Jurnal Penelitian Transportasi Laut
pISSN 1411-0504 / eISSN 2548-4087
Journal Homepage: http://ojs.balitbanghub.dephub.go.id/index.php/jurnallaut
*  Corresponding author. Tel: +62 0812 8786 1856 E-mail : shahrin_febrian@ftk.unsada.ac.id doi: http://dx.doi.org/10.25104/transla.v21i1.964 1411-0504 / 2548-4087 ©2017 Jurnal Penelitian Transportasi Laut. Diterbitkan oleh Puslitbang Transportasi Laut, Sungai, Danau, dan Penyeberangan, Balitbang Perhubungan, Kementerian Perhubungan Artikel ini disebarluaskan di bawah lisensi CC BY-NC ( https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/)

## Desain Kapal Apung untuk Pembangkit Listrik Berbasis Limbah Design Floating Ship for Waste-Based Power Generation
Shahrin Febrian *1) , Ayom Buwono 2) , Muswar Muslim 3)
1,2,3) Fakultas Teknologi Kelautan Universitas Darma Persada Jalan Taman Malaka Selatan, Pondok Kelapa, Jakarta Timur 13450
Diterima: 1 Mar-19, diperiksa 18 mar-19, disetujui 18 Juni-19

## Abstrak
Sampah  dan  polusi  udara  yang  berasal  dari  kendaraan  bermotor  telah  menjadi  sebuah  masalah  besar  di berbagai  kota  besar.  Limbah  dapat  diproses  menjadi  energi  listrik  dengan  teknologi  fisika  plasma  dan  untuk mengurangi  ketergantungan  pada  sewa  lahan  yang  mahal  pada  lingkungan  perkotaan  maka  kapal  dapat dimanfaatkan sebagai struktur bangunan terapung di atas laut. Menggunakan metode deskriptif analitik dan desain kebutuhan  kapal  terapung  didapat  kalkulasi  yang  diestimasikan  dari  energi  listrik  yang  dapat  dihasilkan  dari 11.686,56  ton  sampah/hari  adalah  581,306  MW,  yang  mana  dapat  mencukupi  15,5%    dari  listrik  di  wilayah  DKI dimana total kapasitas terpasangnya adalah 3748,40 MW. Kata Kunci: energi listrik, plasma, kapal, limbah

## Abstract
Garbage and air pollution comes from motor vehicles has become a major problem in many big cities. Waste can  be  processed  into  electrical  energy  and  plasma  physics  technology  to  reduce  dependence  on  expensive  land lease  on  the  urban  environment  so  ship  can  be  used  as  building  structures  floating  on  the  sea.  Using  descriptive analytic methods and the design of the floating vessel, it was  estimated calculation of electrical energy that can be generated  from  11686.56  tons  of  garbage/day  was  581.306  MW,  which  could  meet  15.5%  of  the  electricity  in  the city where the total area is 3748.40 MW installed capacity. Keywords: electrical energy, plasma, ship, garbage

## 1. Pendahuluan
Salah satu masalah besar perkotaan adalah semakin menumpuknya sampah akibat limbah industri dan rumah tangga  yang  mengganggu  kenyamanan  masyarakat  kota,  disamping  masalah-masalah  lainnya.  Selain  itu  sampah sangat  berperan  penting  dalam  pengaruh  kesehatan  manusia  yang  dapat  mengakibatkan  berbagai  macam  penyakit yang  berbahaya,  seperti  penyakit  kulit,  kolera,  diare,  leptospirosis  dan  penyakit  menular  lainnya.  Oleh  karenanya sampah perlu adanya penanganan khusus untuk dapat dicegah dampak buruknya bagi umat manusia. Oleh sebab itu sampah  harus  dapat  dimanfaatkan  untuk  hal  yang  bermanfaat  bagi  manusia,  misalnya  menghasilkan  produk  daur ulang  dan  diolasumber  energi  sebagai  pembangkit  listrik  (Pirngadie,  2015).  Ada  beberapa  konsep  pemanfaatan sampah  dapat  diberikan  menjadi  tiga,  yaitu:  konsep  pemanfaatan  kembali  ( recycle ),  penggunaan  kembali  materi ( reuse ) dan pemulihan energi ( energy recovery ) yang terkandung dalam sampah. Secara  definisi Reuse adalah  upaya  memperpanjang  penggunaan  suatu  produk  baik  dalam  bentuk  semula maupun bentuk yang sudah dimodifikasi. Reuse dapat dilakukan dengan cara memperbaiki produk yang sudah rusak atau  habis  masa  pakainya,  misal  vulkanisir  ban. Reuse juga  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  kemasan  suatu produk untuk digunakan menjadi kemasan produk lain, misalnya botol air mineral yang dipakai untuk menjadi botol cat.  Pelaksanaan reuse tidak  mengembalikan  produk  tersebut  ke  industri.  Upaya reuse lebih  dekat  pada  upaya mengurangi jumlah sampah.
Proses  daur  ulang  ( recycle )  sampah  atau  sampah  yang  tidak  dapat  dipakai  lagi  mulai  masuk  ke  aliran pengelolaan  sampah.  Beberapa  jenis  sampah  seperti  plastik  dan  kertas,  dengan  suatu  teknologi  tertentu,  dapat
dimanfaatkan  kembali  sebagai  bahan  baku  suatu  produk.  Proses  yang  mengubah  sampah  tersebut  menjadi  bahan baku industri lain disebut recycle atau daur ulang. Sementara  itu  Pemulihan  kembali  ( energy  recovery )  material  atau  energi  dapat  dilakukan  melalui  berbagai bentuk. Secara prinsip recycle dan recovery mempunyai kesamaan yaitu mengembalikan kembali material ke suatu industry  sedangkan  perbedaannya  adalah recycle memerlukan  pemisahan  material  yang  didaur  ulang  dari  sampah, sedangkan recovery tidak  memerlukan  upaya  pemisahan  tersebut.  Salah  satu  bentuk  konsep recovery adalah pemanfaatan  sampah  menjadi  energi.  Sampah  mengandung  material  organic  dan  material  anorganik.  Energi  yang terkandung dalam fraksi organik dapat dipulihkan melalui suatu pengelolaan yang terpola.
Dalan  kaitannya  dengan  hal  ini,  ada  beberapa  teknologi  pengelolaan  sampah  seperti  proses  konversi termokimia  digunakan  untuk  sampah  yang  memiliki  persentasi  material  organik  non bio-degradable yang  tinggi serta  kadar  air  yang  rendah.  Teknologi  penting  yang  termasuk  dalam  kategori  ini  adalah:  insinerasi  dan pirolisis/gasifikasi  (Zhang  et.al.  2012).  Adapun  konversi  biokimia  dipilih  untuk  sampah  yang  memiliki  persentase material  organik biodegradable yang  tinggi  dan  kadar  air  tinggi.  Teknologi  utama  kategori  ini  adalah anaerobic digestion atau sering juga disebut biometanisasi.
Parameter  utama  yang  menentukan  potensi  pemulihan  energi  dari  sampah,  termasuk  sampah  kota,  adalah jumlah/kuantitas  sampah  dan  karakteristik  fisik  kimia  (kualitas)  sampah  (Leal-Quiros,  2004).  Energi  aktual  yang dihasilkan  tergantung  dari  pengolahan  spesifik  dan  karakteristik  yang  berkaitan  dengan  parameter  utama  diatas. Karakteristik fisik dimaksud adalah ukuran ( size of constituents ), kepadatan ( density ) dan kadar air. Semakin kecil ukuran sampah semakin mempercepat penguraian sampah tersebut.
Sampah dengan kepadatan tinggi mereflesikan kadar organik biodegradable dan kadar air yang tinggi. Disisi lain  kepadatan  yang  rendah  menunjukkan  proporsi  kehadiran  plastik,  kertas  dan  bahan  mudah  terbakar  lainnya. Kadar air tinggi mengakibatkan fraksi sampah biodegradable lebih cepat terurai dibandingkan dalam kondisi kering. Hal ini menunjukkan pula bahwa sampah dengan kadar air yang tinggi tidak cukup layak untuk konversi termokimia seperti insenerasi dan pirolisis.
Parameter  kimia  penting  yang  menentukan  dalam  melihat  potensi  pemulihan  energi  dan  kelayakan pengolahannya  melalui  upaya  konversi  biokimia  atau  termokimia  adalah:  volatil  solid,  kandungan  karbon,  nilai kalor,  rasio  C/N  dan toxicity .  Tabel  1  memperlihatkan  parameter  dan  kisaran  nilainya  untuk  menentukan  metode pengolahan  sampah,  dimana  tabel  1  ini  merupakan  salah  satu  langkah  awal  untuk  menganalisis  pertimbangan pemilihan teknologi.
Tabel 1. Parameter Teknis Dalam Penentuan Metode Pengolahan Sampah Metode Pengolahan Sampah Metode Dasar Metode Penting Sampah Kisaran Nilai yang Menentukan Konversi termokimia: Insenerasi, Pirolisis, Gasifikasi Penguraian material organik dengan pemanasan Kadar air Material organik Fix karbon Nilai kalori bersih < 45% > 40% < 15% > 1200 Kcal/kg Konversi Biokimia: Anaerobik digestion/ biometanisasi Dekomposisi material organik Kadar air Material organik C/N rasio >50% >40% 25-30
Berdasarkan tabel 2, untuk kondisi sampah di Indonesia yang relatif basah, maka teknologi pemulihan energi yang tepat diterapkan adalah Anaerobic Digestion (AD) (Damanhuri dan Padmi, 2010). AD adalah proses biologis yang sering terjadi/dimanfaatkan pada pengolahan air limbah untuk mendegradasi dan menstabilkan lumpur. Secara umum  AD  sudah  lama  digunakan,  khususnya  di  daerah  perdesaan,  untuk    memproduksi  biogas  yang  hasilnya dipakai  untuk  memasak  dan  penerangan.  Di  negara  Cina  dan  India,  AD  dengan  skala  kecil  sudah  banyak  dipakai untuk  mengolah  limbah  rumah  tangga  sekaligus  untuk  mendapatkan  biogasnya.  Sedangkan  untuk  skala  besar (perkotaan),  saat  ini  sudah  banyak  negaranegara  maju  di  Eropa  yang  menerapkan  metoda  ini  untuk  mengelola sampah  perkotaannya  sekaligus  mendapatkan  hasil  samping  berupa  biogas  yang  dimanfaatkan  untuk  penggerak generator listrik (Dewi, 2017).
Tabel 2. Teknologi Pemanfaatan Sampah Menjadi Energi Media Pengolahan Jenis Limbah Hasil Sampah Kering Kadar Air (< 20%): - Sampah rumah tangga - Sampah perkantoran - Sampah daerah komersil Sampah industri Produk yang dihasilkan: - Uap - Listrik - Debu Sampah Kering ke Lembab Kadar Air (< 50%): - Sampah rumah tangga - Sisa makanan - Sampah pertanian Low Med BTU - Gas - Arang Sampah Lembab ke Basah Kadar Air (> 50%): - Sampah rumah tangga - Sisa makanan - Sampah pertanian Medium BTU - Gas - Compos
Biodegradasi  unsur-unsur  organik  adalah  hal  yang  umum  terjadi  di  alam,  proses  ini  selalu  melibatkan mikroorganisme.  Jika  material  organik  diuraikan  oleh  bakteri  aerob  maka  prosesnya  disebut  oksidasi  dan menghasilkan  CO 2 dan H 2 O.  Apabila prosesnya dilakukan  oleh  mikroorganisme anaerob , dengan tanpa kehadiran oksigen, maka bahan organic didegradasi oleh mikroba tersebut menjadi CO 2 dan Methan AD pada material organic dilakukan  oleh  sekumpulan  mikroorganisma  secara  sinergis.  Proses digestion terdiri  dari  4  tahapan,  yaitu: Hydrolisys , Acidogenesis , Acetogenesis , dan Methanogenesis , tahapan tersebut diperlihatkan pada Gambar 1. Proses hydrolysis ,  protein  makro  molekul  berukuran  besar,  seperti  lemak  dan  polimer  karbohidrat  (sukrosa dan tepung) dipecah melalui proses hidrolysis menjadi asam amino, asam lemak, dan gula. 2. Berikutnya, zat/unsur hasil proses hydrolysis tersebut difermentasikan dalam proses acidogenesis untuk membentuk tiga, empat dan lima carbon  volatile  fatty  acid ,  seperti lactic,  butyric,  propionis dan  asam volaric. 3.  Tahap  selanjutnya  adalah acetogenesis .  Pada  proses  ini  bakteri  mengkonsumsi  hasil  fermentasi  dan  menghasilkan  asam  asetat,  karbon dioksida,  dan  hidrogen.  4.  Terakhir,  organisma methanogenetik mengkonsumsi  asetat,  hidrogen,  dan  karbon dioksida  untuk    memproduksi  methan.  Terdapat  tiga  senyawa  biokimia  yang  terjadi  pada  tahapan methanogenesis ketika memproduksi gas methan, pola tersebut adalah:
1. Acetotrophic methanogenesis
:  4 CH 3 COOH → 4 CO 2 + 4 CH 4 2. Hydrogenotrophic methanogenesis :  CO 2 + 4 H 2 → CH 4 + 2 H 2 O 3. Methylotropicmethanogenesis :  4 CH 3 OH + 6 H 2 → 3 CH 4 + 2 H 2 O
Penelitian ini mencoba membantu pemerintah dalam penanganan tersebut dengan membuat sebuah teknologi pengolahan sampah yang dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik yang nantinya dapat digunakan oleh masyarakat perkotaan. Salah satu teknologi pemanfaatan sampah adalah teknologi plasma seperti yang telah dilakukan peneliti Minutillo et. al. (2009) dan Umberto Arena (2012) yang membahas tentang teknologi proses gasifikasi plasma untuk pengolahan sampah. Penelitian ini melakukan desain kapal atau benda terapung di air yang dapat berfungsi sebagai alat pengolah limbah  yang di konversi  menjadi sebuah energi  yang akhirnya  dirubah  menjadi energi listrik. Kapal pembangkit  listrik  berbasis  limbah  ini  yang  merupakan  penerapan  Energi  Baru  dan  Terbarukan  (EBT)  ini  yang rencananya output dari pengolahan listrik dari Genset diatas kapal pembangkit listrik tersebut akan digunakan untuk mengaliri listrik ke wilayah penelitian yaitu DKI Jakarta.
Gambar 2. Kapal Rancangan

## 2. Metode
Perhitungan  dilakukan  dengan  menggunakan  blok  diagram  masing-masing  alat  konversi  energi  dengan efisiensi  masing-masing  seperti  diperlihatkan  pada  Gambar  3 . Asumsi  efisiensi  boiler  sampah  dibuat  berdasarkan harga  tipikal boiler batubara  yang  beroperasi  dengan  sistem  yang  sama.  Asumsi  ini  dianggap  realistis  karena pertimbangan  efisiensi boiler batubara  konvensional  yang  dapat  mencapai  85%.  Sedangkan  efisiensi  turbin  uap dibuat  berdasarkan  efisiensi  siklus  Rankine  yang  berkisar  antara  25%-30%.  Maka  dipilih  angka  25%  untuk  faktor keamanan dalam perhitungan dan efisiensi generator dipilih 90% . Untuk tingkat efisiensi pada boiler atau ketel uap tingkat efisiensinya berkisar antara 70% hingga 90% .

## Gambar 3. Blok Diagram Proses

## 3. Hasil dan Pembahasan
Menurut data BPS (2016), Jumlah Sampah yang masuk ke TPA setiap hari adalah sebesar 11.686,56 ton/hari dan  Nilai  NCV  hasil  perhitungan  sebesar  5.706,5  kcal/kg.  Perhitungan  Potensi  Energi  Listrik  menggunakan  teori Ducharme dan Themelis (2010) yang dihasilkan dari sampah adalah sebagai berikut:
Energi thermal masuk boiler (E) = Nilai kalor x Jumlah sampah
( ) ( ) ( ) ( ) KW jam hari ton kg hari ton kg kcal
E 61 , 479 . 229 . 3 42 .
860
24 / 1 /
1000 / 56 , 11686 / 5 , 5706 =    =
Catatan: 860,42 merupakan konversi satuan
Daya bersih (W net ) =  Energi thermal masuk boiler x η b x η t x η g
MW KW W net 306 ,
581 32 , 306 . 581 9 , 0 25 , 0 8 , 0 61 , 479 . 229 . 3 = =    =

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  data  pengelolaan  sampah  yang  dikeluarkan  oleh  Kementerian  Lingkungan  Hidup  dari  tahun 2017-2018 jumlah sampah untuk wilayah DKI Jakarta yaitu 11.686.56 ton per hari dapat menghasilkan daya listrik sebesar  581,306  MW  atau  15,5%  dari  kapasitas  terpasang  untuk  wilayah  DKI  sebesar  3748,40  MW.  Dengan demikian  dengan  adanya  pemanfaatan  sampah  ini  beban  pembangkit  listrik  yang  dimiliki  oleh  PLN  dapat berkurang.

## Daftar Pustaka
Arena,  U.  2012.  Process  and  technological  aspects  of  municipal  solid  waste  gasification.  A  review. Waste management , 32 (4), 625-639.
Badan  Pusat  Statistik  Provinsi  DKI  Jakarta.  2016.  Jakarta  dalam  Angka.  ISSN:  0215.2150,  Nomor  Publikasi: 31000.1601, Katalog BPS/BPS Catalogue: 1102001.31.
Damanhuri, E., & Padmi, T. 2010. Pengelolaan sampah. Diktat kuliah TL , 3104 , 5-10.
Dewi, R. P. 2015. Studi Potensi Pemanfaatan Sampah Organik Tpa Banyuurip Tegalrejo Sebagai Salah Satu Sumber Energi. Jurnal Teknik Mesin Mercu Buana , 6 (3), 155-157.
Ducharme, C., & Themelis, N. 2010. Analysis of thermal plasma-assisted waste-to-energy processes. In 18th Annual North  American  Waste-to-Energy  Conference (pp.  101-106).  American  Society  of  Mechanical  Engineers Digital Collection.
Leal-Quirós,  E.  (2004).  Plasma  processing  of  municipal  solid  waste. Brazilian  Journal  of  Physics , 34 (4B),  1587- 1593.
Minutillo,  M.,  Perna,  A.,  &  Di  Bona,  D.  2009.  Modelling  and  performance  analysis  of  an  integrated  plasma gasification combined cycle (IPGCC) power plant. Energy Conversion and Management , 50 (11), 2837-2842. Pirngadie,  B.  H.,  Unpas,  D.  P.,  &  Supriatna,  N.  K.  2015.  Potensi  Pemanfaatan  Sampah  Menjadi  Listrik  Di  TPA Cilowong Kota Serang Provinsi Banten. Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan , 14 (2), 103-116. Zhang,  Q.,  Dor,  L.,  Fenigshtein,  D.,  Yang,  W.,  &  Blasiak,  W.  2012.  Gasification  of  municipal  solid  waste  in  the Plasma Gasification Melting process. Applied Energy , 90 (1), 106-112.