Pemilihan Mesin Dan Energi Alter Nat If

MAKALAH

MESIN KONVERSI ENERGI

PEMILIHAN MESIN DAN ENERGI ALTERNATIF

Yan Kristantyo Aribowo

101632003

Teknik Mesin

INSTALASI GENERATOR PADA SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS (PLTBG)

PLTBG adalah instalasi pembangkit listrik dengan pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar yang dapat diperbaharui. Kotoran sapi sebagai media penghasil biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar PLTBG sehingga mengurangi pencemaran lingkungan dan efek rumah kaca. Jawa Tengah dengan kapasitas peternakan yang besar mempunyai potensi yang cukupbaik untuk pembangunan PLTBG. PLTBG dapat dibangkitkan dengan penggunaan motor bakar berbahan bakar biogas tetapi mesin berbahan bakar biogas di Indonesia belum ada. Mesin diesel dan bensin secara teknis dapat digunakan sebagai penggerak generator PLTBGtetapi efisiensinya yang dihasilkan rendah sehingga perlu dilakukan modifikasi.Pemilihan mesin dalam penulisan ini untuk menghasilkan efisiensi maksimal dari mesin dengan memodifikasi mesin berbahan bakar diesel dan bensin. Berdasarkan hasil analisa mesin diesel dan bensin memerlukan penambahan conversion kit dan mixer. Conversion kit berfungsi mengatur debit bahan bakar supaya mengalir konstan dan penambahan mixer bertujuan untuk pencampur biogas dengan udara. Mesin diesel yang dimodifikasi ini menggunakan system dualfuel engine dimana bahan bakar solar digunakan bersama-sama dengan biogas, dengan komposisi sekitar 20 % solar dan 80% biogas. Mesin bensin dapat menggunakan 100% biogas untuk bahan bakar.

Kata kunci : biogas; dual fuel; listrik; PLTBG

Pendahuluan

Peternakan sapi dari tahun ke tahun semakin besar jumlahnya, penambahan jumlah tersebut menyebabkan tingkat pencemaran lingkungan yang tinggi antara lain menyebabkan bau tidak sedap yang mengganggu kenyamanan lingkungan sekitar, endemik bibit penyakit, dan air resapan tanah dan sungai menjadi beracun dan bau. Dalam kotoran sapi terkandung gas metana (CH4) apabila dibuang secara bebas ke atmosfir akan menyebabkan efek rumah kaca, proses ini berakibat suhu bumi menjadi tinggi, ini adalah yang disebut dengan pemanasan global (global warning), yang secara langsung meningkatkan intensitas frekuensi angin topan, merubah komposisi hutan , mengurangi produksi pertanian, menghancurkan biota laut sehingga ikan mengalami kekurangan makanan dan ekosistem laut menjadi hancur.

Alasan diatas dapat dijadikan bahan pertimbangan bahwa kotoran sapi lebih baik dimanfaatkan daripada dibiarkan menumpuk. Beberapa cara pemanfaatan kotoran sapi antara lain dengan mengolah kotoran sapi menjadi pupuk organik maupun biogas, yaitu suatu energi yang dihasilkan dari proses biodegradasi dengan bantuan bakteri dalam kondisi anaerob pada material organik (kotoran sapi). Keuntungan yang didapat dari proses pemanfaatan kotoran sapi bagi pemilik peternakan sapi adalah menambah penghasilan dari penjualan pupuk organik dan menghemat pengeluaran biaya penggunaan listrik. Sebenarnya pemanfaatan kotoran sapi dapat memberikan nilai ekonomis yang lebih tinggi jika dilakukan dengan cara membangun pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBG).

Sebagai contoh Jawa Tengah memiliki potensi yang sangat besar untuk mengembangkan PLTBG karena memiliki peternakan yang besar. Data pada tahun 2002, sapi potong sebesar 13344495 ekor dan sapi perah sebesar 119026 ekor. PLTBG dapat dibangkitkan dengan penggunaan mesin diesel atau bensin, ini merupakan cara untuk mengatasi tidak adanya mesin berbahan bakar biogas di Indonesia dan apabila mendatangkan dari luar negeri biaya pembangunan instalasi PLTBG menjadi besar. Permasalahan yang muncul dengan penggunaan mesin diesel dan bensin dengan bahan bakar biogas adalah efisiensi yang dihasilkan rendah dan cara untuk mengatasi masalah ini dengan cara memodifikasi mesin diesel atau bensin dan dilakukan pemilihan mesin yang sesuai dengan daya yang dapat dibangkitkan oleh penghasil gas (digester) yang dimiliki oleh peternakan.

Kaji Teoritik Sistem Konversi Energi

Sistem instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) dapat dibuat skema sebagai berikut:

Gambar 1.

Bagan sistem instalasi pembangkit listrik dari biogas kotoran sapi.

Perubahan biogas menjadi energi listrik dilakukan dengan memasukkan gas dalam tabung penampungan kemudian masuk ke conversion kit yang berfungsi menurunkan tekanan gas dari tabung sesuai dengan tekanan operasional mesin dan mengatur debit gas yang bercampur dengan udara didalam mixer, dari mixer bahan bakar bersama dengan udara masuk kedalam mesin dan terjadilah pembakaran yang akan menghasilkan daya untuk menggerakkan generator yang menghasilkan energi listrik. Karakterisrik pembakaran yang terjadi pada mesin diesel berbeda dengan pembakaran pada mesin bensin.

Karakteristik pembakaran biogas didalam mesin diesel

Bahan bakar biogas membutuhkan rasio kompresi yang tinggi untuk proses pembakaran sebab biogas mempunyai titik nyala yang tinggi 645 0C – 750 0C dibandingkan titik nyala solar 220 0C, maka mesin diesel umumnya digunakan secara dualfuel dengan rasio kompresi sekitar 15 – 18. Proses pembakaran pada mesin dualfuel, bahan bakar biogas dan udara masuk ke ruang bakar pada saat langkah hisap dan kemudian dikompresikan didalam silinder seperti halnya udara dalam mesin diesel biasa. Bahan bakar solar dimasukkan lewat nosel pada saat mendekati akhir langkah kompresi, dekat titik mati atas (TMA) sehingga terjadi pembakaran.

Temperatur awal kompresi tidak boleh lebih dari 80 0C karena akan menyebabkan terjadinya knocking dan peristiwa knocking yang terjadi pada mesin dualfuel hampir sama dengan yang terjadi pada mesin bensin, yaitu terjadinya pembakaran yang lebih awal akibat tekanan yang tinggi dari mesin diesel. Hal ini disebabkan karena bahan bakar biogas masuk bersama-sama dengan udara ke ruang bakar, sehingga yang dikompresikan tidak hanya udara tapi juga biogas.

Gambar 2.

Grafik performance pada mesina) a sfc biogas dalam dualfuel, b sfc solar dalam mesin diesel, c sfc solar dalam dualfuel

b) a mesin diesel dengan solar yang diritkan, b efisiensi mesin diesel, c efisiensi dualfuel

Karakteristik pembakaran biogas didalam mesin bensin

Mesin bensin dengan rasio kompresi yang hanya berkisar antara 6 – 9,5 tidak cukup untuk melakukanpembakaran biogas karena titik nyala biogas yang tinggi 645 0C - 750 0C, untuk itu dilakukan penambahan rasio kompresi mesin menjadi 10 – 12. Proses pembakaran biogas sama seperti pada mesin bensin normal, yaitu biogas dan udara masuk ke ruang bakar dan pada akhir langkah kompresi terjadi pembakaran, pembakaran ini terjadi karena bantuan loncatan bunga api dari busi.

Gambar 3.

Diagram performance mesin bensin dengan bahan bakar bensin ( ____ ) dan biogas ( __.__ )

1) daya, 2) torsi, 3) konsumsi bahan bakar spesifik

Daya listrik yang dapat dihasilkan dari PLTBG

Tabel 1. Daya listrik yang dapat dihasilkan dari peternakan sedang dan besar

Pemilihan Mesin Penggerak

Berdasarkan hasil survey lapangan bahwa mesin yang dapat digunakan untuk mesin penggerak generator PLTBG adalah mesin diesel dan bensin. Di pasaran untuk mesin bensin harganya jauh lebih mahal dari mesin diesel dengan daya yang sama dan untuk daya yang besar hanya mesin diesel yang dapat digunakan sebab tidak adanya mesin bensin dengan daya besar di pasaran. Penggunaan kedua jenis mesin tersebut dalam kenyataannya menghasilkan efisiensi yang rendah sehingga perlu adanya modifikasi.

Modifikasi yang perlu dilakukan untuk mengubah mesin diesel menjadi mesin berbahan bakar biogas adalah dengan cara menambahkan conversion kit dan mixer. Fungsi conversion kit adalah untuk mengatur debit dan menurunkan tekanan aliran bahan bakar sesuai dengan tekanan operasional yang diinginkan sedangkan mixer berfungsi sebagai pencampur bahan bakar dengan udara. Pemasangan mixer terletak pada saluran masuk udara dan conversion kit terpasang antara mixer dan tabung gas (Gas holder). Sistem modifikasi ini menggunakan sistem dualfuel yaitu mesin menggunakan dua bahan bakar yang dilakukan secara bersamaan dengan komposisi 20% solar dan 80% biogas . Hal ini dilakukan karena titik nyala pembakaran biogas sangat tinggi yaitu sekitar 645°C-750°C.

Gambar 4

Skema pemasangan mixer dan conversion kit pada mesin diesel

Modifikasi mesin bensin hampir sama dengan mesin diesel yaitu dengan cara menambah Conversion kit dan mixer. Perbedaannya adalah pada mesin bensin bahan bakar biogas dapat digunakan 100%, hal ini dikarenakan adanya busi sehingga bahan bakar biogas akan cepat terbakar. Pemasangan mixer terletak antara saringan udara dan karburator, sedangkan Conversion kit terpasang antara mixer dan tabung gas (gas holder). Perkiraan biaya untuk pembelian Conversion kit dan mixer yaitu sekitar Rp. 4.800.000,00 untuk kondisi alat baru.

Perhitungan ekonomi

Perhitungan ekonomi penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) untuk peternakan sedang dan besar dengan pemakaian mesin diesel dan bensin , dan dibandingkan dengan keuntungan listrik yang dihasilkan yang disesuaikan dengan tarif dasar listrik PLN.

Tabel 2. Perkiraan biaya investasi PLTBG pada peternakan sedang dan besar

Tabel 3. Perkiraan biaya operasi PLTBG pada peternakan sedang dan besar

Biaya investasi dari mesin diesel lebih kecil dari pada mesin bensin, sehingga mesin diesel lebih menguntungkan dari segi ekonomi. Di lain sisi dari aspek perawatan mesin diesel dan mesin bensin dapat dikatakan sebanding dan membutuhkan biaya yang relatif sama. Dilihat dari aspek operasi mesin diesel lebih mudah, mempunyai umur operasi yang lama dan menggunakan sedikit bahan bakar untuk penyediaan daya yang sama dibandingkan dengan mesin bensin. Hal ini dapat dijadikan alasan bahwa mesin diesel lebih menguntungkan sebagai mesin penggerak pada PLTBG.

Keuntungan dari membangkitkan listrik dari PLTBG adalah energi listrik yang dapat hasilkan dikalikan dengan harga listrik yang harus dibayar pemakai jika menggunakan listrik dari PLN. Harga listrik

Rp. 545/kWh dan biaya beban Rp. 30.000,00/kVA. Nilai rupiah yang dapat dihasilkan dari membangkitkan listrik dari biogas pada peternakan sedang dengan daya 3 kW (4 kVA) dalam satu tahun dengan penggunaan tiap hari 24 jam adalah Rp. 15.762.600,00.

Analisa ekonomi pembangkit listrik tenaga biogas dengan mesin penggerak dari mesin diesel untuk peternakan skala sedang, jika bunga investasi untuk kredit dari bank 19 % adalah :

Total investasi = Rp. 7.300.000,00 + Rp. 7.300.000,00 x 19%= Rp. 8.687.000,00

Umur teknis ekonomis 10 TahunDepresiasi = Rp. 8.687.000,00 / 10

= Rp. 868.700,00Cash flow = Keuntungan + Depresiasi- biaya operasional

= Rp. 15.762.600,00 +Rp. 868.700,00 – Rp. 10.316.000,00

= Rp. 6.220.400,00IRR(Initial Rate of Return) = 72 %NPV (Net Present Value) = Rp. 15.726.618,00BCR (Benefit Cost Ratio ) = 1,45PB ( Pay back) = 1 tahun 5 bulan

Nilai rupiah yang dapat dihasilkan, sesuai harga listrik dari PLN, dari membangkitkan listrik dengan biogas pada peternakan besar dengan daya 15 kW (19 kVA) dalam satu tahun dengan penggunaan tiap hari 24 jam adalah Rp. 78.453.000,00. Jika bunga investasi untuk kredit dari bank 19 % maka analisa pembangkit listrik tenaga biogas untuk peternakan skala besar adalah

Total investasi = Rp. 56.300.000,00 + Rp. 56.300.000,00 x 19%= Rp. 66.997.000,00

Umur teknis ekonomis 10 TahunDepresiasi = Rp. 66.997.000,00 / 10

= Rp. 6.699.700,00Cash flow = Keuntungan + Depresiasi- biaya operasional

= Rp. 78.453.000,00 + Rp. 6.699.700,00 – Rp. 22.883.600,00

= Rp. 61.537.200,00IRR(Initial Rate of Return) = 93 %NPV (Net Present Value) = Rp. 170.743.335,00BCR (Benefit Cost Ratio ) = 2,87PB ( Pay back) = 1 tahun 1 bulan

Diskusi

Berdasarkan hasil perhitungan diatas dapat diambil kesimpulan untuk skala peternakan sedang dan besar lebih baik menggunakan mesin diesel, disamping ekonomis aspek operasi mesin diesel lebih mudah dibandingkan dengan mesin bensin. Umur operasi mesin diesel mempunyai jangka waktu yang lama.

Kendala yang dihadapi untuk pembangunan PLTBG adalah modal awal yang besar, kurangnya

penguasaan ilmu tentang pembangunan PLTBG, adanya keraguaan dari pemilik peternakan tentang berhasil tidaknya PLTBG, kurangnya perhatian pemerintah tentang penelitian PLTBG dan kurangnya pemberian bantuan dana bagi pemilik peternakan. Saran untuk mengatasi kendala diatas adalah peminjaman modal ke bank atau pemberian kredit lunak oleh pemerintah kepada pemilik peternakan, perlunya mempelajari lebih dalam modifikasi yang perlu dilakukan pada mesin untuk PLTBG, pemberian kucuran dana untuk penelitian dari pemerintah, perlunya adanya penyuluhan terhadap peternak sapi sehingga tidak adanya keraguan lagi dari para peternak untuk pembangunan PLTBG.

Kesimpulan

1. Pemilihan mesin harus berdasarkan daya yang dapat dihasilkan oleh digester, harga mesin, biaya modifikasi dan aspek operasi dan pemeliharaan.

2. Mesin penggerak generator pada PLTBG untuk skala peternakan sedang dan besar lebih baik dengan penggunaan mesin diesel karena dari aspek ekonomis , operasi dan pemeliharaan lebih baik disbanding dengan mesin bensin.

EFISIENSI INSTALASI MESIN MESIN TERMAL

Dalam termodinamika, efisiensi termal adalah ukuran tanpa dimensi yang menunjukkan performa peralatan termal seperti mesin pembakaran dalam dan sebagainya. Panas yang masuk adalah energi yang didapatkan dari sumber energi. Output yang diinginkan dapat berupa panas atau kerja, atau mungkin keduanya. Jadi, termal efisiensi dapat dirumuskan dengan

Berdasarkan hukum pertama termodinamika, output tidak bisa melebihi input, sehingga

Ketika ditulis dalam persentase, efisiensi termal harus berada di antara 0% dan 100%. Karena inefisiensi seperti gesekan, hilangnya panas, dan faktor lainnya, efisiensi termal mesin tidak pernah mencapai 100%. Seperti contoh, mesin mobil bensin memiliki efisiensi 25%, dan mesin pembangkit listrik tenaga batu bara yang besar memiliki efisiensi maksimum 46%. Mesin diesel terbesar di dunia memiliki efisiensi maksimum 51,7%.

Mesin kalor

Ketika mengubah energi termal menjadi energi mekanik (kerja), efisiensi termal dari mesin kalor adalah persentase dari energi panas yang ditransformasikan menjadi kerja. Efisiensi termalnya didefinisikan dengan

Efisiensi Carnot

Hukum kedua termodinamika menaruh batas fundamental pada efisiensi termal dari mesin kalor. Dan secara mengejutkan, bahkan mesin ideal yang tak memiliki gesekan tidak bisa mengubah seluruhnya panas yang masuk menjadi kerja. Faktor yang membatasi diantaranya temperatur panas yang masuk ke mesin, , dan temperatur pembuangan, , yang diukur dengan suhu mutlak Kelvin.

Batas nilai ini dinamakan efisiensi siklus Carnot karena siklus yang menggerakannya dinamakan siklus Carnot. Di dunia ini belum ada mesin kalor yang bisa melebihi efisiensi ini, bagaimanapun desainnya.

Contoh dari adalah temperatur dari uap panas yang menggerakkan turbin pembangkit listrik, atau temperatur bahan bakar yang dibakar di mesin pembakaran dalam. biasanya adalah temperatur di mana mesin itu berada, atau temperatur air danau / laut di mana panas dari pembangkit listrik dibuang.

Dalam kenyataannya, tidak ada mesin yang mampu mengoperasikan siklus yang menyamai efisiensi mesin Carnot. Mesin Carnot hanya berlaku pada mesin yang menggunakan kalor sebagai inputnya. Mesin yang tidak membakar bahan bakar untuk menjadikannya kerja seperti fuel cell, memiliki efisiensi yang melebihi efisiensi Carnot.

Karena bergantung pada temperatur di mana mesin berada, peran pendingin mesin sangat berguna untuk meningkatkan efisiensi mesin.

Konversi energi

Untuk alat konversi seperti pemanas ruangan, boiler, atau pembakar, efisiensi termalnya dirumuskan dengan

.

Sehingga untuk boiler yang memproduksi 210 kW panas dengan input 300 kW bahan bakar memiliki efisiensi sebesar 210/300=0,70, atau 70%. Ini berarti, 30% energi terbuang ke lingkungan.

Pompa kalor

Pompa kalor, pendingin ruangan, dan lemari es menggunakan kerja untuk memindahkan panas dari area yang lebih dingin ke area yang lebih panas, sehingga fungsi kerjanya berlawanan dengan mesin kalor. Efisiensi mereka diukur dengan koefisien performa (COP). Karena pompa kalor pada dasarnya adalah konsep mesin kalor yang dibalik, efisiensi mereka juga dibatasi oleh efisiensi siklus Carnot. Namun karena pompa kalor memindahkan kalor dengan menggunakan kerja, bukan menggunakan kalor untuk menghasilkan kerja, maka efisiensi mereka dapat melebihi 100%.

Panel Surya Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Membangkitkan listrik sendiri di rumah? Itu dimungkinkan dengan pemasangan panel surya / solar cell, panel surya - solar cell mengubah sinar matahari menjadi listrik. Listrik tersebut disimpan di dalam aki, aki menghidupkan lampu.

Dalam penggunaan panel surya / solar cell untuk membangkitkan listrik di rumah, ada beberapa hal yang perlu kita pertimbangkan karena karakteristik dari panel surya / solar cell:

Panel surya / solar cell memerlukan sinar matahari. Tempatkan panel surya / solar cell pada posisi dimana tidak terhalangi oleh objek sepanjang pagi sampai sore.

Panel surya - solar cell menghasilkan listrik arus searah DC. Untuk efisiensi yang lebih tinggi, gunakan lampu DC seperti lampu LED. Instalasi kabel baru khusus untuk arus searah DC untuk perangkat berikut ini

misalnya: lampu penerangan berbasis LED (Light Emiting Diode), kamera CCTV, wifi (wireless fideliity), dll.

Kalau kita membuat rumah baru, disarankan untuk  menggunakan PLN dan panel surya  / solar cell. Panel surya / solar cell digunakan untuk sebagian penerangan (dalam hal ini menggunakan arus searah DC) dan PLN untuk perangkat arus bolak balik AC seperti: Air Conditioning, Lemari Es, sebagian penerangan dll.

Bila listrik DC yang tersimpan dalam aki ingin digunakan menyalakan perangkat AC: pompa air, kulkas, dsbnya maka diperlukan inverter yang dapat mengubah listrik DC menjadi AC. Sesuaikan kebutuhan daya yang dibutuhkan dengan panel sel surya, inverter, aki.

Lampu LED sebagai Penerangan Rumah

Saat ini sudah ada lampu hemat energi yang menggunakan DC seperti lampu LED. Bandingkan lampu LED 3 Watt setara dengan Lampu AC 15 Watt.

 Kekurangannya adalah: * Instalasi kabel baru untuk lampu LED.

* Biaya pengadaan lampu yang lebih mahal.

Keuntungannya adalah: * Penggunaan energi yang kecil* Keandalan lampu LED 10 x lampu standard biasa * Penggunaan kabel listrik 2 inti.

Lampu AC Lampu LEDVoltage 220 VAC 12 VDCWatt 15 Watt 3 WattLifetime 6,000 jam 50,000 jamHarga + Rp. 25,000 + Rp. 250,000Panel Surya / Solar Cell untuk Listrik AC

Bila kita berkeinginan untuk menggunakan energi sel surya untuk peralatan rumah lainnya, ikuti contoh perhitungan berikut ini.

Bila kita membutuhkan daya listrik Alternating Current sebesar 2000W selama 10 jam per hari ( 20KWh/hari ) maka dibutuhkan 24 panel sel surya dgn kapasitas masing-masing 210WP dan 30 aki @12V 100Ah. Ini berdasarkan perhitungan energi surya dari jam 7 pagi s/d jam 5 sore ( 10 jam ) dan asumsi konversi energi minimal 4 jam sehari.

Energi surya

Jumlah panel sel surya

Kapasitas panel sel surya

Perhitungan Hasil

 4 jam  24 panel  210 Watt 4 x 24 x 210

 20.160 Watt hour

Dasar perhitungan jumlah aki adalah 2 x 3 x kebutuhan listriknya.

Adanya faktor pengali 3 untuk mengantisipasi bila hujan/mendung terus-menerus selama 3 hari berturut-turut.  Sedangkan faktor pengali 2 disebabkan battery tidak boleh lebih dari 50% kehilangan kapasitasnya bila ingin battery-nya tahan lama, terutama untuk battery kering seperti type gel dan AGM.  Dengan kata lain diusahakan agar DOD ( Depth of Discharge ) tidak melampaui 50% karena sangat mempengaruhi life time dari battery itu sendiri.

Jumlah Aki Voltage Ampere Perhitungan Hasil100 12 Volt 100 Ampere hour 100 x 12 x 100 120.000 Watt hour

TEKNIK ENERGI PANAS BUMI

Dalam rangka memasuki era industrialisasi maka kebutuhan energi terus meningkat

dan untuk mengatasi hal ini perlu dipikirkan penambahan energi melalui pemilihan

energi alternatif yang ramah terhadap lingkungan. Salah satu energi altematif

tersebut adalah pemanfaatan energi panas bumi yang cukup tersedia di Indonesia.

Tulisan ini akan menguraikan secara garis besar tentang kebutuhan energi dan

peranan energi panas bumi dalam rangka memenuhi kebutuhan energi serta

prospeknya di Indonesia. 

Keberhasilan pembangunan pada PELITA V telah meletakkan dasar-dasar

pembangunan industri yang akan dilaksanakan pada PELITA VI dan tahun-tahun

berikutnya, ternyata mempunyai konsekwensi dalam hal penyediaan energi listrik

untuk dapat menggerakkan kegiatan industri yang dimaksud. Untuk mengatasi

kebutuhan energi listrik yang terus meningkat ini, usaha diversifikasi energi mutlak

harus dilaksanakan. Salah satu usaha diversifikasi energi ini adalah dengan

memikirkan pemanfaatan energi panas bumi sebagai penyedia kebutuhan energi

listrik tersebut. Dasar pemikiran ini adalah mengingat cukup tersedianya cadangan

energi panas bumi di Indonesia, namun pemanfaatannya masih sangat sedikit.

Indonesia sebagai negara vulkanik mempunyai sekitar 217 tempat yang dianggap

potensial untuk eksplorasi energi panas bumi. 

Bila energi panas bumi yang cukup tersedia di Indonesia dapat dimanfaatkan

secara optimal, kiranya kebutuhan energi listrik yang terus meningkat akan dapat

dipenuhi bersama-sama dengan sumber energi lainnya. Pengalaman dalam

memanfaatkan energi panas bumi sebagai penyedia energi listrik seperti yang telah

dilaksanakan di Jawa Tengah dan Jawa Barat akan sangat membantu dalam

pengembangan energi panas bumi lebih lanjut. 

Dasar Teori

Panas bumi adalah anugerah alam yang merupakan sisa-sisa panas dari

hasil reaksi nuklir yang pernah terjadi pada awal mula terbentuknya bumi dan alam

semesta ini. Reaksi nuklir yang masih terjadi secara alamiah di alam semesta pada

saat ini adalah reaksi fusi nuklir yang terjadi di matahari dan juga di bintang-bintang

yang tersebar di jagat raya. Reaksi fusi nuklir alami tersebut menghasilkan panas

berorde jutaan derajat Celcius. Permukaan bumi pada mulanya juga memiliki panas

yang sangat dahsyat, namun dengan berjalannya waktu (dalam orde milyard tahun)

suhu permukaan bumi mulai menurun dan akhirnya tinggal perut bumi saja yang

masih panas berupa magma dan inilah yang menjadi sumber energi panas bumi. 

Energi panas bumi digunakan manusia sejak sekitar 2000 tahun SM berupa

sumber air panas untuk pengobatan yang sampai saat ini juga masih banyak

dilakukan orang, terutama sumber air panas yang banyak mengandung garam dan

belerang. Sedangkan energi panas bumi digunakan sebagai pembangkit tenaga

listrik baru dimulai di Italia pada tahun 1904. Sejak itu energi panas bumi mulai

dipikirkan secara komersial untuk pembangkit tenaga Isitrik

Energi panas bumi adalah termasuk energi primer yaitu energi yang diberikan

oleh alam seperti minyak bumi, gas bumi, batubara dan tenaga air. Energi primer ini

di Indonesia tersedia dalam jumlah sedikit (terbatas) dibandingkan dengan

cadangan energi primer dunia. Sebagai gambaran sedikitnya atau terbatasnya

energi tersebut adalah berdasarkan data pada Tabel I. ]

Tabel 1 Cadangan energi primer dunia.

cadangan Minyak Bumi Indonesia  1,1 % Timur Tengah 70 %

Cadangan Gas Bumi Indonesia  1-2 % Rusia  25 %

Cadangan Batubara Indonesia  3,1 % Amaerika Utara  25 %

Sedangkan cadangan energi panas bumi di Indonesia relatif lebih besar bila

dibandingkan dengan cadangan energi primer lainnya, hanya saja belum

dimanfaatkan secara optimal. Selain dari pada itu panas bumi adalah termasuk juga

energi yang terbarukan, yaitu energi non fosil yang bila dikelola dengan baik maka

sumberdayanya relatif tidak akan habis, jadi amat sangat menguntungkan.

Energi panas bumi yang ada di Indonesia pada saat ini dapat dikelompokkan

menjadi: 

1. Energi panas bumi "uap basah"

Pemanfaatan energi panas bumi yang ideal adalah bila panas bumi yang

keluar dari perut bumi berupa uap kering, sehingga dapat digunakan langsung untuk

menggerakkan turbin generator listrik. Namun uap kering yang demikian ini jarang

ditemukan termasuk di Indonesia dan pada umumnya uap yang keluar berupa uap

basah yang mengandung sejumlah air yang harus dipisahkan terlebih dulu sebelum

digunakan untuk menggerakkan turbin. 

Gambar 1. Pembangkitan tenaga listrik dari energi panas bumi "uap basah".

Uap basah yang keluar dari perut bumi pada mulanya berupa air panas

bertekanan tinggi yang pada saat menjelang permukaan bumi terpisah menjadi kira-

kira 20 % uap dan 80 % air. Atas dasar ini maka untuk dapat memanfaatkan jenis

uap basah ini diperlukan separator untuk memisahkan antara uap dan air. Uap yang

telah dipisahkan dari air diteruskan ke turbin untuk menggerakkan generator listrik,

sedangkan airnya disuntikkan kembali ke dalam bumi untuk menjaga keseimbangan

air dalam tanah. Skema pembangkitan tenaga listrik atas dasar pemanfaatan energi

panas bumi "uap basah" dapat dilihat pada Gambar 1.

2. Energi panas bumi "air panas"

Air panas yang keluar dari perut bumi pada umumnya berupa air asin panas

yang disebut "brine" dan mengandung banyak mineral. Karena banyaknya

kandungan mineral ini, maka air panas tidak dapat digunakan langsung sebab dapat

menimbulkan penyumbatan pada pipa-pipa sistim pembangkit tenaga listrik. Untuk

dapat memanfaatkan energi panas bumi jenis ini, digunakan sistem biner (dua buah

sistem utama) yaitu wadah air panas sebagai sistem primemya dan sistem

sekundernya berupa alat penukar panas (heat exchanger) yang akan menghasilkan

uap untuk menggerakkan turbin. 

Energi panas bumi "uap panas" bersifat korosif, sehingga biaya awal

pemanfaatannya lebih besar dibandingkan dengan energi panas bumi jenis lainnya.

Skema pembangkitan tenaga listrik panas bumi "air panas" sistem biner dapat dilihat

pada Gambar 2. 

Skema pembangkitan tenaga listrik energi panas bumi "air panas"

3. Energi panas bumi "batuan panas"

Energi panas bumi jenis ini berupa batuan panas yang ada dalam perut bumi

akibat berkontak dengan sumber panas bumi (magma). Energi panas bumi ini harus

diambil sendiri dengan cara menyuntikkan air ke dalam batuan panas dan dibiarkan

menjadi uap panas, kemudian diusahakan untuk dapat diambil kembali sebagai uap

panas untuk menggerakkan turbin. Sumber batuan panas pada umumnya terletak

jauh di dalam perut bumi, sehingga untuk memanfaatkannya perlu teknik

pengeboran khusus yang memerlukan biaya cukup tinggi. Skema pembangkitan

tenaga listrik energi panas bumi "batuan panas" dapat dilihat pada Gambar 3. 

Gambar 3. Skema pembangkitan tenaga listrik energi panas bumi "batuan

panas"

REAKSI NUKLIR

Reaksi fusi antara Lithium-6 dan Deuterium yang menghasilkan 2 atom Helium-4.

Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei atau partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi.

Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sagat berbahaya bagi manusia.

Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali. Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).

Representasi

Persamaan reaksi nuklir ditulis serupa seperti persamaan dalam reaksi kimia. Setiap isotop ditulis dalam bentuk: simbol kimianya dan nomor massa. Partikel neutron dan elektron, masing-masing ditulis dalam simbol n dan e. Partikel proton atau protium (sebagai inti atom hidrogen) ditulis dalam simbol p. Partikel deuterium dan tritium, masing-masing ditulis dalam simbol D dan T.

Contohnya:

Lithium-6 + Deuterium -> Helium-4 + Helium-4 6Li + D -> 4He + 4He 6Li + D -> 2 4He

isotop helium-4, disebut juga partikel alfa, bisa ditulis dalam simbol α

Jadi, bisa juga ditulis:

6Li + D -> α + α

atau:

6Li(D,α)α (bentuk yang dipadatkan)

Energi

Untuk menghitung energi yang dihasilkan, perubahan massa isotop sebelum dan sesudah reaksi nuklir diperhitungkan. Jumlah massa yang hilang, dikalikan dengan kuadrat kecepatan cahaya; hasilnya sama dengan energi yang dilepaskan dalam reaksi itu.