ENERGI

1. ARUS ENERGI

1.1 Matahari - Sumber Energi Utama

Semua makhluk hidup seperti tumbuh-tumbuhan, binatang dan manusia perlu energi untuk pertumbuhan, melakukan kegiatan-kegiatan dan sejenisnya. Sumber energi utama untuk semua makhluk hidup di bumi adalah matahari. Tanpa matahari tidak ada kehidupan. Matahari memancarkan sinar terus menerus ke bumi, yang pada dasarnya sinar tersebut mengalami proses diterima dan dipantulkan. Karena itu dapat diketahui bahwa sinar matahari merupakan arus energi yang dipancarkan bagi kehidupan.

Selain itu matahari juga merupakan sumber energi dalam proses-proses alami yang terjadi di lingkungan hidup:

• Sinar matahari membuat suhu bumi sesuai untuk kehidupan tumbuh-tumbuhan, binatang dan manusia.
• Sinar matahari menyebabkan terjadinya angin. Perbedaan panas di permukaan bumi mempengaruhi suhu dan tekanan udara di atmosfer, sehingga terjadi aliran udara dan angin.
• Sinar matahari menyebabkan terjadinya Siklus Air. Sinar matahari merupakan sumber energi bagi siklus air. Dalam hal ini sinar matahari menyebabkan penguapan air yang terdapat di sungai, danau dan laut. Air menguap dan menjadi awan. Awan tersebut terbawa angin dan akhirnya jatuh lagi sebagai hujan. Begitu seterusnya proses terjadinya siklus air.
• Sinar matahari menyediakan beberapa sumber energi lain, seperti minyak bumi, batu bara, tenaga air.

2. PEMANFAATAN ENERGI

Terdapat bermacam-macam bentuk energi yaitu: energi cahaya, energi panas, energi gerak, energi listrik, dan energi kimia.

Contoh:

• Energi cahaya (cahaya dan sinar yang tidak kelihatan): adalah energi yang sangat kuat, misalnya sinar laser, sinar radioaktif. Energi sinar matahari dapat diubah menjadi energi listrik.
• Energi kimia: adalah energi yang tersimpan dalam bahan bakar atau bahan makanan. Bila minyak bumi (bahan bakar) dibakar, energi kimia dalam minyak bumi berubah menjadi energi panas dan energi cahaya.
• Energi gerak: adalah energi yang dimiliki oleh benda bergerak. Angin adalah udara yang bergerak. Angin dapat menumbangkan pohon. Energi angin, misalnya dapat memutar kincir dan menggerakkan kapal layar.

Untuk mendapatkan bentuk energi yang sesuai dengan kebutuhan, manusia harus merubah satu bentuk energi ke bentuk lainnya.

Menggunakan sumber-sumber energi, misalnya kayu bakar, batu bara yang terdapat di alam, merupakan contoh perubahan satu bentuk energi ke bentuk lain.

Dengan kata lain, energi selalu mengalami perubahan bentuk saat dipergunakan. Misalnya, dalam Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA): untuk mendapatkan energi listrik harus dilakukan perubahan bentuk energi, yaitu energi gerak, dari tenaga air menjadi energi listrik.

Contoh lain: untuk memasak makanan diperlukan panas. Untuk mendapatkan panas, juga harus dilakukan perubahan bentuk energi, yaitu dari energi kimia (sumber energi gas bumi atau kayu bakar) menjadi energi panas.

sesuai dengan hukum alam, bahwa setiap perubahan energi selalu disertai kerugian energi. Kerugian energi dimaksudkan sebagai energi panas yang timbulnya tidak dikehendaki akibat perubahan energi. Misalnya, sebuah bola lampu tidak hanya menghasilkan cahaya, melainkan juga panas.

Sebuah motor selain menghasilkan kerja mekanik, juga menimbulkan kebisingan dan panas.

Sumber energi merupakan salah satu sumber daya alam. Sumber daya alam dapat dibagi dalam 2 kelompok yaitu sumber daya alam terbarui dan sumber daya alam tak terbarui. Sumber energi juga dapat dikelompokkan sebagai Sumber Energi Terbarui dan Sumber Energi Tak Terbarui.

2.1 Sumber Energi Terbarui

Sumber energi terbarui dapat digunakan tanpa batas waktu dan tidak akan pernah habis karena dapat dipulihkan dalam waktu relatif singkat, misalnya. tenaga air (karena terjadinya siklus air) atau panas bumi dan sinar matahari langsung.

Tenaga Air

Air yang mengalir dapat digunakan sebagai sumber energi guna mendapatkan energi gerak (kincir air) atau energi listrik (PLTA).

Pada pembangkit listrik tenaga air, sebuah turbin yang dialiri air dapat mengaktifkan sebuah generator, yang menghasilkan energi listrik.

Untuk PLTA yang dapat menghasilkan energi listrik besar, harus dibuat sebuah bendungan air dengan dalam bentuk sebuah danau yang dapat menampung banyak air , sehingga mampu menggerakkan sebuah turbin. Keuntungan dari pembuatan bendungan adalah untuk memperbesar volume air yang digunakan menggerakkan turbin, karenanya energi listrik yang dihasilkan juga besar. Sedangkan untuk membuat bendungan, terkadang harus dilakukan penggusuran lahan maupun pemukiman. penduduk.

Di Indonesia terdapat berlimpah-limpah sumber energi tenaga air yang sebagian besar sudah digunakan di Pulau Jawa, di mana kapasitas penggunaannya tidak dapat lagi ditingkatkan. Sedangkan di Irian Jaya dengan tingkat kebutuhan masih sedikit, memiliki sumber energi tenaga air yang sangat besar. Hal ini menimbulkan masalah bagi Indonesia, karena di satu pihak terdapat tingkat kebutuhan yang tinggi sedangkan sumber energi tenaga air terbatas (mis. Pulau Jawa), dan di pihak lain terdapat sumber energi melimpah dengan tingkat kebutuhan rendah (mis. Irian Jaya).

Gambar 1. Sumber-sumber Energi Terbarui

Panas Bumi

Panas bumi adalah sumber energi yang berasal dari dalam perut bumi. Secara alami, di dalam bumi terdapat energi panas yang mengalir (magma) ke permukaan bumi dimana terdapat gunung berapi.

Jadi panas bumi ini dapat dimanfaatkan dalam bentuk uap panas yang langsung dapat digunakan sebagai sumber energi, misalnya untuk Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP).

Panas bumi adalah sumber energi yang tidak dapat dipindahkan (dialirkan), karena itu PLTP harus dibangun di daerah dimana terdapat gunung berapi.

Di Indonesia terdapat banyak gunung berapi, oleh karena itu sangat tepat bila digunakan panas bumi sebagai sumber energi. 

Gambar 2. Pemanfaatan Panas Bumi

Tenaga Angin

Tenaga angin dapat dimanfaatkan, misalnya untuk mendorong kapal layar, menggerakkan mesin atau untuk menghasilkan energi listrik (misalnya, kincir angin).

Untuk menggerakkan kincir angin diperlukan kecepatan angin rata-rata 4 m/s dalam setahun. Di Indonesia kondisi ini dapat ditemukan di beberapa tempat di Nusa Tenggara.

Di antara energi terbarui, tenaga angin dan tenaga air saat ini merupakan energi yang paling hemat biaya.

Gambar 3. Pemanfaatan Tenaga Angin

2.2 Sumber Energi Tak Terbarui

Keberadaan sumber energi tak terbarui sangat terbatas, karena proses pembentukannya memerlukan waktu sangat panjang (mencapai jutaan tahun). Proses pembentukannya (kembali) berjalan sangat lama dibandingkan dengan eksploitasinya, sehingga sumber energi tersebut dapat habis.

Sumber Energi Tak Terbarui dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu bahan bakar fosil dan bahan bakar nuklir.

Bahan bakar fosil berupa minyak bumi, gas bumi dan batu bara yang selama jutaan tahun terbentuk dan tersimpan di dalam bumi, berasal dari mikroorganisme, tumbuh-tumbuhan dan binatang yang mati berjuta tahun silam. Proses pembentukan sumber energi fosil memerlukan tekanan dan suhu tinggi yang terdapat di dalam bumi.

Cadangan Sumber Energi Fosil di Indonesia

Sumber Energi Tak Terbarui	Perkiraan Energi Tersisa (tahun 1991)	Rata-rata Eksploitasi (tahun 1991)	Sisa tahun
Minyak bumi	11 miliar barrel	0,515 miliar barrel	20 tahun
Gas alam	104 trilliun cubic feet	2,5 trilliun cubic feet	40 tahun
Batu bara	25 milliar ton	5 juta ton	5000 tahun

Minyak Bumi

Minyak bumi adalah cairan berwarna hitam yang merupakan campuran bermacam-macam jenis molekul hidrogen-karbon, sehingga bila dibakar akan menghasilkan gas karbondioksida (CO₂) dan air (H₂O).

Minyak bumi terdapat di bawah permukaan bumi pada kedalaman 500 - 2500 m. Untuk itu minyak mentah ini harus dipompa keluar kemudian dialirkan ke instalasi penyulingan minyak guna diproses untuk mendapatkan bermacam-macam jenis bahan bakar minyak misalnya, (bensin, solar, minyak tanah dll ).

Selain digunakan sebagai bahan bakar, minyak bumi juga dipakai untuk bahan baku dalam industri plastik dan kimia.

Sebagai sumber energi, minyak bumi sesuai untuk keperluan transportasi, misalnya untuk bahan bakar kendaraan, karena mempunyai kandungan energi yang tinggi setiap volumenya.

Gas Bumi

Proses pembentukan minyak bumi selalu diikuti oleh pembentukan gas bumi. Gas bumi terutama terdiri dari gas metana (CH₄) yaitu sebesar 75 - 95% dan sedikit karbon dioksida (CO₂) serta belerang.

Gas bumi digunakan, misalnya untuk pembangkit tenaga listrik dengan bahan bakar gas (LPG). Selain sebagai pemasok keperluan energi, gas bumi juga digunakan untuk bahan baku dalam industri pupuk.

  

Gambar 4. Pemanfaatan Minyak dan Gas Bumi

Batu Bara

Proses terbentuknya batu bara mirip dengan proses terbentuknya sumber energi fosil lainnya seperti gas bumi dan minyak bumi.

Batu bara juga berasal dari tumbuh-tumbuhan, binatang dan mikroorganisme yang mati jutaan tahun lalu, setelah melalui proses yang sangat lama disertai pengaruh panas dan gerakan bumi kemudian membentuk lapisan-lapisan tebal dan tertimbun di dalam tanah.

Batu bara mudah dieksploitasi dan diangkut ke tempat tujuan. Terdapat dua sistem penambangan batu bara, yaitu Pertambangan Dalam (Underground Mining) dan Pertambangan Terbuka (Open Pit Mining).

Pertambangan Dalam adalah sebuah tambang yang terdapat di dalam tanah memiliki satu atau lebih terowongan yang menerobos masuk ke dalam lapisan batu bara. Melalui sebuah terowongan itu, penambang-penambang membuat terowongan-terowongan lain menuju ke lapisan batu bara.

Pertambangan Open Pit adalah pertambangan batu bara yang terdapat di permukaan tanah, jadi tidak memerlukan lubang yang dalam, tetapi hanya mengeruk lapisan tanah dan memindahkannya ke tempat lain. Sesudah semua batu bara tergali, lapisan tanah dikembalikan menjadi tanah pertanian atau diubah menjadi taman.

Batu bara merupakan salah satu sumber energi yang dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Selain itu batu bara dapat juga digunakan di berbagai industri, antara lain peleburan logam dan industri semen.

Di Indonesia, batu bara banyak ditemukan di Kalimantan dan Sumatera. Persediaan batu bara di Indonesia sangat melimpah dan diperkirakan dapat digunakan selama beberapa abad mendatang bila angka tingkat eksploitasinya tetap seperti saat ini.

 

Gambar 5. Pemanfaatan Batu Bara

Uranium

Sumber energi tak terbarui selain bahan bakar fosil adalah bahan bakar nuklir. Uranium merupakan bahan bakar nuklir utama. Seperti batu bara, uranium juga terdapat di dalam tanah, dan untuk mengeksploitasinya harus dilakukan penambangan.

Energi dari uranium tidak dilepaskan melalui proses pembakaran (seperti batu bara, minyak bumi), tetapi melalui proses reaksi khusus berupa pemisahan inti atom yang akan menghasilkan energi sangat besar. Pemisahan satu atom uranium akan melepaskan beberapa neutron yang akan membantu proses pemisahan atom uranium lainnya. Proses pemisahan tersebut berjalan cepat disertai energi tinggi berupa energi panas.

Energi panas yang dihasilkan, antara lain digunakan untuk memanaskan air sehingga terbentuk uap. Di Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) uap tersebut dimanfaatkan untuk memutar turbin dan selanjutnya turbin akan menggerakkan generator listrik.

Dalam proses pemisahan inti atom uranium, neutron-neutron dilepaskan disertai dengan energi tinggi. Neutron-neutron ini membentuk suatu sinar khusus yang disebut "sinar radioaktif". Sinar radioaktif ini mengandung sangat banyak energi yang merugikan makhluk hidup, karena sinar ini dapat menghancurkan sel tubuh, sehingga dapat mengakibatkan, ,antara lain leukemia dan kanker kulit.

Untuk melindungi lingkungan hidup dari sinar radioaktif, maka instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) harus dibangun sesuai dengan persyaratan keamanan dan keselamatan.

Uranium telah menjadi unsur mineral yang paling kontroversial di bumi ini. Di satu sisi uranium diperlukan manusia untuk mendukung berbagai kegiatan, termasuk pengembangan teknologi. Di seluruh dunia, hanya terdapat beberapa negara saja yang menguasai teknologi nuklir. Tetapi di sisi lain, pemanfaatan uranium selalu diikuti oleh rasa khawatir dari para penggunanya, misalnya rasa tidak aman dari bahaya bocornya reaktor nuklir yang setiap saat dapat terjadi. Oleh karena itu, hanya negara-negara berteknologi tinggi saja yang benar-benar mampu memanfaatkan uranium sebagai bahan bakar.

Gambar 6. Pemisahan Atom Uranium

 

 Gambar 7. Pemanfaatan Bahan Bakar Nuklir Uranium

2.3 Teknik Pemanfaatan Energi

Prinsip Pembangkit Listrik

Untuk mendapatkan energi listrik, dapat dimemanfaatkan bermacam-macam sumber energi, misalnya tenaga air, tenaga angin, bahan bakar fosil, dan bahan bakar nuklir.

Dengan memakai sumber energi tersebut, diperoleh tenaga untuk menggerakkan turbin yang akan mengaktifkan generator listrik. Energi listrik yang dihasilkan harus diubah menjadi tegangan yang sesuai untuk transmisi (dengan alat transformator). Setelah proses ini, arus listrik dialirkan melalui jaringan kabel transmisi ke daerah yang memerlukan.

Terdapat dua jenis turbin sebagai penggerak generator yaitu Turbin Mekanik dan Turbin Uap.

Turbin Mekanik digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dan tenaga angin. Turbin Uap digunakan pada pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan nuklir, misalnya Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), dan Pembangkit Listrik Panas Bumi (PLTP).

Dari uraian di atas dapat dilihat bahwa terdapat beberapa proses sampai energi listrik tersebut dapat digunakan oleh konsumen. Proses tersebut meliputi berbagai perubahan bentuk energi yang selalu mengakibatkan kerugian energi.

Contoh:

Proses pembentukan energi listrik dari bahan bakar batu bara ialah: Batu bara dibakar di dalam ketel uap untuk mendapatkan energi panas. Selanjutnya energi panas di dalam ketel uap diubah ke bentuk energi gerak untuk mengaktifkan generator. Generator akan merubah energi gerak menjadi energi listrik. Energi listrik bertegangan rendah yang dihasilkan oleh generator, selanjutnya melalui transformator, diubah menjadi tegangan tinggi agar tidak banyak energi yang hilang. Sebelum diteruskan ke jaringan listrik, energi listrik bertegangan tinggi itu ditransfer lagi melalui transformator ke tegangan rendah, sesuai keperluan konsumen.

Gambar 8. Prinsip Pembangkitan Listrik

 

Gambar 9. Turbin Air dan Turbin Uap

Sel Surya

Dengan menggunakan sebuah sel surya dapat diperoleh energi listrik langsung dari sinar matahari. Teknologi yang memanfaatkan sinar matahari untuk mendapatkan tenaga listrik melalui sel surya disebut Fotovoltaik.

Sel surya terbuat dari bahan silikon yang dilapisi bahan kimia khusus. Ketika sinar matahari menyinari sel, elektron-elektron dilepaskan dan mengalir ke seluruh lapisan-lapisan kimia yang ada di permukaan sel, sehingga menghasilkan arus listrik kecil yang dihimpun di konduktor logam. Apabila digunakan banyak sel-sel surya, maka akan dapat dihasilkan arus listrik yang besar.

Contoh: Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

Bila kebutuhan listrik sedikit, dapat digunakan satu unit fotovoltaik (panel) yang terdiri atas beberapa sel surya. Satu unit fotovoltaik akan bermanfaat bila digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang sifatnya terbatas, misalnya rumah tangga atau desa kecil.

Di Indonesia, proyek percontohan PLTS pertama dibangun di desa Sukatani-Sukabumi (Jawa Barat). Saat ini sudah terdapat lebih dari 20.000 unit PLTS yang dikembangkan di Indonesia, antara lain di propinsi Jawa Barat, Jawa Timur, Kalteng, Kalsel, dan Sulsel.

Kolektor Surya atau Pemanas Air Tenaga Surya

Kolektor Surya dapat digunakan untuk memanaskan air. Sama seperti sel surya, sumber energi utama kolektor surya adalah sinar matahari. Kolektor surya terdiri dari kotak kolektor yang permukaannya dilapisi kaca sedangkan dasarnya di cat hitam. Di dalam kotak kolektor tersebut dipasang pipa-pipa yang dialiri air. Dasar kotak kolektor yang berwarna hitam akan menyerap sinar matahari sehingga terdapat panas dalam kotak tersebut. Karena itu air di dalam pipa menjadi hangat dan dapat digunakan untuk berbagai keperluan rumah tangga (mandi, memasak dll.)

Gambar 10. Pemanfaatan Sinar Matahari

 

Gambar 11. Kolektor Surya

3. KONSERVASI DAN PENGHEMATAN ENERGI

Energi merupakan kebutuhan pokok bagi kegiatan sehari-hari, misalnya dalam bidang industri, dan rumah tangga. Saat ini di Indonesia pada umumnya masih digunakan sumber energi fosil (sumber energi tak terbarui) untuk kegiatan-kegiatan tersebut. Sumber energi fosil merupakan sumber energi yang dapat habis. Untuk itu dalam pemanfaatan energi diperlukan kebijakan dan pengaturan yang lebih baik dan terencana, yang dikenal sebagai konservasi energi. Konservasi energi adalah penggunaan energi disertai usaha-usaha mencari teknologi baru dengan memanfaatkan sumber energi terbarui (misalnya sinar matahari, tenaga air, panas bumi) dengan lebih efisien. Untuk jangka panjang hal itu dapat berarti, menggunakan energi sedemikian rupa sehingga dapat menekan kerugian energi seminimal mungkin. Sedangkan untuk jangka pendek, konservasi energi dapat dilakukan melalui langkah-langkah penghematan energi.

Oleh karena itu diperlukan usaha pengelolaan energi untuk mencapai keserasian antara kebutuhan dan penyediaan energi sedemikian rupa, sehingga sumber energi tidak cepat habis dan berdampak kecil terhadap lingkungan.

Meningkatnya kebutuhan energi di dalam negeri disebabkan beberapa faktor, misalnya pertambahan penduduk, industrialisasi, peningkatan transportasi dan penggunaan listrik.

Penting diketahui bahwa konservasi energi hanya dapat mengurangi tingkat pertumbuhan kebutuhan energi di Indonesia selama beberapa tahun mendatang.

Terdapat empat instrumen untuk melaksanakan konservasi energi, yaitu informasi, insentif, pengaturan dan harga energi.

• Instrumen informasi bertujuan untuk meningkatkan kesadaran konservasi energi, mencakup kampanye hemat energi, antara lain penyuluhan hemat energi, pelatihan konservasi energi, pendidikan.
• Instrumen insentif merupakan faktor pendorong para pengguna energi agar berupaya melaksanakan program konservasi energi, mencakup program, antara lain, keringanan pajak, keringanan bea masuk, pinjaman lunak.
• Instrumen pengaturan bertujuan agar program konservasi energi dapat dilaksanakan secara menyeluruh dan terpadu.
• Instrumen harga energi merupakan alat yang sangat efektif untuk mendorong pemanfaatan energi secara efisien. Proyek konservasi energi dipandang kurang penting, karena harga minyak bumi masih murah dan terjangkau masyarakat, sehingga mereka tidak melihat perlunya konservasi energi sepanjang mereka tidak terbebani harga minyak bumi.