PENGERTIAN KONVERSI ENERGI
Pengantar
a. Energi
Energi merupakan sesuatu pengertian yang tidak mudah
didefinisikan dengan singkat dan tepat. Energi yang bersifat abstrak
yang sukar dibuktikan, tetapi dapat dirasakan adanya. Energi atau yang
sering disebut tenaga, adalah suatu pengertian yang sering sekali
digunakan orang. Kita sering mendengar istilah krisis energi yang
bermakna untuk menunjukkan krisis bahan bakar (terutama minyak). Bahan
bakar adalah sesuatu yang menyimpan energi, jika dibakar akan diperoleh
energi panas yang berguna untuk alat pemanas atau untuk menggerakkan
mesin. Energi dalam kehidupan sehari-hari arti gerak, misal seorang anak
banyak bergerak dan berlari-lari dikatakan penuh dengan energi. Energi
juga dihubungkan dengan kerja. Seseorang yang mampu bekerja keras
dikatakan mempunyai energi atau tenaga besar. Jadi boleh dikatakan
energi adalah sesuatu kekuatan yang dapat menghasilkan gerak, tenaga,
dan kerja.
b. Konversi Energi
Energi dalam pengetahuan teknologi dan fisika dapat diartikan
sebagai kemampuan melakukan kerja. Energi di dalam alam adalah suatu
besaran yang kekal (hukum termodinamika pertama). Energi tidak dapat
diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat
dikonversikan/berubah dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang
lain, misalnya pada kompor di dapur, energi yang tersimpan dalam minyak
tanah diubah menjadi api. Selanjutnya jika api digunakan untuk
memanaskan air dalam panci, energi berubah bentuk lagi menjadi gerak
molekul-molekul air. Perubahan bentuk energi ini disebut konversi.
Sedangkan perpindahan energi disebabkan adanya perbedaan temperatur yang
disebut kalor. Energi juga dapat dipindahkan dari suatu sistem ke
sistem yang lain melalui gaya yang mengakibatkan pergeseran posisi
benda. Transfer energi ini adalah kemampuan suatu sistem untuk
menghasilkan suatu kerja yang pengaruh/berguna bagi kebutuhan manusia
secara positif. Jadi energi adalah suatu kuantitas yang kekal, dapat
berubah bentuk, dan dapat pindah dari satu sistem ke sistem yang lain,
akan tetapi jumlah keseluruhannya adalah tetap.
c. Sistem Konversi Energi dalam Suatu Sistem
Energi dalam suatu sistem tertentu dapat dirubah menjadi usaha,
artinya kalau energi itu dimasukkan ke dalam sistem dan dapat mengembang
untuk menghasilkan usaha. Sebagai contoh sistem konversi energi,
apabila bahan bakar bensin (premium) yang dimasukkan ke dalam silinder
mesin konversi energi jenis motor pembakaran dalam, misalnya sepeda
motor. Energi (C8H18/iso-oktan atau nilai kalor) yang tersimpan sebagai
ikatan atom dalam molekul bensin/premium dilepas pada waktu terjadi
pembakaran dalam silinder, hasil pembakaran ini ditransfer menjadi
energi panas/kalor. Energi
panas yang dihasilkan ini akan mendorong torak/piston yang ada dalam
silinder, akibatnya torak/piston akan bergerak. Bergeraknya torak/piston
terjadi transformasi energi, yaitu dari energi panas menjadi energi
kinetik. Selanjutnya energi kinetik ditransfer menjadi energi mekanik
yang menghasilkan usaha (kerja). Kerja yang merupakan hasil kemampuan
dari sistem yang berguna bagi kepentingan manusia, yaitu dapat berpindah
dari satu tempat ke tempat lain yang jauh jaraknya.
2. Macam-macam Energi
a. Energi Mekanik
Energi yang tersimpan dalam energi kinetik atau energi potensial dan
dapat ditransisi atau transfer untuk menghasilkan usaha/kerja.
b. Energi Listrik
Energi yang berkaitan dengan akumulasi arus elektron dan bentuk
transisi atau transfernya adalah aliran elektron melalui konduktor jenis
tertentu. Energi listrik dapat disimpan sebagai energi medan
elektrostatis dan merupakan energi yang berkaitan dengan medan listrik
akibat terakumulasinya muatan elektron pada pelat-pelat kapasitor.
Energi medan listrik ekivalen dengan energi medan elektromagnetis yang
sama dengan energi yang berkaitan dengan medan magnet yang timbul akibat
aliran elektron melalui kumparan induksi.
c. Energi Kimia
Energi yang keluar sebagai hasil interaksi elektron di mana dua atau
lebih atom/molekul berkombinasi sehingga menghasilkan senyawa kimia yang
stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan.
Bila energi dilepas dalam suatu reaksi maka reaksinya disebut reaksi
eksotermis yang dinyatakan dalam kJ, BTU, atau kkal. Bila dalam reaksi
kimia energinya terserap maka disebut dengan reaksi endotermis. Sumber
energi bahan bakar yang sangat penting bagi manusia adalah reaksi kimia
eksotermis yang pada umumnya disebut reaksi pembakaran. Reaksi
pembakaran melibatkan oksidasi dari bahan bakar fosil.
d. Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi dalam bentuk energi tersimpan yang dapat
dilepas akibat interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom. Energi
ini dilepas sebagai hasil usaha partikel-partikel untuk memperoleh
kondisi yang lebih stabil. Satuan yang digunakan adalah juta-an elektron
reaksi. Reaksi nuklir dapat terjadi pada peluluhan radioaktif, fisi,
dan fusi.
e. Energi Termal (Panas)
Merupakan bentuk energi dasar di mana dalam kata lain adalah semua
energi yang dapat dikonversikan secara penuh menjadi energi panas.
Sebaliknya, pengonversian dari energi termal ke energi lain dibatasi
oleh hukum Thermodinamika II. Bentuk energi transisi dan energi termal
adalah energi panas (kalor), dapat pula dalam bentuk energi tersimpan
sebagai kalor laten atau kalor sensibel yang berupa entalpi.
3. Sumber-Sumber Energi
a. Pendahuluan
Sumber energi merupakan tempat muncul atau timbulnya energi yang
dapat dimanfaatkan untuk kehidupan manusia dipermukaan bumi. Sumber
energi dapat dibedakan sebagai berikut:
1. Berasal dari bumi (terresterial),
2. Berasal dari luar bumi (extra terresterial),
3. Berdasarkan sifatnya.
Sumber energi dari bumi dapat dikategorikan jenis renewable atau
non-depleted dan non-renewable atau depleted energy. Sumber energi yang
renewable atau dapat didaur ulang, misalnya kayu, biomassa, biogas.
Sumber energi dari luar bumi bersifat tidak habis atau non-depleted
energy resource, misalnya energi surya dan energi sinar kosmis.
Sedangkan energi yang sifatnya tidak bisa diperbaharui atau dapat habis
(non-renewable atau depleted energy) adalah minyak bumi (mineral), baru
bara, dan gas alam.
b. Sumber-sumber Energi yang Dapat Habis (Non-Renewable/Depleted Energy Resources)
Sumber-sumber energi yang dapat habis dan langka daur ulang yang
berasal dari bumi (terresterial) adalah sumber-sumber energi konvesional
yang pada umumnya merupakan energi tambang atau energi fosil yang
berasal dari perut bumi, seperti minyak bumi, gas, batu bara, dan energi
nuklir.
1) Sumber energi fosil
Energi fosil tersimpan dalam bentuk bahan bakar minyak, batu bara,
dan gas. Bahan bakar ini berasal dari fosil-fosil yang telah terbenam
dalam perut bumi miliyaran tahun yang silam, ada yang mengatakan minyak
dan gas berasal dari fosil-fosil binatang laut dan binatang darat,
sedangkan batu bara dari fosil-fosil kayu-kayu. Bahan bakar fosil ini
diperoleh dengan jalan menambang dari dalam perut bumi, minyak dan gas
melalui pengeboran, sedangkan batu bara diperoleh melalui pengalian
permukaan atau dalam tanah.
Bahan bakar minyak diperkirakan akan habis pada akhir abad ke XXI. Gas
alam diprediksi oleh para ahli akan habis kurang lebih 100 tahun lagi,
sedangkan cadangan batu bara akan habis lebih kurang 200 sampai 300
tahun yang akan datang. Ketiga jenis bahan bakar fosil tersebut
dikategorikan sebagai energi yang kurang akrab lingkungan karena kadar
polusinya cukup tinggi. Kadar CO2 semakin meningkat akhir-akhir ini,
menyebabkan suhu udara menjadi meningkat, mengakibatkan sebagian es di
kutub mencair dan tinggi permukaan laut terus meningkat yang lambat laun
akan mengakibatkan banjir besar di kota-kota yang berada di tepi pantai
di seluruh dunia.
2) Sumber energi nuklir
Sumber energi ini merupakan sumber energi hasil tambang lainnya yang
termasuk jenis logam non-ferro. Energi nuklir dapat dibudidayakan
melalui proses fisi dan fusi. Energi nuklir walaupun bersih, tetapi
mengandung resiko bahaya radiasi yang dapat mematikan sehingga
pengelolaannya harus ekstra hati-hati dan juga memelukan modal yang
besar untuk investasi awal.
b. Sumber-sumber Energi yang Dapat Didaur Ulang (Renewable/Non-Depleted Energy Resources)
Di sini ada dua jenis energi, yaitu energi yang dapat didaur ulang
(renewable energy) dan energi yang tidak habis sepanjang masa
(non-depleted energy). Energi yang dapat didaur ulang berasal dari bumi,
antara lain biomassa, biogas, kayu bakar, dll. Energi tidak habis
sepanjang masa dari bumi (terreterial), panas bumi, air laut, dan angin,
sedangkan dari luar bumi, adalah energi matahari/surya.
1) Biomassa
Biomassa adalah proses daur ulang melalui fotosintesis di mana
energi surya memegang peranan. Daun menyerap energi surya untuk proses
pertumbuhannya dan mengeluarkan gas CO2. Energi surya yang diserap
tumbuh-tumbuhan diproses menjadi energi kimia sebagai energi dalam
bentuk
tersimpan.Tumbuh-tumbuhan tersebut akan mengeluarkan energi
tersimpan-nya pada proses pengeringan maupun saat dibakar langsung.
Dapat pula melalui proses untuk menghasilkan bahan bakar yang cukup
potensial, seperti etanol, metana, atau gas lainnya, dan bahan bakar
dalam bentuk cair (minyak nabati). Nilai kalor/bakar dari
tumbuh-tumbuhan kering dapat mencapai 4800 kkal/kg. Beberapa proses
konversi dari biomassa menjadi bahan bakar, adalah melalui:
1. Proses Pirolisa
2. Proses Hidrogasifikasi
3. Proses Hidrogenisasi
4. Proses Distalasi Distrutif
5. Proses Hidrolisa Asam
Bahan bakar hasil dari proses biomassa, dikenal dengan istilah bahan
bakar alternatif. Contoh bahan bakar alternatif ini, adalah:
a) Buah Bitanggul yang bernama latin Umpilum, sebagai salah satu bahan
baku membuat energi alternatif. Biji buah bitanggul bisa menghasilkan
biodiesel. Mulanya biji buah Bitanggul dijemur seharian hingga kering.
Setelah itu dibungkus dengan kertas saring. Setelah didiamkan dalam
sejam, lalu dimasukkan ke dalam tabung. Setelah itu, biji buah bitanggul
yang telah dibungkus dalam kertas diberi cairan Petrolium eter. Air
yang menetes dari kertas saring tersebut sudah menjadi biodiesel. Air
yang berwarna merah tersebut, lalu diuapkan agar berubah menjadi warna
kuning bening agar terlihat seperti solar. "Lima buah Bitanggul dapat
menjadi 25 mililiter solar dalam waktu dua jam,"
b) Buah jarak merupakan tanaman yang sudah tidak asing bagi masyarakat
Indonesia. Tanaman ini digunakan sebagai bahan bakar pesawat Jepang saat
menjajah Indonesia pada 1942 sampai 1945. Hampir semua bagian tanaman
ini bisa dimanfaatkan. Kandungan minyak jarak mempunyai rendemen minyak
(trigliserida) dalam inti biji sekitar 55 persen atau 33 persen dari
berat total biji.
c) Jagung menjadi alternatif yang penting sebagai bahan baku pembuatan
ethanol (bahan pencampur BBM). Karenanya, kebutuhan terhadap komoditas
ini pada masa mendatang diperkirakan mengalami peningkatan yang
signifikan.Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia dari proses
fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan
mikroorganisme. Produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian
proses, yaitu: Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan Pemurnian.
2) Gas bio (Biogas)
Gas Bio (Biogas), adalah sumber energi yang bersih dan murah.
Diproduksi dari kotoran hewan dan sampah busuk melalui proses anaerobik
melalui kegiatan mikrobial aorganisme. Gas yang diperoleh mengandung 70
persen gas metan. Suatu sistem gas bio terdiri dari:
1. Tanki pencampur
2. Pencerna (digester)
3. Tanki penyimpan gas
4. Pembakar gas
5. Kotoran hewan/sampah busuk sebagai bahan baku
Adapun proses terjadinya (diproduksinya) gas bio tersebut, adalah
sebagai berikut: Kotoran hewan (lembu)/sampah busuk dicampur dengan air,
dimasukkan ke dalam tanki pencampur, diaduk sampai rata sehingga
membentuk lumpur kotoran yang biasa disebut dengan slurry yang kemudian
dimasukkan ke dalam digester untuk menghasilkan gas bio. Gas yang
terbentuk dikumpulkan dan disimpan dalam tanki penyimpan gas. Suatu
estimasi kasar memberikan gambaran bahwa kebutuhan masak-memasak dengan
gas bio untuk konsumsi 30 orang, memerlukan 30 m³ gas per hari dengan
kebutuhan kotoran binatang ternak seberat 200 kg yang dapat dihasilkan
oleh lebih kurang 40 ekor lembu.
3) Air
Air adalah sumber energi yang dapat didaur ulang yang dapat
dibedakan menurut tenaga air (hydropower). Suatu energi air penggerak
turbin bergantung kepada energi potensial air pada suatu ketinggian
tertentu. Energi potensial air dikonversikan menjadi energi mekanis
melalui sebuah turbin yang kemudian dikonversikan kembali ke dalam
bentuk energi listrik melalui sebuah generator listrik. Daya keluaran
dari pusat listrik tenaga air bergantung dari aliran massa air yang
mengalir dan ketinggi jatuhnya air. Indonesia memiliki potensi tenaga
air yang cukup besar. Penggunaan potensi tenaga air skala kecil dan
menengah mulai dikembangkan dan digalakkan akhir-akhir ini untuk
menghasilkan pusat tenaga mini dan mikrohidro di daerah-daerah yang
potensi sumber energi airnya tidak terlampau besar. Sumber energi air
dapat digolongkan sebagai bagian dari sumber energi surya. Hal ini
mengingat keberadaan air berasal dari proses penguapan air laut melalui
radiasi sinar matahari. Hasilnya berakumulasi menjadi gumpalan awan
tebal yang mengandung uap air untuk kemudian berubah menjadi air hujan.
Air hujan ditampung dalam bendungan-bendungan sebagai sumber energi air
yang berpotensial tinggi.
4) Energi gelombang laut
Merupakan sumber energi yang berasal dari gelombang laut yang
dikonversikan melalui sistem mekanisme torak yang bekerja maju mundur
mengikuti irama gerak gelombang laut. Beberapa sistem energi gelombang
laut sedang dikembangkan dan akan menjadi alternatif untuk menghasilkan
energi listrik.
5) Energi pasang surut
Sumber energi yang diperoleh dari adanya perbedaan air laut pada
saat pasang dan surut. Di dunia ini terdapat daerah-daerah yang
mempunyai perbedaan pasang-surut yang cukup signifikan, yaitu lebih dari
10 meter. Selisih ketinggian tersebut cukup potensial untuk
menggerakkan turbin air berskala besar dengan ketinggian jatuh yang
rendah, tetapi dapat menghasilkan tenaga listrik dengan daya besar
sampai ratusan megawatt.
6) Energi gradien suhu
Sumber energi yang berasal dari perbedaan suhu air laut di permukaan
dan pada ke dalaman laut tertentu. Perbedaan suhu ini dimanfaatkan
untuk menghasilkan sistem konversi energi. Gradien suhu air laut yang
dikenal dengan istilah OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion). Teknik
energi gradien suhu memanfaatkan suhu permukaan air laut yang diperoleh
dari panas akibat pancaran matahari, jadi boleh dikatakan bahwa energi
gradien suhu sebagai bagian dari energi surya.
7) Energi angin
Merupakan sumber energi yang didapat dari perbedaan tekanan di
permukaan bumi sehingga terjadi aliran udara (angin). Perbedaan itu
disebabkan adanya radiasi matahari yang memanaskan permukaan bumi,
akibatnya terjadi perbedaan temperatur dan rapat massa udara yang
berdampak pada perbedaan tekanan udara. Aliran udara (angin) tersebut
dapat dipercepat dengan adanya perputaran bumi pada porosnya dengan
kecepatan putaran konstan.
8) Energi panas bumi
Merupakan energi terresterial yang berlimpah adanya dan dapat
dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik – tenaga panas bumi.
Secara alami temperatur bumi meningkat 30°C pada kedalaman setiap
kilometer kecuali yang dekat dengan gunung berapi yang aktif, di mana
aliran magma yang panas dapat muncul ke permukaan bumi dengan panas yang
mencapai 250°C. Temperatur panas bumi pada kedalaman 25 km dari
permukaan bumi dapat mencapai 750°C. Secara ekonomis kedalaman yang
ideal untuk eksploitasi sumber panas bumi adalah kurang dari 10 km
dengan temperatur kerja 150° - 300°C. Energi panas bumi yang berada
lebih kurang 10 km dari permukaan bumi berdasarkan estimasi mampu
memberi sistem energi panas dengan kapasitas produksi 200 MW selama
10.000 tahun. Energi panas bumi di daerah Kamojang Jawa Barat
berkapasitas 150 MW.
9) Energi surya
Merupakan sumber energi yang berlimpah ruah, bersih, bebas polusi,
dan tidak akan habis sepanjang masa. Energi surya adalah energi di luar
bumi (extra terresterial energy) yang dapat dimanfaatkan melalui
konversi langsung, seperti pada fotovoltaik dan secara tidak langsung
melalui pusat listrik tenaga surya.
4. Mesin Konversi Energi
Mesin konversi energi adalah mesin-mesin yang dapat mentranfer suatu
energi ke dalam bentuk energi lain. Mesin konversi energi dapat dibagi
menjadi dua kelompok, yaitu:
1. Mesin Konversi Energi Konvensional
2. Mesin Konversi Energi Non-konvensional
1. Mesin Konversi Energi Konvensional
Mesin konversi energi konvensional umumnya menggunakan sumber energi
konvensional yang tidak terbarui, kecuali untuk turbin hidropower. Mesin
konversi energi konvensional dapat diklasifikasi menjadi motor
pembakaran, mesin-mesin fluida, dan mesin pendingin.
2. Mesin Konversi Energi Non-konvensional
Mesin-mesin yang memanfaatkan sumber energi Terrestrial dan Extra
Terrterial yang berasal dari alam. Ada beberapa jenis Mesin konversi
energi non-konvensional; sistem pembangkit tenaga panas bumi, sistem
pembangkit energi surya, pesawat pengkonversi tenaga angin (wind power),
pesawat pengkonversi energi termal samudra (OTEC), pesawat pengkonversi
energi pasang-surut, sistem pembangkit energi gelombang laut,
pembangkit uap energi nuklir, dan pesawat magneto hydro dynamics (MHD)