.79 3,760.22 4,020.89 4,211.96 4,321.41 4,302.31

14

Tabel MSW Disposed to SWDS di beberapa kota besar, Ggram

Penghitungan Tingkat Emisi GRK Pengelolaan Limbah Padat di TPA

• Estimasi / penghitungan emisi GRK di TPA mengikuti metodologi yang ada dalam panduan IPCC 2006 GL,

• Tingkat emisi GRK dari TPA berdasar IPCC 2006 ditentukan dengan metoda first order decay (FOD).

• Terdapat tiga tingkatan (Tier) metode FOD

15

1616

• Tier 1: Estimasi pada metoda FOD Tier 1 menggunakan sebagian besar data aktivitas dan parameter default (baku) IPCC 2006.

• Tier 2: Metoda FOD Tier 2 menggunakan beberapa parameter default, tetapi memerlukan kualitas data aktivitas spesifik-negara yang bagus pada waktu kini dan sejarah pembuangan limbah pada TPA. Data historis pembuangan limbah untuk 10 tahun atau lebih dengan berdasarkan pada statistik-statistik spesifik-negara, survey-survey atau sumber-sumber lain yang sejenis. Data dibutuhkan pada jumlah-jumlah pembuangan di TPA.

• Tier 3: Metoda FOD Tier 3 didasarkan pada data aktivitas spesifik suatu negara (lihat Tier 2) dan menggunakan metoda FOD dengan parameter kunci yang dikembangkan secara nasional atau pengukuran yang diturunkan dari parameter-parameter spesifik-suatu negara.

• Inventarisasi dapat menggunakan metoda spesifik-negara yang setara atau berkualitas lebih tinggi diatas seperti yang dirumuskan dalam FOD yang berdasarkan metoda Tier 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 dekomposisi (DOCf).

Berdasarkan metoda ini, total emisi gas CH4 pada tahun T adalah total gas CH4 yang dihasilkan pada tahun T dikoreksi dengan besarnya gas CH4 yang dimanfaatkan atau dibakar.

Implementasi metode FOD menggunakan spreadsheet sederhana dengan panduan langkah demi langkah dan data default.

Penentuan tingkat emisi CH4 dari SWDS dengan metoda FOD ini dapat mengunakan formula-formula berikut.

Estimasi Emisi GRK di SWDS dengan Metode FOD

44 x,T T TxCH Emissions T, Ggram = CH generated - R * (1-OX ) ∑

Persamaan matematis estimasi emisi metana di TPA

Emisi pada tahun T

Jumlah dari potensi emisi pada tahun T dari berbagai komponen sampah

Banyaknya CH4 yang direcovery untuk dimanfaatkan atau dibakar

* Faktor oksidasi (fraksi)

Note *: Faktor oksidasi adalah koreksi karena adanya oksidasi gas metana (yang tidak direcovery) di bagian atas tumpukan sampah

T TCH4 generated = DDOCmdecomp * F *16/12

D D O C m a T = D D O C r e m T + ( D D O C m a T - 1 * e - k )

D D O C m d e c o m p T = D D O C m d e c + ( D D O C m a T - 1 * ( 1 − e - k ) )

DDOCm = W*DOC*DOCf*MCF

Total DDOCm yang terdekomposisi pada tahun T, Gg

massa DOC tersimpan di SWDS yang dapat terdekomposisi, Gg

DDOCm yang tidak terdekomposisi pada tahun T, Gg

DDOCm yang terakumulasi di SWDS pada akhir tahun T, Gg

k =konstanta reaksi, dimana k = ln(2)/t1/2 (y-1) t1/2= waktu paruh (y)

Gas metana yang dihasilkan dari proses dekomposisi sampah

DDOCm terdeposit di tahun T dan terdekomposisi selama tahun T, Gg

DDOCm terakumulasi di akhir tahun T-1 dan baru terdekomposisi selama tahun T, Gg

Metoda FOD (First Order Decay)

Metoda FOD (First Order Decay)

DDOCm (DOC yg dpt terdekomposisi) yang berpotensi menghasilkan metana:

(4) DDOCm terdeposit: DDOCmd(T), = W(T) • DOC * DOCf • MCF

(5) DDOCm yg tidak terdekomposisi: DDOCmrem(T) = DDOCmd(T) • e^(-k • ((13-M)/12)

(6) DDOCm yg terdekomposisi selama tahun T: DDOCmdec(T) = DDOCmd(T) • (1 – e^(-k • ((13-M)/12)))

(7) DDOCm terakumulasi pd akhir thn T: DDOCma(T) = DDOCmrem(T) + ( DDOCma(T-1) • e^-k)

(8) Total DDOCm yg terdekomposisi pd thn T: DDOCmdecomp(T) = DDOCmdec(T) + (DDOCma(T-1) • (1 - e^-k))

(1) Persamaan dasar FOD, pers eskponensial orde-1: DDOCm = DDOCm(0) * e^-kt

(2) DDOCm yg tidak terdekomposisi: DDOCm(1) = DDOCm(0) * e^-k

(3) Massa DDOC yg terdekomposisi menjadi CH4 dan CO2 : DDOCmdecomp(1) = DDOCm(0) * (1 - e^-k)

Metana yang timbul/dihasilkan dari DOC yg terdekomposisi:

(9) CH4 generated(T) = DDOCmdecomp(T) • F • 16/12

Emisi CH4:

(10) CH4 emitted in year T = (ΣxCH4 generated (x,T) – R(T)) • (1- OX(T)) M= bulan dimulainya reaksi (waktu delay + 7), default = 6

W = pop * waste generation/capita * estimasi %ke SWDS

Population: data statistik BPS

Penentuan DOC masing-masing komponen

sampah dari studi komposisi sampahPerlu pengukuran

DOC , DOCf dari ultimate analysis (analisis kandungan elementer C, H, N ,O)

Apabila data tidak mencukupi, estimasi massa sampah di SWDS berdasarkan populasi dan pembangkitan/timbulan sampah per kapita.

Waste generation/capita: National survey

Apabila data jumlah sampah yang masuk ke TPA bukan dalam satuan massa (dalam satuan volume, m3), maka perlu dikalikan dengan faktor konversi/bulk density sampah (kg/m3)

W [Ggram/tahun] = Vs [m3/tahun] * BD [kg/m3] * 10-6

W = [Ggram/tahun]

Volume sampah masuk ke TPA dari logbook TPA

DOC sampah bulk diperkirakan berdasarkan rata-rata DOC komponen-komponen sampah yang dapat dihitung dengan menggunakan formula berikut.

DOC = (DOCi *Wi )i

∑

Fraksi degradable organic carbon pada sampah bulk, Ggram C/Gram sampah

Fraksi degradable organic carbon pada komponen sampah i (basis berat basah)

fraksi komponen sampah jenis i (basis berat basah)

24

Kandungan dry matter, karbon total, dan fraksi karbon fosil komponen sampah

25

Default IPCC 2006 MCF untuk berbagai tipe TPA / landfill (SWDS)

Managed – anaerobic SWDS MCF = 1

Managed – semiaerobic SWDS MCF = 0.5

Unmanaged SWDS – deep (>5m waste) and/or high water table MCF = 0.8

Unmanaged – shallow (<5 m waste) MCF = 0.4

Uncategorised SWDS MCF = 0.6

4B “Biological Treatment of Solid Waste”

26

•Composting

•Anaerobic digestion (biogas)

27

Metodologi penentuan faktor emisi pada penghitungan CH4 dan N2O :•Tier-1: EF default IPCC 2006 •Tier-2: EF country specific dari hasil pengukuran•Tier-3: EF hasil pengukuran site specific (online-periodic)

28

Emisi CH4= (Mi*EFi) *10-3

i∑ -R Emisi N2O= (Mi*EFi) *10-3

i∑

dimana:Emisi CH4 = CH4 total pada tahun inventori, Ggram CH4

Emisi N2O = N2O total pada tahun inventori, Ggram N2OMi = massa limbah organik yang diolah melalui proses biologi tipe i, GgramEF = faktor emisi untuk pengolahan tipe i, g CH4/kg limbah yang diolah atau g N2O/ kg limbah yang diolahi = tipe pengolahan (pengomposan atau digester anaerobik) R = jumlah CH4 yang dapat direcovery dalam tahun inventori, Ggram CH4

Penghitungan emisi GRK dari Proses Biological Treatment

4C “Incineration and Open Burning of Waste”

29

• Metode yang umum digunakan dalam penghitungan emisi CO2 dari pengelolaan limbah dengan proses insinerasi dan open burning adalah berdasarkan pada perkiraan kandungan karbon fosil dalam limbah yang dibakar, dikalikan dengan faktor oksidasi, dan konversi (jumlah karbon fosil yang dioksidasi) ke CO2.

• Data aktivitas adalah masukan limbah menuju insinerator atau jumlah limbah yang dibakar terbuka (open burned), dan faktor emisi didasarkan pada jumlah karbon fosil limbah yang dioksidasi.

• Data relevan termasuk jumlah dan komposisi limbah, kandungan dry matter, kandungan jumlah karbon, fraksi karbon fosil dan faktor oksidasi.

30

SWi = berat (basah) limbah padat yang dibakar di insinerator atau secara open burning,

Ggram/tahun dmij = fraksi dry matter di dalam limbah (basis berat basah)

CFij = fraksi karbon di dalam dry matter (kandungan karbon total)

FCFij = fraksi karbon fosil di dalam karbon total

OFij = faktor oksidasi (fraksi)

44/12 = faktor konversi dari C menjadi CO2

i = jenis limbah: yang biasa dibakar dalam insinerator adalah ISW (industrial solid waste) yang meliputi limbah B3, clinical waste, dll; limbah padat domestik tidak diinsinerasi tetapi ditimbun di landfill atau dibakar langsung (open burning)j = komponen sampah padat yang dibakar contoh: plastik, kertas, karet & kulit, dll

Emisi CO2, Ggram/tahun = SWi *Ʃij (WFij *dmij *CFij *FCFij *OFij) *44/12

Penghitungan emisi GRK dari Proses Pembakaran Limbah Padat

Emisi CO2, Ggram/tahun = SWi * dmi * CFi * FCFi * OFi * 44/12

Apabila data limbah padat yang berbasis komponen diketahui maka persamaan yang dipakai adalah sbb:

31

• Asumsi-asumsi untuk menghitung emisi GRK Insinerasi :

− limbah yang diinsinerasi adalah limbah padat B3 (majun, filter PTL, kemasan kertas atau plastik yang terkontaminasi B3, limbah medis, dll) tidak termasuk limbah padat domestik sehingga dry matter pada limbah diasumsikan 0.9 (0.85 – 1.0);

− fraksi karbon dalam dry matter diasumsikan 0.7 (0.45 – 0.75) mengingat komponen utama limbah adalah plastik, kertas, karet (limbah makanan dan kayu tidak ada);

− fraksi karbon fosil diasumsikan 0.9 (karena mayoritas limbah yang dibakar adalah plastik);

− faktor oksidasi diasumsikan sama dengan 1;

− faktor emisi menggunakan default IPCC 2006 (untuk tipe insinerator: stoker)

32

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG