ALTERNATIF SUMBER ENERGI TERBARUKAN

  Assalamualaikum, Sahabat.

      Kebutuhan energi pada zaman sekarang cukup tinggi. Kondisi ini mendorong manusia berlomba-lomba mendapatkan alternatif sumber energi terbarukan untuk masa depan agar tidak hanya bergantung pada sumber energi fosil. Beberapa sumber energi terbarukan yang sudah dikenal dan diterapkan oleh sebagian umat manusia antara lain geothermal energy, radiant solar energy, wind energy, hydro energy, biomass energy dan ocean energy.

Pada tulisan ini, akan disampaikan sedikit penjelasan tentang beberapa alternatif sumber energi yang berpotensi menjadi sumber energi terbarukan namun masih jarang digunakan manusia dalam kehidupan sehari-hari saat ini. Alternatif sumber energi terbarukan yang dimaksud adalah solar wind, solar photon pressure, water, body heat dan energy gym. Berikut ini adalah penjelasan tentang alternatif sumber energi terbarukan:

 1.      Solar Wind. Solar wind merupakan aliran plasma yang bergerak menjauhi matahari secara terus menerus. Plasma ini terdiri dari partikel bermuatan (terutama elektron dan proton) dan mengalir membawa medan magnet matahari. Solar wind diperkirakan mengalir dengan kecepatan sekitar 400 km/s hingga 800 km/s dan bervariasi pada tiap bagian matahari. Solar wind dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.

 a.      Bagaimana cara kerjanya? Secara umum prinsip kerja konversi energi pada solar wind menyerupai konversi energi pada earth wind. Satelit yang diluncurkan ke luar angkasa akan bekerja selayaknya kincir angin. Ketika solar wind mengenai kincir angin ini, maka turbin akan berputar dan menghasilkan listrik selanjutnya listrik yang dihasilkan akan disimpan dalam kabel tembaga. Energi listrik inilah yang akan dikirim ke bumi dan digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik manusia.

 b.      Kelebihan. Beberapa kelebihan sumber energi terbarukan dari solar wind antara lain:

1)      Energi listrik yang dihasilkan sangat besar dan lebih dari cukup untuk memenuhi kebutuhan listrik manusia.

2)      Sumber energi yang dapat diperbarui dan bebas biaya.

3)      Dapat digunakan selamanya, selama masih ada matahari.

4)      Kecepatan dan density aliran solar wind cukup stabil sehingga memungkinkan hasil konversi energi yang stabil.

 c.      Kekurangan. Beberapa kerugian yang disebabkan oleh sumber energi terbarukan dari solar wind antara lain:

1)      Terdapat banyak kesulitan teknis untuk membangun satelit (kincir angin) di luar angkasa, sehingga para ilmuwan harus menyelesaikan kesulitan tersebut untuk memulai mengambil energi dari solar wind.

2)      Jarak antara bumi dan satelit (kincir angin) sangat jauh sehingga ada kemungkinan akan terjadi energy losses yang cukup besar ketika energi listrik tiba di bumi.

3)      Membutuhan satelit yang sangat besar untuk membangun kincir angin di luar angkasa agar mampu menyerap energi dari solar wind.

4)      Membutuhkan biaya pembuatan, pemeliharaan dan operasional yang sangat besar.

5)      Membutuhkan penelitian khusus tentang cara mengirimkan energi listrik dari luar angkas ke bumi.

 d.      Size Issue. Mengingat density dan kecepatan solar wind yang cukup besar maka dibutuhkan satelit berukuran sangat besar yang mampu bekerja sebagai kincir angin untuk mengubah energi solar wind menjadi energi listrik. Selain itu juga membutuhkan kabel tembaga yang cukup panjang dan besar untuk menyimpan energi listrik. Sedangkan apabila satelitnya berukuran kecil maka tidak bisa berfungsi sebagaimana mestinya dan akan mudah rusak akibat solar wind.

    2.      Solar photon pressure. Cahaya yang dipancarkan matahari terdiri partikel yang disebut proton. Pada saat cahaya itu terpancar maka partikel proton juga ikut bergerak menjauhi matahari sehingga proton memiliki momentum. Momentum yang dimiliki proton inilah yang akan digunakan untuk menggerakkan pesawat luar angkasa sehingga pesawat luar angkasa dapat menghemat bahan bakar yang dibawa dari bumi.

 a.      Bagaimana cara kerjanya? Ketika cahaya matahari mengenai ­solar sail (layar yang cerah dan memiliki permukaan seperti cermin) yang terhubung dengan pesawat luar angkasa, maka photon akan terpental dan meneruskan momentum ke solar sail sehingga menekan permukaan solar sail. Karena tertekan, maka solar sail akan bergerak dan menggerakkan pesawat luar angkasa. Solar sail dapat berfungsi seperti layar pada kapal laut untuk menetukan arah gerak kapal, dalam hal ini dengan cara merubah sudut solar sail terhadap matahari untuk mendapatkan arah gerak pesawat luar angkasa yang diinginkan.

 b.      Kelebihan. Beberapa kelebihan sumber energi terbarukan dari solar photon pressure antara lain:

1)      Sumber energi yang dapat diperbarui dan bebas biaya.

2)      Dapat digunakan selamanya, selama masih ada cahaya matahari.

3)      Menghemat payload dan mengurangi biaya pembuatan pesawat luar angkasa.

4)      Pesawat luar angkasa dapat terus bergerak untuk menjelajah tata surya selama masih menerima cahaya matahari.

5)      Menghemat pemakaian bahan bakar pesawat luar angkasa.

6)      Pesawat luar angkasa mampu melaju dengan kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kecepatan yang dihasilkan oleh bahan bakar.

 c.      Kekurangan. Beberapa kekurangan sumber energi terbarukan dari solar photon pressure antara lain:

1)      Membutuhkan biaya yang besar untuk membuat sail/layar karena layar tersebut terbuat dari lightweight materials yaitu Mylar atau polyimide coated with a metallic reflective coating.

2)      Membutuhkan layar yang berukuran besar untuk menggerakkan pesawat luar angkasa.

3)      Membutuhkan biaya perawatan dan operasional yang besar.

4)      Kemungkinan akan berbahaya jika terkena badai matahari atau badai asteroid.

 d.      Size Issue. Secara teori tidak ada batas minimum ukuran layar untuk solar sail, namun untuk semakin besar layar maka akan semakin besar momentum yang diterima dan semakin besar kekuatan layar untuk menggerakkan pesawat luar angkasa. LightSail 2 menggunakan layar seluar 32 m² dan mampu menghasilkan akselerasi hanya sebesar 0.058 mm/s². Dalam waktu satu bulan dengan intensitas cahaya matahari yang konstan, kecepatan pesawat luar angkasa meningkat menjadi 549 km/jam, kecepatan ini setara dengan kecepatan jelajah pesawat komersil.

3.      Water. Water atau air merupakan elemen alami yang cukup mudah kita peroleh dan selalu kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari. Air (H₂O) merupakan ikatan antara hidrogen dan oksigen. Ikatan tersebut dapat dipisahkan melalui proses elektrolisis dan akan menghasilkan hidrogen dan oksigen. Selanjutnya hidrogen dan oksigen dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan. Hidrogen dapat digunakan dalam fuel cell sebagai bahan bakar sedangkan oksigen dapat dibuang kembali ke udara bebas atau digunakan untuk reaksi kimia, kesehatan dan kebutuhan lainnya. 

a.      Bagaimana cara kerjanya? Proses elektrolisis terhadap air menggunakan alat electrolyzer yang terdiri dari anoda dan katoda yang berbeda jenis material dan dipisahkan oleh cairan elektolit. Proses elektolisis ini akan menghasilkan gas hidrogen pada reaksi katoda sedangkan oksigen dihasilkan dari reaksi pada anoda. Selanjutnya gas hidrogen akan diteruskan menuju fuel cell untuk direaksikan secara kimiawi untuk menghasilkan energi listrik. Emisi dari fuel cell itu berupa panas dan air. Air hasil emisi fuel cell  dapat dipecah lagi menjadi hidrogen dan oksigen melalui proses elektrolisis sehingga akan terbentuk siklus yang berkelanjutan.

 b.      Kelebihan. Beberapa kelebihan sumber energi terbarukan dari air melalui elektrolisis antara lain:

1)      Menghasilkan emisi yang ramah lingkungan yaitu hidrogen dan oksigen.

2)      Hasil reaksi hidrogen dalam fuel cell menghasilkan panas dan air yang dapat dimanfaatkan lagi.

3)      Sumber energi gratis dan terjadi siklus yang berkelanjutan.

4)      Hidrogen fuel hasil elektrolisis air dapat disinergikan dengan sumber energi terbarukan lainnya misalnya wind energy untuk menyediakan listrik di lahan pertanian.

5)      Tidak menghasilkan greenhouse gas dan polutan.

 c.      Kekurangan. Beberapa kekurangan sumber energi terbarukan dari air melalui elektrolisis antara lain:

1)      Membutuhkan elektrolyzer yang besar untuk menghasilkan hidrogen dalam jumlah banyak.

2)      Membutuhkan biaya besar untuk pembangunan dan pemeliharaan fasilitas elektolisis air.

3)      Membutuhkan fuel cell untuk mereaksikan hidrogen agar bisa digunakan menjadi bahan bakar kendaraan atau sumber listrik.

4)      Membutuhkan stasiun pengisian khusus jika hidrogen dibutuhkan dalam bentuk cair.

5)      Membutuhkan persediaan material untuk anoda dan katoda yang cukup banyak. 

d.      Size Issue. Secara teori elektrolisis air menjadi hidrogen dan oksigen kemudian hidrogen direaksikan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilakukan dalam skal kecil, menengah maupun besar. Pembangunan fasilitas elektrolisis juga dapat disesuaikan dengan jarak terhadap konsumennya, fasilitas produksi skala menengah dapat dibangun untuk menyuplai konsumen dengan jarak sekitar 25 s.d. 100 mil. 

4.      Body Heat. Body heat atau panas tubuh adalah energi panas yang berasal dari panas tubuh manusia. Tubuh manusia merupakan sumber energi panas yang stabil terutama energi panas yang berasal dari perbedaan temperatur tubuh manusia dengan lingkungan. Energi panas ini akan selalu ada selama manusia masih hidup dengan kuantitas yang bervariasi tergantung dari aktivitas manusia itu sendiri. Bahkan saat manusia tidur pun, energi panas tetap akan dihasilkan dari tubuh manusia. Energi panas tubuh ini akan dirubah menjadi energi listrik untuk menyalakan wearable device yaitu barang yang dapat dipakai melekat dengan tubuh manusia seperti jam tangan, kacamata, pakaian dan lain-lain. 

a.            Bagaimana cara kerjanya? Energi panas tubuh yang berupa perbedaan temperatur tubuh manusia dengan temperatur lingkungan akan diserap oleh ­thermal harvesting. Selanjutnya energi panas diteruskan ke thermoelectric generator untuk diubah menjadi energi listrik. Kemudian energi listrik yang dihasilkan tersebut akan melewati voltage regulator untuk dinaikkan voltasenya agar mampu menyuplai kebutuhan listrik wearable device. Banyaknya energi panas yang diserap oleh thermal harvesting tergantung dari banyaknya energi panas tubuh yang dihasilkan oleh tubuh manusia. Semakin banyak kegiatan manusia maka akan semakin banyak energi panas tubuh yang dihasilkan sehingga semakin besar energi listrik yang diterima oleh wearable device yang sedang digunakan. 

b.            Kelebihan. Beberapa kelebihan sumber energi terbarukan dari body heat antara lain:

1)      Sumber panas tubuh bebas biaya dan dapat digunakan selama manusia masih hidup.

2)      Dapat menghemat pemakaian baterei dan sampah disposal baterei.

3)      Dapat menghasilkan energi listrik yang lebih besar daripada solar cell tiap meter persegi luas areanya.

4)      Sumber energi yang praktis, efisien dan battery free.

5)      Dapat memberikan motivasi bagi manusia untuk menjaga kesehatannya dengan menggunakan wearable device. 

c.             Kekurangan. Beberapa kekurangan sumber energi terbarukan dari body heat antara lain:

1)      Wearable device harus diproduksi dengan memiliki komponen thermal harvesting, thermoelectric generator dan voltage regulator berukuran kecil namun harus mampu mendapatkan suplai listrik yang memadai dari hasil konversi energi panas tubuh.

2)      Membutuhkan fleksibilitas desain wearable device yang kompak dan estetik sesuai dengan bagian tubuh manusia yang mengenakannya.

3)      Wearable device hanya dapat beroperasi pada temperatur ambien di bawah 25˚C-27˚C.

4)      Energi listrik yang diperoleh sangat bergantung pada banyak atau sedikitnya aktifitas yang dilakukan manusia.

5)      Kemungkinan dapat menyebabkan alergi pada permukaan kulit manusia yang menggunakan wearable device. 

d.            Size Issue. Energi panas tubuh manusia dapat dikonversi menjadi energi listrik yang memiliki voltase sangat rendah. Pada pemakaian thermoelectric generator di kening manusia dapat dihasilkan energi listrik yang mampu mengoperasikan sistem EEG 2 saluran  yang memiliki konsumsi daya 0,8mW. Dari pemakaian thermoelectic generator ini diperoleh energi listrik sebesar 30µW/m² kemudian dinaikkan menjadi 2,75 V dengan voltage regulator untuk menyuplai listrik sistem EEG 2 saluran. 

5.      Energy Gym. Energy gym dikategorikan sebagai sumber energi terbarukan karena bisa dirubah menjadi sumber energi listrik. Energy gym ini berasal dari energi kinetik yang bersumber dari gerakan latihan fisik manusia yang menggunakan alat-alat fitnes yaitu threadmill dan cycling.

a.      Bagaimana cara kerjanya? Manusia yang melakukan latihan fisik dengan alat fitnes yaitu threadmill dan cycling akan menghasilkan energi kinetik (sustainable gym). Selanjutnya energi kinetik ini dirubah menjadi energi listrik arus DC kemudian dirubah lagi menjadi energi listrik arus AC oleh electric converter. Energi listrik arus AC inilah yang akan digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik alat-alat elektronik yang ada di ruangan fitness itu sendiri. 

b.      Kelebihan. Beberapa kelebihan sumber energi terbarukan dari energy gym antara lain:

1)      Sumber energi yang bebas biaya dan selalu tersedia selama ada yang latihan fitness.

2)      Lebih menghemat pemakaian listrik apabila menggunakan alat fitnes threadmill mekanis atau gravity.

3)      Energi listrik yang dihasilkan aman bagi lingkungan dan alat elektronik. 

c.      Kekurangan. Beberapa kekurangan sumber energi terbarukan dari energy gym antara lain:

1)      Harga alat fitness yang sustainable gym menjadi lebih mahal daripada alat fitnes konvensional.

2)      Harus ada program baru untuk mendorong masyarakat menggunakan alat fitness yang berjenis sustainable gym.

3)      Tidak semua orang suka atau sempat melakukan fitnes karena kesibukan masing-masing.

4)      Akumulasi energi listrik yang diperoleh tidak tentu karena jadwal dan kemampuan tiap orang untuk melakukan olahraga berbeda-beda. 

d.      Size Issue.  Pada umumnya threadmill (sustainable gym) mampu menghasilkan 250 watt tiap jam. Sebagai ilustrasi, jika seseorang dengan berat badan 147 pound berlari menggunakan threadmill tersebut selama kurang lebih 8 menit per mile maka dapat diperoleh energi listrik sebesar 24 watt tiap 30 menit. Daya listrik ini cukup untuk menyuplai wifi router selama 4 jam. Sedangkan jika orang seberat 176 pound melakukan jogging di threadmill selama sekitar 20 menit, dia bisa menghidupkan lampu 60 watt yang cukup untuk menerangi ruangan fitnessnya. 

Berdasarkan penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa selain sumber energi terbarukan yang sudah banyak dikenal masyarakat, masih ada berbagai alternatif sumber energi terbarukan lainnya yang belum banyak diterapkan antara lain solar wind, solar photon pressure, water, body heat dan energy gym. Sumber-sumber energi terbarukan tersebut memiliki potensi kekurangan, kelebihan serta tingkat kesulitan masing-masing yang berbeda-beda sehingga dapat dijadikan pertimbangan sebelum menggunakannya secara massal. 

.(Power For Sustainable Future).