teori energi

TEORI ENERGI
1.1
Pengertian Energi
Energi merupakan sesuatu kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja.
Semua makhluk hidup membutuhkan energi untuk hidup. 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 seharihari 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.
1.2
Macam-macam Energi
Bentuk energi bermacam-macam, seperti energi listrik, energi gerak,
energi bunyi dan energi cahaya Energi secara umum terbagi menjadi 2 macam
yaitu energi kinetik dan potensial. Energi kinetik disebabkan oleh materi yang
bergerak, seperti air yang mengalir, kincir yang berputar, dan sebagainya. Energi
potensial disebabkan oleh zat-zat yang mempunyai potensi energi didalamnya,
yang tidak dapat diukur tetapi perubahan energi potensial tersebut menjadi energi
lain yang dapat diukur. Energi potensial yang dikandung benda sering disebut
dengan energi potensial kimia. Energi potensial kimia dapat dirubah menjadi
bermacam-macam energi, seperti energi mekanik, energi kalor, energi cahaya,
energi listrik, energi nuklir (Salirawati, 2007). Berikut ini macam-macam energi
yaitu:
a.
Energi Mekanik
Energi mekanik merupakan 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.
f.
Energi Bunyi
Energi bunyi adalah energi yang ditimbulkan oleh benda yang mengeluarkan
bunyi. Bunyi dihasilkan dari getaran. Bunyi kuat dihasilkan dari getaran yang
kuat. Contoh bunyi yang kuat adalah halilintar, petasan dan bom. Bunyi yang kuat
menghasilkan energi yang besar. Bunyi kuat dapat memekakkan telinga,
menggetarkan dan bahkan memecahkan kaca jendela.
g.
Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang sedang bergerak.
Contoh benda yang bergerak dan menghasilkan energi kinetik antara lain kincir
angin dan dinamo sepeda. Kincir angin dimanfaatkan oleh manusia untuk
menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Sementara itu, putaran roda
sepeda mampu memutar dinamo sepeda dan menghasilkan energi listrik untuk
menyalakan lampu sepeda.
h.
Energi potensial
Energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda. Ketapel
yang teregang mempunyai energi potensial. Energi tersebut sewaktu-waktu dapat
dilepaskan. Contoh benda yang memiliki energi potensial selain ketapel adalah
per yang teregang, busur anak panah yang teregang, dan lain-lain. Energi
potensial yang ada pada per disebut sebagai energi potensial pegas.
i.
Energi Cahaya
Cahaya merupakan energi yang menyertai dari proses perpindahan
elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah
(kembalinya elektron yang sudah tereksitasi ke tempatnya semula). Elektron
tersebut berada dalam keadaan tereksitasi karena diberikan energi (misalnyaenergi
panas).
1.3
Energi Alternatif
Energi memiliki banyak macamnya, karena kebutuhan energi terus
meningkat, maka beberapa energi lain banyak digunakan sebagai bentuk energi
alternatif. Berikut sumber energi alternatif (Panut, 2007).
a. Energi matahari
Energi matahari merupakan sumber energi yang dapat diperbarui dan tidak
akan pernah habis. Sumber energi ini dapat digunakan secara gratis.
Energi matahari dapat digunakan menjadi listrik seperti listrik tenaga
surya, kompor tenaga surya dan lain sebagainya
b. Energi angin
Angin adalah udara yang bergerak. Angin merupakan salah satu kekuatan
yang besar dimuka bumi ini. Angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai
keperluan seperti tenaga angin menjadi listrik.
c. Energi air
Air merupakan sumber energi gerak alami yang tidak dapat habis dipakai.
Energi gerak air dapat diubah menjadi energi listrik. Energi listrik yang
dihasilkan air mengalir disebut energi hidroelektrik. Tempat penghasil
energi hidroelektrik dinamakan pembangkit listrik tenaga air (PLTA).
2.1
Pertumbuhan Ekonomi dan Penggunaan Energi
Energi nonkomersial sudah mulai turun digantikan dengan energi
komersial. Untuk energi komersial, konsumsi energi primer yang terbesar adalah
minyak bumi diikuti dengan gas alam dan batubara. Sedangkan pangsa sumber
energi terbarukan seperti tenaga air dan geothermal masih sangat kecil.
Pertumbuhan penduduk merupakan salah satu faktor yang banyak mempengaruhi
permintaan energi. Berdasarkan sensus tahun 1990 jumlah penduduk sudah
mencapai 179,3 juta jiwa dan pertumbuhan penduduk saat ini sekitar 1.8 % per
tahun (Lanang, 2005).
2.2
Strategi Penyediaan Energi
Pada tahun 2001 pangsa permintaan energi di sektor rumah tangga paling
besar dan mencapai 33 % dari total permintaan energi. Hal ini disebabkan makin
meningkatnya standard hidup masyarakat serta makin makin meningkatnya
keperluan energi listrik untuk rumah tangga. Pada tahun 2021 diharapkan
pertumbuhan penduduk sudah tidak terlalu besar sehingga pangsa permintaan
energi di sektor rumah tangga juga menurun menjadi sekitar 16 %. Pada saat itu
pangsa permintaan energi di sektor industri menempati urutan pertama sebesar 33
%.
Meningkatnya penggunaan batubara akan menyebabkan dua masalah
utama. Pertama adalah dampak lingkungan seperti emisi debu, SO2 dan NO2 dan
yang kedua adalah mempersiapakan prasarana transportasi batubara karena
cadangan batubara berada di Sumatera dan Kalimantan sedangkan konsumsi
energi terbesar berada di Jawa. NO2 adalah berwarna dan berbau, sedangkan gas
NO tidak berwarna dan tidak berbau. Warna gas NO2 adalah merah kecoklatan
dan berbau tajam menyengat hidung. SO2 adalah kontributor utama hujan asam.
Di dalam awan dan air hujan SO2 mengalami konversi menjadi asam sulfur dan
aerosol sulfat di atmosfer.
Energi panas bumi merupakan energi yang ramah lingkungan karena
fluida panas bumi setelah energi panas diubah menjadi energi listrik, fluida
dikembalikan ke bawah permukaan (reservoir) melalui
sumur injeksi.
Penginjeksian air kedalam reservoir merupakan suatu keharusan untuk menjaga
keseimbangan masa sehingga memperlambat penurunan tekanan reservoir dan
mencegah terjadinya subsidence. Penginjeksian kembali fluida panas bumi setelah
fluida tersebut dimanfaatkan untuk pembangkit listrik, serta adanya recharge
(rembesan) air permukaan, menjadikan energi panas bumi sebagai energi yang
berkelanjutan (sustainable energy).
Proyeksi atau peramalan pada dasarnya merupakan suatu dugaan mengenai
terjadinya suatu peristiwa diwaktu yang akan datang. Dalam perencanaan,
kegiatan proyeksi adalah penting karena menjadi dasar dan awal mulainya
perencanaan tersebut. Bila dilihat menurut jangka waktu, maka kegiatan proyeksi
dapat dibagi
menjadi 3 (tiga) jangka waktu :
♦ Jangka pendek (short term), dapat harian, mingguan, bulanan, dan satu tahun.
♦ Jangka menengah (medium term), lebih dari satu sampai lima tahun.
♦ Jangka panjang (long term), proyeksi yang dilakukan dengan rentang waktu
hingga lebih dari lima tahun.
3.1
Bahan Bakar Fosil
Minyak bumi, gas alam, dan batu bara dikatakan sebagai bahan bakar fosil
karena pada dasarnya mereka memang fosil. Bahan bakar fosil terbentuk lewat
proses alamiah berupa pembusukan dari organisme yang mati ratusan juta tahun
lalu. Dinosaurus, pepohonan, dan hampir semua mahluk hidup yang mati,
terendapkan di tanah, dan sekarang telah menjadi minyak bumi, gas alam, atau
batu bara. Gas alam berbentuk gas, minyak bumi berbentuk cair, dan batu bara
berbentuk padat. Perbedaan wujud mereka disebabkan perbedaan pada tekanan
dan panas yang mereka terima di perut bumi selama jutaan tahun (Heynes, 2007).
Bahan bakar fosil adalah sumberdaya tak terbarukan karena perlu jutaan
tahun untuk terbentuk, dan sumber yang ada lebih cepat habis ketimbang
terbentuk yang baru. Produksi dan pemakaian bahan bakar fosil menyebabkan
masalah-masalah lingkungan. Gerakan global menuju pembangkitan energi
terbarukan dilakukan untuk membantu memenuhi meningkatkanya kebutuhan
energi.
Ada banyak jenis senyawa hidrokarbon atau terbarukan dalam campuran
bahan bakar tertentu. Campuran khusus hidrokarbon memberi sebuah bahan bakar
sifat karakteristiknya, seperti titik didih, titik beku, kepadatan, kekentalan, dsb.
Sebagian bahan bakar seperti gas alam, misalnya, mengandung komponen gas
dengan titik didih yang sangat rendah. Yang lain seperti bensin dan diesel
mengandung komponen dengan titik didih lebih tinggi.
Bahan bakar fosil itu penting karena bila dibakar (dioksidasi menjadi
karbon dioksida dan air) akan menghasilkan energi yang besar per satuan berat.
Penggunaan batu bara sebagai bahan bakar sudah dilakukan di masa prasejarah.
Batu bara digunakan untuk menjalankan tungku pencairan bijih logam.
Hidrokarbon setengah padat juga telah digunakan semenjak zaman kuno, namun
bahan ini umumnya dipakai untuk bahan anti air dan balsem.
Bagi Indonesia sebagian besar batubara dikonversikan menjadi energi
listrik. Untuk mengurangi dampak lingkungan pada pembangkit listrik baik yang
menggunakan batubara maupun bahan bakar fossil lainya dapat dilakukan dengan
beberapa cara :
- menggunakan electrostatic precipitator untuk mengurangi emisi debu
- menggunakan desulphurisasi untuk mengurasi emisi SO2, dan
- menggunakan de NOx untuk mengurangi emisi NO2.
Pada pembangkit listrik batubara kemungkinan lain untuk mengurangi emisi
adalah menggunakan teknologi batubara bersih (clean coal technology).
Saat ini di dunia terdapat persediaan batu bara sebesar 905 miliar metrik
ton yang setara dengan 4416 miliar barel (702.1 km3) minyak bumi. Sementara
itu persediaan minyak bumi sendiri adalah 1119 miliar barel (177,9 km3) hingga
1317 miliar barel (209,4 km3). Gas alam lebih sedikit, yaitu hanya 175-181 triliun
meter kubik, atau setara 1161 miliar barel minyak bumi.
Produksi harian bahan bakar fosil pada tahun 2006 adalah sebagai berikut:
a.
Batu bara diproduksi 52 juta barel ekuivalen minyak per hari.
b.
Minyak bumi diproduksi 84 juta barel per hari
c.
Gas alam diproduksi 19 juta barel ekuivalen minyak per hari.
Saat ini diduga cadangan minyak dunia hanya cukup untuk 34 tahun lagi
(per 2011). Sementara gas alam tinggal 52 tahun dan batu bara masih cukup untuk
139 tahun ke depan.
4.1
Pembangkit Tenaga
Indonesia memiliki karunia sinar matahari. Hampir di setiap pelosok
Indonesia, matahari menyinari sepanjang pagi sampai sore. Energi matahari yang
dipancarkan dapat diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan solar cells
panel (energi tenaga surya). Selain energi tenaga surya, terdapat macam-macam
pembangkit tenaga yang dapat digunakan sebagai sumber energidiantaranya:
a.
Pembangkit listrik tenaga angin
Pembangkit Listrik Tenaga Angin adalah pembangkit yang memenfaatkan
hembusan angin sebagai sumber penghasil listrik. Alat utamanya adalah
generator, dengan generator tersebut maka dapat dihasilkan arus listrik dari
gerekan blade / baling-baling yang bergerak karena hembusan angin.
Pembangkit ini lebih effisien dari pada pembangkit listrik tenaga surya
didalam menghasilkan listriknya. Pembangkit listrik yang ada dipasaran
memiliki kapasitas watt per jam 200, 400, 500, 1000, 2000 dan 3000 Watt.
b.
Pembangkit listrik tenaga panas bumi
Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi adalah Pembangkit Listrik (Power
generator) yang menggunakan panas bumi (Geothermal) sebagai energi
penggeraknya. Indonesia dikaruniai sumber panas bumi yang berlimpah
karena banyaknya gunung berapi di indonesia, dari pulau-pulau besar yang
ada, hanya pulau Kalimantan saja yang tidak mempunyai potensi panas bumi.
Keuntungan teknologi ini antara lain : bersih, dapat beroperasi pada suhu
yang lebih rendah daripada PLTN, dan aman, bahkan geothermal adalah yang
terbersih dibandingkan dengan nuklir, minyak bumi dan batu bara. Meskipun
tergolong ramah lingkungan, namun beberapa hal perlu dipertimbangkan
apabila pembangkit listrik tenaga panas bumi ingin dikembangkan sebagai
pembangkit dengan skala besar
c.
Pembangkit listrik tenaga air
Pembangkit tinggi tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi
potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan
turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik(dengan bantuan
generator). Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000 MW ,setara
dengan 3,6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24 % kebutuhan listrik
dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang.
d.
Pembangkit listrik tenaga nuklir
Prinsip kerja PLTN, pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik
konvensional, yaitu ; air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran.
Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada
tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator,
sehingga menghasilkan tenaga listrik.
e.
Pembangkit listrik tenaga uap
Indonesia adalah eksportir batubara terbesar kedua di dunia (setelah
Australia, 2006). Disaat harga minyak yang terus membumbung tinggi
pembangkit listrik tenaga uap (pltu) layak menjadi pertimbangkan. Batu bara
yang dibakar di ruang pembakaran digunakan untuk memanaskan air didalam
boliler sampai menjadi uap. Uap ini yang digunakan untuk memutar rotor dan
membangkitkan energi listrik
f.
Pembangkit listrik tenaga sampah
Sampah merupakan konsekuensi dari adanya aktifitas manusia, karena setiap
aktifitas manusia pasti menghasilkan buangan atau sampah. Sampah dapat
dimanfaatkan sebagai sumber energi apabila di tangani oleh orang-orang yang
ahli. Energi ini diambil lewat proses pembakaran dan pengambilan uap.
5.1
Sumber-Sumber Energi
Macam-macam Sumber Energi Alternatif. Para ahli telah menemukan
berbagai sarana energi alternatif. Berikut ini dibahas sekilas tentang macammacam sumber energi alternatif yang dewasa ini semakin gencar dikembangkan.
a.
Sumber Energi Matahari
Energi matahari merupakan sumber energi termurah yang sifatnya tak
terbatas. Pasokan sinar matahari yang tak terbatas memberikan ide untuk
menyimpan energi tersebut dan kemudian dikonversi ke dalam bentuk energi
lain. Oleh karena itu, untuk memanfaatkan sumber energi yang tidak terbatas
tersebut, diperlukan penyimpan energi dan pengkonversi energi.
Salah satu yang bisa digunakan untuk menyimpan energi tersebut adalah solar
panel. Di Indonesia sendiri, potensi pemanfaatan sumber energi matahari
begitu besar karena matahari bersinar sepanjang tahun.
b.
Sumber Energi Biomassa
Sumber energi ini berasal dari sisa-sisa metabolisme makhluk hidup. Sisa-sisa
makhluk hidup tersebut bisa berupa kotoran hewan maupun hasil
pembusukan sisa-sisa tanaman. Kotoran atau hasil pembusukan tersebut
dikumpulkan ke dalam sebuah penyimpan. Kemudian, “dipaksa” untuk
mengeluarkan energi melalui mekanisme perubahan kimia yang terjadi.
Reaksi kimia yang terjadi menghasilkan energi. Kemudian, energi tersebut
disimpan dan dikonversi menjadi energi lainnya.
c.
Sumber Bioenergi
Berbeda dengan sumber energi kedua, bioenergi berasal dari tanaman yang
sengaja diolah untuk diambil minyaknya. Sebagai contoh adalah tanaman
jarak. Para ahli membuat sebuah teknologi untuk mengekstrak minyak jarak
dari bijinya. Minyak jarak tersebut diteliti sehingga didapat kualitas minyak
seperti yang biasa digunakan untuk bahan bakar minyak.
Hasil akhirnya adalah bentuk substitusi dari bensin dan solar yang biasa
disebut biosolar dan bioetanol.
d.
Sumber Energi Panas Bumi
Indonesia dikenal
memiliki
sumber-sumber panas
bumi
berlimpah.
Banyaknya garis pegunungan yang ada di Indonesia menjadi salah satu
keuntugan bagi keberlimpahan sumber energi panas bumi. Salah satu ide
dasar sumber energi ini adalah mengubah energi panas yang dikandung oleh
dapur magma menjadi sumber energi lain, seperti energi listrik.
Berbagai perusahaan eksplorasi dunia pun kini menaruh perhatian tinggi
terhadap sumber energi yang tidak akan pernah habis ini.
e.
Sumber Energi Pasang Surut
Sebagai Negara Kepulauan, Indonesia memiliki garis pantai terpanjang di
dunia. Panjangnya garis pantai besar ini menjadikan Indonesia sebagai salah
satu negara yang berpotensi memiliki sumber daya energi pasang surut besar.
Ide dasar penggunaan sumber daya energi ini adalah mengubah energi
mekanik hasil perubahan gelombang laut menjadi energi lain, misalnya
listrik.
f.
Sumber Energi Angin
Energi angin menjadi salah satu solusi bagi negara yang memiliki potensi
angin begitu besar. Di Belanda, energi angin sudah sangat lama digunakan
sebagai salah satu sumber energi. Ide dasar sumber energi ini adalah
menangkap pergerakan angin tersebut dengan bantuan kincir angin raksasa.
Dengan bergeraknya kincir angin raksasa, generator bergerak sehingga
membangkitkan pasokan energi listrik.
g.
Sumber Energi Nuklir
Nuklir bagaikan dua mata uang yang saling berkebalikan. Di satu sisi, energi
nuklir menjadi salah satu jawaban dalam kelangkaan energi. Di sisi lain,
nuklir dapat menjadi bencana ketika terjadi kebocoran seperti halnya
pembangkit listrik nuklir di Chernobyl, Uni Soviet. Namun, dengan semakin
berkembangnya teknologi keamanan nuklir, energi ini menjadi salah satu
sumber energi potensial.
Nuklir sifatnya lebih efisien dibanding bahan bakar fosil. Ide dasar energi ini
adalah memanfaatkan energi yang dihasilkan dari peristiwa fisi dan fusi dari
inti atom yang bersifat radioaktif.
DAFTAR PUSTAKA
Hynes, Margaret. 2007. Seri pengetahuan batuan dan fosil. Jakarta: Erlangga
Lanang, Ragil. 2005. Kajian Perencanaan Permintaan Dan Penyediaan Energi.
Yogyakarta: Univ Gadjah Mada
Panut. dkk. 2007 . Dunia IPA (Ilmu Pengetahuan Alam). Bogor: Yudhistira
Salirawati, Das, dkk. 2005 Belajar kimia secara menarik. Jakarta: Grasindo