Teknologi Ramah Lingkungan Bidang Energi

 

Teknologi ramah lingkungan dapat diterapkan pada bidang energi sebagai upaya mencari sumber energi alternatif untuk masa depan. Berikut ini adalah contoh penerapannya.

a. Bahan Bakar dari Tumbuhan (Biofuel)

Biofuel adalah jenis bahan bakar alternatif yang berasal dari bahan-bahan organik. Biofuel termasuk sumber daya alam yang dapat diperbarui. Tahukah kamu apa yang membedakan biofuel dengan bahan bakar fosil? Keduanya memang berasal dari bahan-bahan organik, tetapi biofuel dapat diolah langsung dari bahan organik seperti tumbuh-tumbuhan, sedangkan bahan bakar fosil berasal dari hewan atau tumbuhan yang telah mati selama jutaan tahun yang lalu.

Ada dua jenis biofuel yaitu dalam bentuk etanol (C₂H₅OH) dan biodiesel. Etanol merupakan salah satu jenis alkohol yang dapat dibuat dengan fermentasi karbohidrat atau reaksi kimia gas alam. Beberapa tumbuhan yang mengandung karbohidrat tinggi seperti jagung, sorgum, dan singkong biasanya digunakan untuk menghasilkan etanol. Bagaimana proses pembuatan bioetanol? Perhatikan Gambar di bawah!

Gambar Skema Pembuatan Bioetanol

Proses pembuatan bioetanol diawali dengan penghancuran bahan-bahan yang mengandung karbohidrat, sehingga memiliki ukuran yang kecil. Karbohidrat yang berupa lignin, selulosa, dan hemiselulosa kemudian dihidrolisis dengan bantuan enzim yang dihasilkan jamur dan bakteri, sehingga menghasilkan senyawa gula pentosa dan glukosa. Senyawa gula tersebut kemudian difermentasi oleh Saccharomyces cerevisiae sehingga menghasilkan etanol dan senyawa lainnya. Agar diperoleh etanol murni, selanjutnya dilakukan penyulingan (distilasi).

Berbeda dengan bioetanol, bahan baku pembuatan biodiesel berasal dari lemak nabati, misalnya dari minyak kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) atau minyak jarak pagar (Jatropha curcas L.). Di Indonesia, biodiesel sudah dikembangkan dan diproduksi sebagai bahan bakar kendaraan yang disebut dengan biosolar. Penggunaan bahan bakar dengan sumber alam yang dapat diperbarui akan sangat membantu kita untuk menjamin kelestarian lingkungan  dan ketergantungan pada ketersediaan minyak bumi yang semakin menipis. Selain itu, sisa pembakaran dari biofuel juga lebih ramah lingkungan.

Gambar (a) Tanaman Jarak (Jatropha curcas L.), (b) Biji dan Minyak Tanaman Jarak

b. Biogas

Biogas merupakan jenis bahan bakar alternatif yang diperoleh dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri anaerob (bakteri yang hidup di lingkungan tanpa oksigen). Bakteri anaerob bekerja dengan cara mengubah zat organik menjadi gas metana (CH₄) sebesar 75%, dan sisanya adalah gas karbon dioksida, hidrogen, serta hidrogen sulfida. Namun demikian, gas yang digunakan sebagai sumber bahan bakar adalah gas metana. Bahan organik yang banyak digunakan dalam pembuatan biogas berasal dari kotoran dan urine hewan ternak. Saat ini biogas sudah banyak digunakan sebagai bahan bakar untuk kebutuhan rumah tangga di Indonesia.

Tahukah kamu teknik pembuatan biogas secara sederhana? Agar kamu dapat mengetahui teknik pembuatan biogas secara sederhana, perhatikan Gambar berikut!

Gambar Skema Pembuatan Biogas 

Lingkungan yang memiliki peternakan dan tempat atau pabrik pengolahan makanan (tempat pembuatan tahu, tempe, ikan pindang, dan brem) merupakan tempat strategis bagi pembuatan biogas. Coba kamu pikirkan mengapa harus di tempat-tempat tersebut? Para pemilik pabrik dapat menyatukan semua limbah sisa produksi bahan makanan ke dalam saluran pembuangan untuk kemudian diolah menjadi biogas. Teknologi ini tidak hanya bermanfaat karena mampu menghasilkan sumber energi alternatif, tetapi juga dapat menjaga kebersihan lingkungan. Limbah organik dari hewan ternak dan industri pembuatan makanan tidak dibuang begitu saja, tetapi  dijadikan biogas.

c. Sel Surya (Solar Cell)

Kita dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan photovoltaic (PV) cell, atau sering disebut solar cell atau sel surya. Pada umumnya sel surya memiliki ukuran yang tipis (hampir sama dengan selembar kertas). Sel surya terbuat dari silikon (Si) yang dimurnikan atau polikristalin silikon dengan beberapa logam yang mampu menghasilkan listrik.

Tahukah kamu bagaimana sel surya mengubah energi matahari menjadi listrik? Ketika cahaya matahari mengenai panel surya, cahaya menghasilkan emisi elektron pada komponen panel. Elektron ini kemudian dihubungkan dengan sistem tertentu sehingga dihasilkan listrik. Selanjutnya, listrik ini dialirkan dan disimpan pada baterai, sehingga dapat digunakan pada saat mendung atau malam hari. Perhatikan Gambar berikut!

Gambar Panel Surya

Kita dapat memasang panel surya pada atap rumah atau menyusunnya dalam lembaran-lembaran, dinding bangunan, atau pada permukaan benda lain. Teknologi terbaru pada panel surya ini adalah adanya motor elektrik yang dapat menjaga panel surya tetap menghadap cahaya matahari pada siang hari. Dengan demikian, mekanisme panel surya ini akan mengumpulkan energi 30-40% lebih banyak dari panel surya biasa.

Panel surya memiliki beberapa keunggulan, di antaranya tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca, mampu menghasilkan energi cukup besar, dan mudah dipasang atau dipindahkan atau dikembangkan. Meskipun memiliki banyak keunggulan, panel surya juga memiliki beberapa kekurangan, di antaranya adalah membutuhkan sistem penyimpanan listrik dan komponen pada panel surya ini termasuk jenis bahan yang berbahaya. Bahan tersebut harus didaur ulang dengan benar setelah pemakaian selama 20-25 tahun. Selain itu, biaya produksi panel surya masih tinggi (harganya mahal).

Pembangkit listrik tenaga surya sudah digunakan secara besarbesaran di Portugal, Spanyol bagian selatan, Jerman, Korea Selatan, dan Amerika Serikat. Saat ini, Indonesia mulai menggunakan teknologi ini  sebagai sumber energi pada lampu penerangan di berbagai kota dan untuk memenuhi kebutuhan listrik di daerah yang belum mendapat aliran listrik. Kita sebagai anak bangsa tentunya harus banyak belajar mengenai teknologi ini sehingga teknologi ini dapat diterapkan di seluruh pelosok Nusantara. Indonesia terletak di daerah khatulistiwa, sehingga sinar matahari mudah diperoleh. Harapannya, semua penduduk Indonesia dapat menikmati manfaat aliran listrik, wilayah terpencil cocok dengan Pembangkit listrik tenaga surya.

d. Pembangkit Listrik Tenaga Air (Hydropower)

Tenaga air atau hydropower menggunakan energi gerak (energi kinetik) dari aliran air untuk menghasilkan listrik. Siklus air dari hydropower diawali dengan proses evaporasi atau penguapan air yang kemudian membentuk awan dan hujan. Air hujan yang terdapat pada dataran tinggi, selanjutnya mengalir ke daerah yang lebih rendah melalui sungai. Cara yang paling umum untuk memanfaatkan hydropower ini yaitu dengan membangun dan membendung sungai besar untuk membentuk tempat penampungan air. Air yang dibendung dialirkan melalui suatu pipa besar dengan debit atau laju tertentu untuk memutar turbin generator yang akan menghasilkan listrik. Secara umum, alat pembangkit listrik tenaga air terdiri atas generator dan turbin. Perhatikan Gambar berikut!

Gambar (a) Skema Pembangkit Listrik Sederhana Tenaga Air, (b) Pembangkit Listrik yang Telah diterapkan di Masyarakat

Generator terdiri atas dua bagian utama yakni stator dan rotor. Stator adalah bagian yang diam yang terdiri atas lilitan kabel dan suatu silinder, sedangkan rotor adalah bagian yang berputar mengelilingi poros. Poros pada rotor generator terhubung dengan rotor pada turbin.  Ketika turbin bergerak berputar karena adanya aliran air maka lilitan dalam stator akan menghasilkan energi listrik. Jadi, cara kerja pembangkit listrik tenaga air ini mengubah energi gerak dari turbin menjadi energi listrik yang dihasilkan melalui generator.

Hydropower merupakan sumber energi terbarukan pertama yang digunakan untuk menghasilkan listrik. Teknologi ini memiliki beberapa keunggulan, antara lain dapat menghasilkan energi yang besar, membutuhkan biaya yang sedikit, dan sedikit menghasilkan emisi CO₂. Selain itu, teknologi hydropower ini memiliki beberapa kelemahan, antara lain banyaknya lahan yang beralih fungsi dan pengalihan tempat tinggal penduduk, menyumbang emisi metana (CH₄) yang dilepaskan di udara akibat terurainya organisme yang mati dalam air, dan mengganggu ekosistem air di daerah muara.

e. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Air Laut dan  Ombak (Ocean Power)

Kita juga dapat menghasilkan listrik dari energi pasang surut air laut dan ombak. Di beberapa pantai, level ketinggian air dapat naik atau turun hingga 6 meter bahkan lebih. Bendungan dibangun melintasi bibir pantai untuk mengambil energi pada aliran air laut untuk digunakan sebagai hydropower.

Saat ini masih sedikit negara yang menerapkan teknologi ini. Pembangkit listrik tersebut berada di kota La Rance, Prancis (Gambar bawah).

Gambar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Air Laut di La Rance, Prancis 

Hal ini disebabkan pembangunan teknologi ini membutuhkan biaya yang sangat besar, alat mudah rusak akibat korosi oleh air laut, badai, dan di dunia hanya sedikit daerah yang cocok untuk dibangun teknologi ini.

Selama bertahun-tahun, ilmuwan dan para teknisi telah mencoba untuk menghasilkan listrik dengan cara mengambil energi dari ombak sepanjang pantai. Mereka telah membuat teknologi berbentuk tabung yang terbuat dari baja dan mirip dengan rantai ular yang dipasang di pantai Portugal. Alat ini akan naik dan turun akibat adanya ombak, dan dapat menghasilkan listrik. Apakah kamu tertantang untuk mengembangkan teknologi ini di Indonesia?

Gambar Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Ombak

f. Pembangkit Listrik Tenaga Angin (Wind Power)

Perbedaan derajat dari sinar matahari yang menyinari bumi pada daerah ekuator dan daerah kutub menyebabkan terjadinya perbedaan panas di antara daerah tersebut. Bersama dengan adanya rotasi bumi, terjadilah aliran udara yang disebut angin. Angin tersebut dapat ditangkap oleh turbin angin dan dapat diubah menjadi energi listrik. Akhir-akhir ini, pembangkit listrik tenaga angin menjadi sumber energi dunia terbesar kedua  setelah panel surya.

Ada dua jenis pembangkit listrik tenaga angin yang saat ini dikembangkan, yaitu pembangkit listrik tenaga angin yang dibangun di daratan dan yang dibangun di pantai, seperti yang tampak pada Gambar di bawah.

Gambar (a) Pembangkit Listrik Tenaga Angin yang Dibangun di Daratan, (b)  Pembangkit Listrik Tenaga Angin yang Dibangun di Pantai

Pembangkit listrik tenaga angin yang dibangun di daratan harus terletak di daerah yang jauh dari pemukiman dan sedikit populasi penduduk. Meskipun pembangkit yang dibangun di pantai membutuhkan biaya yang lebih besar, tetapi pembangkit ini memiliki potensi yang besar. Di pantai angin akan bergerak lebih cepat, lebih kuat, dan lebih stabil daripada angin yang bergerak di daratan.

Tidak seperti minyak dan batu bara, angin tersebar luas dan tidak pernah habis, dan pembangkit listrik tenaga angin bebas polusi. Pembangkit listrik tenaga angin merupakan teknologi paling murah untuk menghasilkan listrik. Jika teknologi ini diterapkan di Indonesia diperkirakan Indonesia tidak akan kekurangan listrik, bahkan listrik di Indonesia akan berlebih. Namun demikian, ada  beberapa hal yang perlu dipikirkan ketika membangun pembangkit listrik tenaga angin di suatu daerah, di antaranya adalah keberadaan angin yang harus cukup besar dan stabil. Indonesia sudah mulai mencoba membangun pembangkit listrik tenaga angin, misalnya di Nusa Penida (pulau kecil di selatan Pulau Bali) dan juga di Nusa Tenggara Timur.

Kita sebagai anak bangsa, harus terus berupaya melakukan inovasi dalam mengembangkan teknologi pembangkit listrik tenaga angin. Coba perhatikan daerah tempat tinggalmu, apakah di tempat tinggalmu memiliki angin yang cukup besar dan stabil? Suatu saat nanti, kamu dapat membangun pembangkit listrik tenaga angin untuk mencukupi kebutuhan listrik di daerahmu.

g. Geotermal

Energi geotermal merupakan panas yang tersimpan dalam tanah, lapisan dasar bumi, dan cairan dalam kerak bumi. Kita dapat menggunakan energi yang tersimpan ini untuk memanaskan dan mendinginkan bangunan serta menghasilkan listrik. Ilmuwan memperkirakan bahwa hanya dengan menggunakan 1% dari panas yang tersimpan sedalam 5 km dalam kerak bumi, akan menghasilkan energi 250 kali lebih banyak dari minyak dan gas alam yang tersimpan di seluruh lapisan bumi.

Salah satu cara untuk mengambil energi geotermal ini dengan menggunakan sistem pompa panas geotermal “geothermal heat pump system”.  Sistem ini dapat memanaskan dan mendinginkan sebuah rumah dengan memanfaatkan perbedaan temperatur. Sistem ini banyak digunakan di negara yang memiliki empat musim, yaitu musim dingin, musim semi, musim panas, dan musim gugur. Pada musim dingin, suatu pipa yang diletakkan dalam tanah dapat mengalirkan cairan yang membawa panas dari dasar bumi menuju sistem pendistribusian panas di rumah. Sebaliknya, pada musim panas, sistem ini bergerak berlawanan, memindahkan panas dari rumah dan menyimpannya dalam tanah. Perhatikan Gambar di bawah ini!

Gambar Aplikasi Geotermal dalam Skala Rumah

Kita juga dapat mengambil energi dari lapisan bumi yang lebih dalam dengan sistem yang disebut hydrothermal reservoir. Beberapa batuan di dalam bumi memiliki suhu sangat tinggi yang disebabkan oleh adanya pemecahan material radioaktif yang terkandung dalam batuan tersebut. Air dalam tanah bertemu dengan batuan panas sehingga terbentuk uap yang kemudian terakumulasi di antara bebatuan tersebut. Uap air yang terkumpul dalam jumlah besar akan menimbulkan tekanan yang tinggi. Jika kita mengebor bagian tersebut dengan bantuan pipa khusus, uap air akan keluar dengan kecepatan yang besar. Aliran uap inilah yang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin sehingga dapat menghasilkan listrik.

h. Fuel Cell dan Hydrogen Power

Matahari menghasilkan energi yang menjaga keberlangsungan hidup di bumi melalui penggabungan inti (fusi) atom-atom hidrogen. Hidrogen merupakan unsur kimia paling sederhana dan paling banyak di alam semesta. Perlu kamu ketahui bahwa hidrogen yang banyak  di alam semesta bukanlah hidrogen bebas yang dapat langsung dimanfaatkan sebagai bahan bakar, tetapi hidrogen tersebut berada dalam bentuk senyawa, misalnya hidrogen pada air (H₂O). Oleh karena itu, para ilmuwan menyatakan bahwa gas hidrogen (H₂) akan menjadi bahan bakar di masa depan.

Agar harapan itu dapat terwujud, ilmuwan saat ini fokus untuk mengembangkan sel bahan bakar “fuel cell” yang menggabungkan gas hidrogen (H₂) dan gas oksigen  (O₂). Reaksi antara gas H₂ dengan O₂ menghasilkan energi panas yang tinggi, sehingga dapat digunakan sebagai sumber listrik. Reaksi antara keduanya dapat dituliskan sebagai berikut:  2 H₂ + O₂ → 2 H₂O + energi. Perhatikan Gambar berikut!

Gambar Skema Hydrogen Power

Berdasarkan reaksi kimia tersebut,  kita dapat mengetahui bahwa gabungan gas hidrogen dan gas oksigen menghasilkan uap air (H₂O) dan energi. Uap air yang dilepaskan ke atmosfer tidak berbahaya, sehingga tenaga hidrogen ini ramah lingkungan. Penggunaan secara luas hidrogen sebagai bahan bakar akan menghilangkan masalah polusi udara dan dapat mengurangi kerusakan iklim, karena dalam teknologi ini tidak dihasilkan CO₂. Pengurangan polusi tentunya juga harus didukung dengan pengurangan penggunaan bahan bakar fosil (minyak bumi) atau energi nuklir yang menghasilkan CO₂ di bumi. Oleh karena itu, diharapkan dengan penggunaan H₂ ini di masa depan bumi akan lebih terjaga dari pencemaran udara.

Hidrogen juga menyediakan energi lebih banyak daripada bahan bakar lain. Kelebihan ini membuat hidrogen ideal digunakan sebagai bahan bakar pesawat terbang. Permasalahan yang saat ini dihadapi yaitu sedikitnya gas hidrogen murni (H₂) di bumi, sehingga hidrogen harus diproduksi melalui senyawa lain yang mengandung unsur (H), seperti CH₄ (metana). Kita dapat menghasilkan gas hidrogen (H₂) dengan memanaskan air, mengaliri listrik, atau melepas hidrogen dari metana (CH₄). Namun saat ini, untuk menghasilkan gas hidrogen dan alatnya  membutuhkan energi dan biaya yang besar.

Tahukah kamu bahwa hydrogen power ini sudah banyak dikembangkan terutama sebagai bahan bakar mobil? Penerapan teknologi ini dimulai pada tahun 1990, Amory Lovin seorang fisikawan Amerika dan mahasiswanya mendesain mobil  ringan, aman, dan menggunakan bahan bakar hidrogen.

Ini merupakan dasar dari mobil-mobil berbahan bakar hidrogen yang saat ini sedang dikembangkan oleh pabrik mobil.  Bahkan di Jepang, teknologi ini sudah dikembangkan untuk menghasilkan listrik yang dapat memenuhi kebutuhan listrik suatu kota kecil. Di Kanada, teknologi ini sudah diproduksi dengan skala yang tidak terlalu besar.  Alat ini mampu menghasilkan H₂ dari air. Alat ini juga dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan berbahan bakar hidrogen. Nah, bagaimana menurutmu? Tentunya kamu sangat tertarik untuk belajar teknologi ini bukan? Dengan mempelajari teknologi ini lebih lanjut dan lebih dalam tentunya kamu dapat menguasai teknologi ini dan mampu membuat mobil berbahan bakar hidrogen untuk masyarakat Indonesia.

Referensi:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas IX Semester 2. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017

Baca berikutnya:

Teknologi Ramah Lingkungan
01	Teknologi Ramah Lingkungan
02	Pengertian dan Prinsip Teknologi Ramah Lingkungan
03	Teknologi Ramah Lingkungan Bidang Energi
04	Teknologi Ramah Lingkungan Bidang Transportasi
05	Teknologi Ramah Lingkungan Bidang Lingkungan
06	Aktivitas Membuat Alat Pemurnian Air Sederhana
07	Teknologi Ramah Lingkungan Bidang Industri
08	Perilaku Hemat Energi dalam Keseharian
09	Pengolahan Minyak Bumi
10	Pengolahan Batu Bara
11	Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)