KONSERVASI ENERGI DAN PEMILIHAN ENERGI ALTERNATIF

LATAR BELAKANG

Beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang krusial di dunia. Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi terbaharukan. Peningkatan harga minyak dunia hingga mencapai 100 U$ per barel juga menjadi alasan yang serius yang menimpa banyak negara di dunia terutama Indonesia.

Lonjakan harga minyak dunia akan memberikan dampak yang besar bagi pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta/barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan habis dalam dua dekade mendatang. Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak, pemerintah telah menerbitkan Peraturan Presiden Republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak.

Gejolak yang muncul akibat keputusan pemerintah menaikkan harga BBM memunculkan kesadaran bahwa selama ini bangsa Indonesia sangat tergantung pada sumber energi tak-terbaharukan. Selain itu, jumlah kendaraan, rumah tangga, dan industri baik skala besar maupun kecil terus bertambah dari waktu ke waktu sehingga menyebabkan kebutuhan akan bahan bakar minyak (BBM) meningkat. Sementara, hal tersebut diperparah dengan berkurangnya bahan bakar dari fosil, mengingat bahan bakar yang berasal dari fosil merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui.

Salah satu solusi mengatasi permasalahan ini adalah dengan mengoptimalkan potensi energi terbaharukan yang dimiliki bangsa ini. Indonesia sebenarnya memiliki potensi energi terbaharukan sebesar 311.232 MW, namun kurang lebih hanya 22% yang baru dimanfaatkan. Masyarakat Indonesia terlena dengan harga BBM yang murah, sehingga lupa untuk memanfaatkan dan mengembangkan sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui. Sumber energi terbaharukan yang tersedia antara lain yang bersumber dari tenaga air ( hydro ), panas bumi, energi cahaya, energi angin, dan biomassa.

Tabel 1. Potensi Energi Terbaharukan di Indonesia

Sumber Potensi (MW) Kapasitas Terpasang (MW) Pemanfaatan (%) Large Hydro 75 000 4 200 5.600 Biomassa 50 000 302 0.604 Geothermal 20 000 812 4.060 Mini/mikro hydro 459 54 11.764 Energi Cahaya (Solar) 15 6487 5 3.19 X 10-3 Energi Angin 9 286 0.50 5.38 X 10 -3 Total: 311 232 5 373.5 22.03

Sumber : Ditjen Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2001; ZREU, 2000

BIOMASSA

Potensi energi terbaharukan yang besar dan belum banyak dimanfaatkan adalah energi dari biomassa. Potensi energi biomassa sebesar 50.000 MW hanya 320 MW yang sudah dimanfaatkan atau hanya 0.64% dari seluruh potensi yang ada. Bila kita maksimalkan potensi yang ada dengan menambah jumlah kapasitas terpasang, maka akan membantu bahan bakar fosil yang selama ini menjadi tumpuan dari penggunaan energi. Hal ini juga

akan membantu perekonomian yang selama ini menjadi boros akibat dari anggaran subsidi bahan bakar minyak yang jumlahnya melebihi anggaran sektor lainnya. Potensi biomassa di Indonesia bersumber dari produk samping kelapa sawit, penggilingan padi, kayu, polywood, pabrik gula, kakao, dan limbah industri pertanian lainnya.

Proses pengolahan tandan buah segar (TBS) kelapa sawit menjadi crude palm oil (CPO) menghasilkan biomassa produk samping yang jumlahnya sangat besar. Tahun 2004 volume biomassa produk samping sawit sebesar 12.365 juta ton tandan kosong kelapa sawit (TKKS), 10.215 juta ton cangkang dan serat, dan 32.257 – 37.633 juta ton limbah cair ( Palm Oil Mill Effluent /POME). Jumlah ini akan terus meningkat dengan meningkatnya produksi TBS Indonesia. Biomassa dari produk samping sawit dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi terbaharukan. Salah satunya adalah POME untuk menghasilkan biogas. Potensi produksi biogas dari seluruh limbah cair tersebut kurang lebih adalah sebesar 1.075 juta m3 . Nilai kalor ( heating value ) biogas rata-rata berkisar antara 4.700–6.000 kkal/m3 (20–24 MJ/m3 ). Dengan nilai kalor tersebut 1.075 juta m3 biogas akan setara dengan 516.000 ton gas LPG, 559 juta liter solar, 666,5 juta liter minyak tanah, dan 5052,5 MWh listrik. TKKS dapat juga dimanfaatkan untuk menghasilkan biogas walaupun proses pengolahannya lebih sulit daripada biogas dari limbah cair.

Potensi energi yang dapat dihasilkan dari produk samping sawit yang lain dapat dilihat dari nilai energi panas (calorific value). Nilai energi panas untuk masing-masing produk samping sawit adalah 20.093 kJ/kg cangkang, 19.055 kJ/kg serat, 18 795 kJ/kg TKKS, 17.471 kJ/kg batang, dan 15.719 kJ/kg pelepah. Cangkang dan serat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan energi dalam PKS. Cangkan dan serat digunakan sebagai bahan bakar boiler untuk memenuhi kebutuhan steam (uap panas) dan listrik. Potensi energi dari seluruh cangkang dan serat di tahun 2004 adalah sebesar 6.451 juta MW. TKKS juga memiliki potensi energi yang besar sebagai bahan bakar generator listrik. Sebuah PKS dengan kapasitas pengolahan 200000 ton TBS/tahun akan menghasilkan sebanyak 44000 ton TKKS (kadar air 65%)/tahun. Nilai kalor ( heating value ) TKKS kering adalah 18.8 MJ/kg, dengan efisiensi konversi energi sebesar 25%, dari energi tersebut ekuivalen dengan 2.3 MWe (megawatt-electric).

Gambar : Kesetaraan biomassa dan energi dalam proses pengolahan sawit di pabrik kelapa sawit

BIOGAS

Salah satu sumber energi alternatif adalah biogas. Gas ini berasal dari berbagai macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia, kotoran hewan yang dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui proses anaerobic digestion. Proses anaerobic digestion yaitu proses dengan melibatkan mikroorganisme tanpa kehadiran oksigen dalam suatu digester. Proses ini menghasilkan gas produk berupa metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) serta beberapa gas yang jumlahnya kecil, seperti H2, N2, dan H2S. Material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraikan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri.

Tahap pertama material organik akan didegradasi menjadi asam-asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana. Sedangkan asidifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana. Setelah material organik berubah menjadi asam-asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, atau methano bacterium.

Ada beberapa jenis reaktor biogas yang dikembangkan di antaranya adalah reaktor jenis kubah tetap (Fixed-dome), reaktor terapung (Floating drum), reaktor jenis balon, jenis horizontal, jenis lubang tanah, jenis ferrocement. Dari keenam jenis digester biogas tersebut, yang sering digunakan adalah jenis kubah tetap (Fixed-dome) dan jenis Drum mengambang (Floating drum). Beberapa tahun terakhir ini telah dikembangkan jenis reaktor balon yang banyak digunakan sebagai reaktor sedehana dalam skala kecil.

Reaktor kubah tetap (Fixed-dome)

Reaktor ini disebut juga reaktor China karena reaktor ini dibuat pertama kali di China sekitar tahun 1930-an, kemudian sejak saat itu reaktor ini berkembang dengan berbagai model. Reaktor ini memiliki dua bagian yaitu: (1) Digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi bakteri, baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentu gas metana. Bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat karena menahan gas agar tidak terjadi kebocoran. (2) Bagian yang kedua adalah kubah tetap (fixed-dome). Dinamakan kubah tetap karena bentuknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah. Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah, karena tidak memiliki bagian yang bergerak, dibandingkan menggunakan reaktor terapung yang menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal, dan juga perawatannya yang lebih mudah. Sedangkan kerugian dari reaktor ini adalah sering terjadinya kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya.

Reaktor terapung (floating drum)

Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan di India pada tahun 1937 sehingga dinamakan juga dengan reaktor India. Reaktor ini memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gasnya yang menggunakan peralatan bergerak berupa drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan. Keuntungan dari reaktor ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya dan tempat penyimpanan yang terapung sehingga tekanan gas dapat konstan. Sedangkan kerugiannya adalah biaya material konstruksi dari drum lebih mahal. Faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap.

Reaktor balon

Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. Reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas dan masing-masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.

Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas dan juga sebaliknya. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan cara: (1) Menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2). Hidrogen sulphur mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang diijinkan maksimal 5 ppm. (2) Menghilangkan kandungan karbon dioksida dengan tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas juga harus dihilangkan guna menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat mengurangi korosi.

Gambar : Sketsa Instalasi Sistem Biogas

Konversi limbah melalui proses anaerobik digestion dengan menghasilkan biogas memiliki beberapa keuntungan, yaitu :

1. Biogas merupakan energi tanpa menggunakan material yang masih memiliki manfaat termasuk biomassa sehingga biogas tidak merusak keseimbangan CO2 yang diakibatkan oleh penggundulan hutan (deforestation) dan perusakan tanah.

2. Energi biogas dapat berfungsi sebagai energi pengganti bahan bakar fosil sehingga akan menurunkan efek gas rumah kaca di atmosfer dan emisi lainnya.

3. Metana merupakan salah satu gas rumah kaca yang keberadaannya di atmosfer akan meningkatkan temperatur, dengan menggunakan biogas sebagai bahan bakar maka akan mengurangi gas metana di udara.

4. Limbah berupa sampah kotoran hewan dan manusia merupakan material yang tidak bermanfaaat, bahkan bisa mengakibatkan racun yang sangat berbahaya. Aplikasi anaerobik digestion akan meminimalkan efek tersebut dan meningkatkan nilai manfaat dari limbah.

5. Selain keuntungan energi yang didapat dari proses anaerobik digestion dengan menghasilkan gas bio, juga menghasilkan produk samping seperti sludge. Material ini diperoleh dari sisa proses anaerobik digestion yang berupa padat dan cair. Masing-masing dapat digunakan sebagai pupuk berupa pupuk cair dan pupuk padat.

BIODIESEL

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran monoalkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan. Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat juga dapat menggantikan diesel dalam banyak kasus. Namun, biodiesel lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel, untuk meningkatkan bahan bakar diesel. Biodiesel merupakan alternatif utama untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena merupakan bahan bakar yang dapat diperbaharui yang dapat menggantikan diesel. Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan Asia, meskipun dalam pasar masih sebagian kecil saja dari penjualan bahan bakar. Pertumbuhan SPBU membuat semakin banyaknya penyediaan biodiesel kepada konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar.

Pada skala kecil pembuatan biodiesel dapat dilakukan dengan bahan minyak goreng 1 liter yang baru atau bekas. Methanol sebanyak 200 ml atau 0.2 liter. Soda api atau NaOH 3,5 gram untuk minyak goreng bersih, jika minyak bekas diperlukan 4,5 gram atau mungkin lebih. Kelebihan ini diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas atau FFA yang banyak pada minyak goreng bekas. Dapat pula mempergunakan KOH namun mempunyai harga lebih mahal dan diperlukan 1,4 kali lebih banyak dari soda. Proses pembuatannya yaitu: Soda api dilarutkan dalam Methanol dan kemudian dimasukan kedalam minyak dipanaskan sekitar 55 0C, diaduk dengan cepat selama 15-20 menit kemudian dibiarkan dalam keadaan dingin semalam. Maka akan diperoleh biodiesel pada bagian atas dengan warna jernih kekuningan dan sedikit bagian bawah campuran antara sabun dari FFA, sisa methanol yang tidak bereaksi dan glyserin sekitar 79 ml. Biodiesel yang merupakan cairan kekuningan pada bagian atas dipisahkan dengan mudah dengan menuang dan menyingkirkan bagian bawah dari cairan. Untuk skala besar produk bagian bawah dapat dimurnikan untuk memperoleh gliserin yang berharga mahal, juga sabun dan sisa methanol yang tidak bereaksi.

ENERGI PANAS BUMI (GEOTHERMAL)

Pada dasarnya bumi terdiri atas tiga bagian yaitu: lapisan kulit bumi, mantel, dan inti bumi. Panas pada inti bumi mencapai 5000 0C. Panas tersebut dengan sendirinya berusaha untuk mengalir keluar, akan tetapi ditahan oleh mantel yang mengelilinginya. Menurut perkiraan, rata-rata panas yang mencapai permukaan bumi adalah sebesar 400 kCal/m2 setahun. Gejala panas bumi pada umumnya tampak di permukaan bumi berupa mata air panas, fumarola, geyser, dan sulfatora. Dengan jalan pengeboran, uap alam yang bersuhu dan bertekanan tinggi dapat diambil dari dalam bumi dan dialirkan ke generator turbo yang selanjutnya menghasilkan tenaga listrik.

Beberapa metode pemanfaatan sumber daya panas bumi dapat dilakukan sebagai berikut:

Uap Basah

Yaitu dengan memisahkan air dan uap di dalam separator, kemudian air diinjeksikan kembali ke dalam tanah guna menjaga ketersediaan jumlah air dalam tanah. Uap yang diambil dari separator dibawa ke turbin untuk menggerakkan turbin, sedangkan sisanya diteruskan ke penampung sehingga berubah dalam wujud cair. Air yang masih dalam keadaan panas pada penampung diteruskan ke cooling water (pendingin), kemudian kembali dipompa ke dalam tanah, sedangkan sisa uap dibuang ke udara. Apabila yang diperoleh bukan uap basah melainkan uap kering, maka separator tidak diperlukan lagi dan uap langsung dapat digunakan untuk menggerakkan turbin.

Air Panas

Dari perut bumi sering didapatkan air panas atau lebih tepatnya air asin panas (brine) yang suhunya tidak seberapa panas dan mengandung banyak mineral. Untuk mendapatkannya digunakan apa yang disebut sistem biner, yaitu: air panas dibawa ke suatu penukar panas (heat exchanger) untuk kemudian diinjeksi kembali ke dalam tanah. Siklus ini dinamakan siklus primer. Melalui penukar panas, energi dipindahkan ke sirkuit kedua yang telah diisi dengan air. Setelah meninggalkan penukar panas, air dalam sirkuit kedua berubah menjadi uap dan dibawa ke turbin. Sirkuit kedua dinamakan sistem sekunder. Apabila tekanan air panas dari bumi kurang tinggi, maka digunakan pompa dengan konstruksi khusus karena harus tahan air asin yang sangat korosif. Pompa ini dikenal dengan nama pompa panas geothermal (geothermal heat pump).

Batuan Panas

Cara untuk mendapatkan panas bumi dengan metode ini hingga kini masih merupakan gagasan. Cara ini dilakukan dengan membor suatu lubang atau sumur untuk mencapai batuan padat panas, kemudian batuan diledakkan dengan alat nuklir sehingga batu padat menjadi pecah dan berlubang. Kemudian dibor sumur di sisi yang lain sampai batu pecah. Selanjutnya air dipompa dengan tekanan tinggi ke dalam batu-batu yang pecah tersebut. Oleh karena dalam keadaan pecah, memungkinkan air mengalir di dalam sampai menjadi panas. Air yang telah sampai ke permukaan bumi akan berubah menjadi uap dan dimanfaatkan untuk dipakai dalam pusat listrik tenaga panas bumi.

ENERGI SEL SURYA

Manusia telah banyak memanfaatkan energi yang terdapat pada gelombang elektomagnet sejak dahulu kala. Akan tetapi pemahaman tentang gelombang ini sendiri baru dapat dianalisis oleh kita sekitar abad 10. Seiring perkembangan zaman, pemanfaatan gelombang elektromagnet semakin sering dilakukan dalam kehidupan sehari-hari sesuai dengan perkembangan pemahaman tentang gelombang ini sendiri. Cahaya matahari yang merupakan pancaran gelombang elektromagnet adalah salah satu contoh dari sekian banyak bentuk energi yang dapat kita rasakan di bumi dan telah kita manfaatkan sumber dayanya berabad-abad. Pemberdayaan energi cahaya matahari pada setiap zaman semakin meningkat seiring dengan pengetahuan yang kita dapatkan dan salah satunya adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang memanfaatkan energi foton cahaya matahari menjadi energi listrik. Indonesia sendiri, sebuah negara yang dilewati oleh garis khatulistiwa dan menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, mempunyai potensi yang sangat besar untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga surya sebagai alternatif batubara dan diesel serta sebagai pengganti bahan bakar fosil yang bersih, tidak berpolusi, aman dan persediaannya tidak terbatas. Berbagai instalasi sel surya telah banyak dipakai walaupun hanya pada beberapa golongan masyarakat mampu.

Bahan sel surya sendiri terdiri dari kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi-konduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (terbuat dari logam tipis) untuk mengirim elektron ke perabot listrik. Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik. Bahan dan cara kerja yang aman terhadap lingkungan menjadikan sel surya sebagai salah satu hasil teknologi pembangkit listrik yang efisien bagi sumber energi alternatif masyarakat di masa depan. Memberikan harapan kepada kita untuk mengelola alam secara lebih “alamiah”.