Energi dalam Sistem Kehidupan - Chapter 2

Chapter 2

C. Sumber Energi

Makhluk hidup membutuhkan energi yang didapatkan dari sumber energi untuk melaksanakan berbagai aktivitas. Sumber energi  adalah segala sesuatu yang dapat menghasilkan energi, baik secara langsung maupun melalui proses konversi atau transformasi.

Sumber  energi  dibagi menjadi dua yaitu sumber energi yang dapat   diperbarui  (renewable)  dan sumber energi yang tak dapat diperbarui  (unrenewable). Sumber   energi   terbaharui    antara   lain matahari, ombak, angin, dan air. Sumber energi yang tak terbaharui antara lain minyak bumi, gas alam, batu bara, dan  nuklir.

1. Sumber Energi Tak Terbarukan.

Sumber energi tak terbarukan (nonrenewable) didefinisikan sebagai sumber energi yang tidak dapat diisi atau dibuat kembali oleh alam dalam waktu yang singkat, dan bukan proses berkelanjutan. Sumber energi tak  terbarukan diperoleh dari perut bumi dalam bentuk cair, gas, dan padat. Sumber energi tak terbarukan diantaranya: minyak bumi, gas alam, propane, batubara, dan uranium.

 

Saat ini, minyak bumi adalah satu-satunya bahan bakar fosil bentuk cair yang diperjual belikan. Bahan bakar fosil yang berbentuk gas adalah gas alam dan propane, sementara yang berbentuk padat adalah batubara. Batubara, minyak bumi, gas alam, dan propane disebut bahan bakar fosil karena dibentuk dari sisa-sisa binatang dan tumbuhan yang hidup jutaan tahun yang lalu. Uranium adalah bahan bakar berbentuk padat, tetapi uranium tidak termasuk bahan bakar fosil.

 

a. Minyak Bumi 

Minyak bumi adalah zat cair licin dan mudah terbakar yang terjadi sebagian besar karena hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon dalam minyak berkisar antara 50% sampai 90%. Sisanya terdiri atas senyawa organik yang berisi oksigen, nitrogen, atau belerang.

Gambar. 1.21 Proses pembentukan minyak bumi dan batu bara..https://neededthing.blogspot.com/

Minyak bumi merupakan salah satu sumber energi yang paling banyak digunakan oleh negara-negara di seluruh dunia. Tetapi penggunaan minyak bumi menimbulkan efek yang tidak diinginkan baik bagi manusia itu sendiri maupun bagi lingkungan. Beberapa persoalan yang muncul pada waktu pembakaran bahan bakar minyak, diantaranya:

  • Abu yang dihasilkan walaupun sangat sedikit sulit untuk membuangnnya
  • Beberapa minyak mentah mempunyai sulfur yang cukup tinggi dan proses pembuangannya mahal.
  • Unsur vanadium yang dihasilkan menyebabkan korosi yang cepat pada bahan-bahan feros.

Gambar.1.19.Kilang Minyak Lepas Pantai.

https://www.antaranews.com/

b. Gas Alam

Seperti halnya minyak bumi, gas alam merupakan salah satu bahan bakar fosil yang terperangkap dalam lapisan batu kapur diatas reservoir minyak bumi. Gas alam  dapat  ditemukan  di  ladang minyak, ladang gas bumi, dan juga tambang batubara. Unsur utama penyusun gas alam adalah metana (CH4) yang merupakan molekul hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam juga mengandung molekul-molekul hidrokarbon yang lebih berat seperti etana (C2H6), propana (C3H8) dan butana (C4H10).

Gambar.1.20. Kilang Gas Alam Bontang.

https://bontangpost.id/

Gas alam merupakan sumber utama untuk sumber gas helium. Sementara itu kandungan energi gas alam cukup besar, dimana pembakaran satu meter kubik gas alam komersial menghasilkan 38 MJ (10,6 kWh).

Gas alam mempunyai kelebihan dibanding dengan minyak, yaitu:

  • Merupakan bahan paling mudah terbakar dan bercampur dengan udara secara baik.
  • Dapat terbakar secara bersih dengan sedikit abu
  • Mudah transportasinya.

Sedangkan kekurangan gas alam adalah sulit dalam penyimpanannya terutama dalam jumlah besar.

c. Batu bara

 Batubara adalah batuan sedimen yang berasal dari material organik (organoclastic sedimentary rock), dapat dibakar dan memiliki kandungan utama berupa karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Secara proses (genesa), batubara adalah lapisan yang merupakan hasil akumulasi tumbuhan dan material organik pada suatu lingkungan pengendapan tertentu, yang disebabkan oleh proses syn-sedimentary dan post-sedimentary, sehingga menghasilkan rank dan tipe tertentu.

Gambar. 1.21. Tambang batubara di Kalimantan. https://ekbis.sindonews.com/

Pembentukan batubara yang paling produktif dimana hampir seluruh deposit batubara (black coal) yang ekonomis di belahan bumi bagian utara terbentuk terjadi pada zaman Karbon, yaitu sekitar 360 juta sampai 290 juta tahun yang lalu. Batubara termasuk batuan sedimen berwarna hitam atau kecoklat-coklatan yang mudah terbakar. Energi pada batubara berasal dari energi yang disimpan oleh tumbuhan yang hidup ratusan juta tahun yang lalu, ketika sebagian bumi tertutup oleh hutan rawa. Selama jutaan tahun lapisan sisa-sisa tumbuhan yang berada di dasar rawa tertutup oleh lapisan air dan kotoran sehingga memerangkap energi sisa-sisa tumbuhan tersebut. Akibat tekanan dan pemanasan dari lapisan atas, sisa-sisa tumbuhan tersebut berubah menjadi  batubara.

d. Nuklir

Energi  nuklir diperoleh dari hasil reaksi inti, yaitu reaksi yang terjadi pada inti atom dimana partikel-partikel berenergi tinggi bertumbukan dengan inti atom tersebut sehingga  terbentuklah inti baru yang berbeda dengan inti semula. Berbeda dengan  reaksi  kimia  biasa  yang  hanya mengubah komposisi    molekul    setiap unsurnya dan tidak mengubah struktur dasar  unsur  penyusun  molekulnya,  pada reaksi inti,  terjadi  perubahan  struktur  inti atom menjadi unsur atom yang sama sekali berbeda. Ada dua jenis reaksi inti, yaitu reaksi fisi (pembelahan inti) dan reaksi fusi (penggabungan inti).

Gambar. 1.21. Reaktor Nuklir type PWR (REAKTOR AIR BERTEKANAN)

e. Uranium

Uranium awalnya ditemukan oleh seorang ahli kimia asal Jerman bernama Martin Klaproth, pada tahun 1789, ketika menganalisis sampel dari penambangan perak Joachimsthal. Secara alami, uranium dengan konsentrasi rendah bisa ditemukan pada tanah, batu, dan air. Secara komersial, uranium didapatkan dengan ekstraksi mineral yang mengandung uranium seperti uraninite.

Mineral dan bebatuan yang mengandung uranium didapatkan dari pertambangan Setelah melalui berbagai penyimpanan dan pengolahan tertentu, uranium diperjualbelikan sebagai konsentrasi uranium oxide atau (U3O8).

Gambar 1.22. Bentuk bahan tambang Uranium

https://www.antaranews.com/

Uranium memang bisa menghasilkan energi yang besar. Namun, penggunaan uranium haruslah sangat hati-hati karena nukleusnya tidak stabil dan sifatnya memancarkan radiasi radioaktif secara alami. Penggunaan uranium yang destruktif, seperti bom atom yang mengandung uranium-235, seperti peristiwa dijatuhkannya bom atom pada Kota Hiroshima dan Nagasakki, memperlihatkan betapa mengerikannya bencana uranium terhadap kehidupan.

Gambar 1.23. Ledakan bom atom Nagasaki dan Hiroshima. https://nawacita.co/

 

2. Sumber Energi Terbarukan.

Sumber energi terbaharukan (renewable) didefinisikan sebagai sumber energi yang dapat dengan cepat diisi kembali oleh alam, proses berkelanjutan. Berikut ini adalah contoh sumber energi terbaharukan, yaitu: matahari, angin, air, gelombang, biomassa, Tidal dan panas bumi.

Penggunaan sumber energi terbaharukan bukanlah hal yang baru. Sejak 125 tahun yang lalu, 90% kebutuhan energi di dunia berasal dari kayu. Seiring dengan semakin murahnya harga bahan bakar fosil, penggunaan kayu sebagai bahan bakar semakin berkurang. Terbatasnya penggunaan sumber energi. terbaharukan juga disebabkan oleh fakta bahwa sumber energi ini tidak selalu tersedia setiap saat. Sebagai contoh, sumber energi matahari akan berkurang pada saat langit berawan dan kincir angin tidak akan berfungsi pada saat tidak ada angin. Tetapi saat ini negara-negara di dunia termasuk Indonesia mulai memikirkan energi alternatif, sehingga banyak negara yang beralih kembali untuk menggunakan sumber energi terbaharukan. Hal ini didasari oleh dua hal, yaitu: Pertama, semakin berkurangnya sumber energi yang berasal dari fosil yang disebabkan tidak lagi ditemukannya sumber cadangan baru. Kedua, dampak yang ditimbulkan oleh penggunaan sumber energi yang berasal dari fosil sangat besar, baik terhadap manusia maupun lingkungan. Bahan bakar fosil ini menimbulkan pencemaran sehingga mengakibatkan pemanasan global (global warming).

Sebagian besar negara di dunia termasuk Indonesia sesungguhnya memiliki potensi sumber energi terbarui dalam jumlah besar. Beberapa diantaranya bisa segera diterapkan, seperti: tenaga surya, tenaga angin, tenaga panas bumi, mikrohidro, bioethanol sebagai pengganti bensin, biodiesel untuk pengganti solar, bahkan sampah/limbah pun bisa digunakan untuk membangkitkan listrik.

a. Energi Surya (Matahari) 

Energi matahari merupakan sumber energi yang paling utama bagi kehidupan manusia dan terjamin keberadaannya di muka bumi. Menurut para ahli astronomi dan astrofisika, secara teori energi radiasi matahari diperkirakan masih dapat bertahan untuk jangka waktu kurang lebih 10.000.000.000 tahun lagi.

Energi matahari yang dikonversi ke energi panas digunakan untuk memanaskan air di rumah-rumah, gedung, atau kolam renang. Selain memanaskan air, energi matahari juga bisa digunakan untuk memanaskan udara, seperti udara pada ruangan greenhouses.

Mengubah energi matahari menjadi listrik bisa dilakukan dengan cara, yaitu:

  • Sel surya (photovoltaic or solar cell), alat ini mengubah sinar matahari langsung menjadi listrik.

Gambar 1.24. Sel surya (photovoltaic or solar cell) https://www.tek.id/

 

b. Energi Angin

Energi angin adalah energi yang dihasilkan oleh angin yang berhembus dipermukaan bumi. Energi angin merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui karena angin akan terus berhembus selama matahari bersinar.  

Penggunaan energi angin telah dimulai sejak abad ke 7 SM oleh bangsa Persia, yaitu dengan membuat kincir angin yang dapat digunakan untuk menggiling padi, memompa air, memotong kayu, dan menghasilkan bentuk energi mekanik lainnya. Untuk saat ini turbin angin dapat mengubah Energi angin menjadi energi listrik.

Gambar.1.25 Energi Angin https://environment-indonesia.com/.

c. Energi Panas Bumi

Energi panas bumi adalah energi panas yang berasal dari dalam bumi. Energi panas ini tepatnya dihasilkan di dalam inti bumi, yaitu kira-kira pada kedalaman 6.400 km dari permukaan bumi. Panas bumi tersebut ditimbulkan oleh peristiwa peluruhan partikel-partikel radioaktif di dalam batuan.

Inti bumi terdiri dari dua lapisan, yaitu inti dalam dan inti luar. Inti luar terbentuk dari batuan cair yang sangat panas, disebut magma. Dari magma inilah panas bumi berasal. Panas tersebut akan mengalir    menembus    berbagai   lapisan batuan di bawah tanah. Bila panas tersebut mencapai reservoir air bawah tanah, maka akan terbentuk air panas bertekanan tinggi.

Bila air panas tadi bisa keluar ke permukaan bumi karena ada celah atau terjadi retakan di kulit bumi, maka timbul sumber air panas yang biasa disebut dengan hot spring. Air panas alam (hot spring) ini biasa dimanfaatkan sebagai kolam air panas, dan banyak pula yang sekaligus menjadi tempat wisata.

Gambar.1.26. Ilustrasi Pemanfaatan Energi Panas Bumi https://katadata.co.id/

Penggunaan panas bumi sebagai sumber tenaga listrik memiliki keuntungan di sektor lingkungan dan ekonomi bila dibandingkan dengan sumber daya alam lainnya.Karena panas bumi sebagai energi terbarukan menjamin kehandalan operasional  panas  bumi sebagai  sumber tenaga yang digunakan sebagai penggeraknya akan selalu tersedia dan dan tidak akan mengalami penurunan jumlah. Pada sektor lingkungan, berdirinya pembangkit panas bumi tidak akan mempengaruhi persediaan air tanah di daerah  tersebut karena  sisa  buangan air disuntikkan ke bumi dengan kedalaman yang jauh dari lapisan aliran air tanah.

Sedangkan di sektor ekonomi, pengembangan energi panas bumi dapat meningkatkan devisa negara. Penggunaannya dapat meminimalkan pemakaian bahan bakar yang berasal dari fosil (minyak bumi, gas, dan batubara) di dalam negeri sehingga, mereka dapat diekspor dan menjadikan pemasukan bagi negara.

d. Energi Biomassa

 Biomassa adalah bahan organik yang berasal dari tumbuhtumbuhan dan binatang. Energi yang tersimpan di dalam biomassa berasal dari matahari. Energi matahari diserap oleh tumbuh-tumbuhan melalui proses fotosintesis. Pada proses fotosintesis diperlukan air, karbondioksida dan sinar matahari yang akan menghasilkan glukosa dan oksigen.

Gambar.1.27.Proses daur karbon, oksigen dan Fotosintesis. https://www.kibrispdr.org/

Potensi biomassa di Indonesia yang bisa digunakan sebagai sumber energi jumlahnya sangat melimpah. Limbah yang berasal dari hewan maupun tumbuhan semuanya potensial untuk dikembangkan. Tanaman pangan dan perkebunan menghasilkan limbah yang cukup besar, yang dapat dipergunakan untuk keperluan lain seperti bahan bakar nabati.

Pemanfaatan limbah sebagai bahan bakar nabati memberi tiga keuntungan langsung. Pertama, peningkatan efisiensi energi secara keseluruhan karena kandungan energi yang terdapat pada limbah cukup besar dan akan terbuang percuma jika tidak dimanfaatkan. Kedua, penghematan biaya, karena seringkali membuang limbah bisa lebih mahal dari pada memanfaatkannya. Ketiga, mengurangi keperluan akan tempat penimbunan sampah karena penyediaan tempat penimbunan akan menjadi lebih sulit dan mahal, khususnya di daerah perkotaan.Selain pemanfaatan limbah, biomassa sebagai produk utama untuk sumber energi juga akhir-akhir ini dikembangkan secara pesat.  Kelapa sawit, jarak, kedelai merupakan beberapa jenis tanaman yang produk utamanya sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.  Sedangkan ubi kayu, jagung, sorghum, sago merupakan tanaman-tanaman yang produknya sering ditujukan sebagai bahan pembuatan bioethanol.

Gambar.1.28. Limbah Biomassa.

https://cangkangsawit.id/

Biomassa dapat juga dikonversi ke bentuk energi lain yang bermanfaat, diantaranya gas metana (Biogas) atau bahan bakar untuk transportasi seperti ethanol dan biodiesel. Ethanol dan biodiesel ini biasa disebut sebagai bahan bakar yang berasal dari makhluk hidup (biofuel).

d.1. Biogas

Gas metana terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri methan atau disebut juga   bakteri  anaerobik.   Bakteri   biogas mengurai sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik (biomassa) sehingga   terbentuk   gas metana   (CH4) Yang apabila dibakar dapat menghasilkanenergi panas.

Gas methan dengan teknologi tertentu dapat dipergunakan untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan energi listrik. Secara sederhana, gas methan dapat digunakan untuk keperluan memasak dan penerangan menggunakan kompor gas sebagaimana halnya elpiji.

d.2. Ethanol

Ethanol adalah bahan bakar alkohol yang terbuat dari gula, dimana gula ini berasal dari tanaman, seperti jagung, gandum, dan kentang. Ada beberapa cara untuk menghasilkan ethanol dari biomassa.

Gambar.1.29.Proses pembuatan bioethanol dari biomassa

Cara yang paling umum digunakan saat ini yaitu dengan menggunakan ragi untuk memfermentasi gula  dan  zat  tepung  yang  ada  di dalam jagung. Zat tepung dalam jagung difermentasi menjadi gula dan kemudian difermentasi menjadi alkohol. Tanaman lain yang dapat digunakan untuk membuat ethanol ini, diantaranya gandum, padi, bunga matahari, kentang, tebu, dan gula bit. Tebu  dan  gula  bit  merupakan  bahan baku ethanol yang banyak digunakan di beberapa negara.

Saat ini para ilmuwan terus berusaha melakukan penelitian untuk menghasilkan ethanol yang lebih murah yang berasal dari semua bagian dari tumbuhan. Hasil eksperimen terbaru, ternyata ethanol dapat diperoleh dengan cara mengeluarkan selulosa yang ada di dalam serat kayu, dimana cara ini dikenal sebagai cellulosic ethanol. Dengan proses ini kita dapat membuat ethanol dari pepohonan, rumput, dan sampah tanaman palawija.

Pada penggunaan ethanol, biasanya dicampur dengan bensin. Campuran ethanol dan bensin yang biasa disebut gasohol dapat mengurangi emisi karbon monoksida yang membahayakan lingkungan.

d.3. Bio diesel

Biodiesel merupakan bahan bakar terbarui yang dapat digunakan untuk  mengantikan bahan bakar diesel yang berasal dari minyak bumi. Biodiesel dapat dibuat dari minyak tumbuh-tumbuhan,  seperti sawit, kelapa, jarak pagar, atau kapuk. Selain itu, biodiesel juga dapat dibuat dari lemak binatang atau lemak lainnya.

Gambar.1.28.Proses Pembuatan Biodiesel. https://www.kibrispdr.org/

Sebagian besar biodiesel yang ada  saat  ini  terbuat  dari  minyak  kedelai Sebagian produsen biodiesel membuat biodiesel dari minyak bekas atau lemak, termasuk lemak-lemak yang berasal dari restoran.

Biodiesel lebih sering dicampur dengan minyak diesel dengan perbandingan 2 persen (B2), 5 persen (B5), atau 20 persen (B20). Tetapi biodiesel   juga   dapat   digunakan   tanpa dicampur (B100). Biodiesel dapat digunakan    untuk    kendaraan   bermesin. diesel tanpa harus mengubah mesin tersebut.

e. Energi Air

 Tenaga air (hydropower) adalah energi yang didapat dari air yang mengalir. Tenaga air yang memanfaatkan gerakan air biasanya didapat dari sungai yang dibendung.Pada bagian bawah bendungan tersebut terdapat lubang-lubang saluran air. Pada lubang-lubang tersebut terdapat turbin yang berfungsi mengubah energi kinetik dari gerakan air menjadi energi mekanik yang dapat menggerakan generator listrik. Energi listrik yang berasal dari energi kinetik air disebut “hydroelectric” (listrik tenaga air).

e.1. Mikrohidro

Mikrohidro adalah pembangkit listrik tenaga air skala kecil (bisa mencapai beberapa ratus kW). Relatif kecilnya energi yang dihasilkan mikrohidro (dibandingkan dengan PLTA skala besar) berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal tanah yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro.

Hal tersebut merupakan salah satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan lingkungan. Mikrohidro cocok  diterapkan  di pedesaan yang belum terjangkau listrik dari PT PLN.

Gambar. 1.29 Skema PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro).https://www.masdayat.net/

Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Energi tersebut dimanfaatkan untuk memutar turbin yang dihubungkan dengan generator listrik. Mikrohidro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air 2,5 m bisa dihasilkan listrik 400 W.

f. Energi Tidal           

Laut menyimpan potensi yang besar dalam bidang energi terbarukan jika dilihat dari sifatnya yang bersifat kontinu dan ramah lingkungan, mendorong berbagai studi dan penelitian yang melibatkan pengembangan dan pengoptimalan energi nonkonvensional dari laut.

Indonesia merupakan salah satu negara di dunia yang memiliki wilayah perairan terbesar di dunia, dengan luas perairan mencapai hampir 60% dari total luas wilayah Indonesia. Hal tersebut memberikan keuntungan bagi Indonesia untuk mengeksplorasi pemanfaatan sumber daya laut.. Energi tidal  dihasilkan dari gerakan dan perbedaan suhu lapisan laut atau berupa energi pasang surut, energi  gelombang,  energi  arus  laut, dan dan energi perbedaan suhu lapisan laut.

Saat ini ada 3 jenis teknologi pembangkit listrik tenaga arus pasang surut yaitu, Barrage Tidal Plant, Tidal Fences dan Tidal Turbine.

  1. Barrage Tidall Plant.

  1. Tidal Fences

  1. Tidal Turbine

Gambar.1.30. ada 3 model Pembangit Litrik Tenaga Tidal.

 

D. MAKANAN SEBAGAI SUMBER ENERGI

Makanan merupakan sumber energi bagi tubuh manusia. Fungsinya untuk berolahraga, belajar, dan melakukan aktivitas lainnya. Dengan asupan makanan …………. (Chapter 3)

Energi dalam Sistem Kehidupan – Chapter 3 (Last)