Energi terbarukan

Energi terbarukanadalah jenis energi yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbarui atau dipulihkan secara alami dalam waktu yang singkat. Sumber energi ini dianggap lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan energi fosil, karena menghasilkan gas rumah kaca. Contoh energi terbarukan sepertitenaga surya,tenaga angin,arus air,proses biologi, danpanas bumi. Energi ini lebih ramah lingkungan karena sedikit menghasilkan emisi karbon dibanding dengan energi fosil.
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang penggunaan energi terbarukan di masyarakat modern, lihatpengembangan energi terbarukan. Untuk diskusi umum, lihatpengembangan energi masa depan.
Konsep energi terbarukan mulai dikenal pada tahun 1970-an, sebagai upaya untuk mengimbangi pengembangan energi berbahan bakarnuklirdanfosil. Definisi paling umum adalah sumber energi yang dapat dengan cepat dipulihkan kembali secara alami, dan prosesnya berkelanjutan. Dengan definisi ini, maka bahan bakar nuklir dan fosil tidak termasuk di dalamnya.
Dari definisinya, semua energi terbarukan sudah pasti juga merupakanenergi berkelanjutan, karena senantiasa tersedia di alam dalam waktu yang relatif sangat panjang sehingga tidak perlu khawatir atau antisipasi akan kehabisan sumbernya. Para pengusung energi non-nuklir tidak memasukkantenaga nuklirsebagai bagian energi berkelanjutan karena persediaan uranium-235 di alam ada batasnya, katakanlah ratusan tahun. Tetapi, para penggiat nuklir berargumentasi bahwa nuklir termasuk energi berkelanjutan jika digunakan sebagai bahan bakar direaktor pembiak cepat(FBR:Fast Breeder Reactor) karena cadangan bahan bakar nuklir bisa "beranak" ratusan hingga ribuan kali lipat.
Alasannya begini, cadangan nuklir yang dibicarakan para pakar energi dalam ordo puluhan atau ratusan tahun itu secara implisit dihitung dengan asumsireaktoryang digunakan adalah reaktor biasa (umumnya tipe BWR atau PWR), yang notabene hanya bisa membakarU-235. Di satu sisi kandungan U-235 di alam tak lebih dari 0,72% saja, sisanya kurang lebih 99,28% merupakanU-238.Uraniumjenis U-238 ini dalam kondisi pembakaran "biasa" (digunakan sebagai bahan bakar di reaktor biasa) tidak dapat menghasilkan energi nuklir, tetapi jika dicampur dengan U-235 dan dimasukan bersama-sama ke dalam reaktor pembiak, bersamaan dengan konsumsi/pembakaran U-235, U-238 mengalami reaksi penangkapan 1neutrondan berubah wujud menjadi U-239. Dalam hitungan menit U-239 meluruh sambil mengeluarkanpartikel betadan kembali berubah wujud menjadiNp-239. Np-239 juga kembali meluruh sambil memancarkan partikel beta menjadiPu-239. Pu-239 inilah, yang meski tidak tersedia di alam tetapi terbentuk sebagai hasil sampingan pembakaran U-235, memiliki kemampuan membelah diri dan menghasilkan energi sebagaimana U-235. Bisa dibayangkan jika semua U-238 yang jumlahnya ribuan kali lebih banyak daripada U-235, berhasil diubah menjadi Pu-239, berapa peningkatan terjadi jumlah bahan bakar nuklir. Hal yang serupa juga terjadi untuk atom [thorium-233] yang dengan reaksi penangkapan 1 neutron berubah wujud menjadiU-233yang memiliki kemampuanreaksi berantai(reaksi nuklir).
Itulah sebabnya mengapa negara-negara maju tertentu enggan meninggalkan nuklir meski risikoradioaktifyang diterimanya tidak ringan. Reaktor pembiak cepat seperti yang dimiliki olehKorea Utaramendapat pengawasan ketat dari IAEA karena mampu memproduksi bahan bakar baru Pu-239 yang rentan disalahgunakan untuksenjata pemusnah massal.
Di sisi lain para penentang nuklir cenderung menggunakan istilah "energi berkelanjutan" sebagai sinonim dari "energi terbarukan" untuk mengeluarkan energi nuklir dari pembahasan kelompok energi tersebut.
Energi panas bumi berasal daripeluruhan radioaktifdi pusatBumi, yang membuat Bumi panas dari dalam, serta dari panas matahari yang membuat panas permukaan bumi. Ada tiga cara pemanfaatan panas bumi:
Panas bumiadalah suatu bentukenergi panasatau energi termal yang dihasilkan dan disimpan di dalam bumi. Energi panas adalah energi yang menentukan temperatur suatu benda. Energi panas bumi berasal dari energi hasil pembentukan planet (20%) dan peluruhan radioaktif dari mineral (80%).Gradien panas bumi, yang didefinisikan dengan perbedaan temperatur antarainti bumidan permukaannya, mengendalikankonduksiyang terus menerus terjadi dalam bentuk energi panas dari inti ke permukaan bumi.
Temperatur inti bumi mencapai lebih dari 5000C. Panas mengalir secara konduksi menuju bebatuan sekitar inti bumi. Panas ini menyebabkan bebatuan tersebut meleleh, membentukmagma. Magma mengalirkan panas secarakonveksidan bergerak naik karena magma yang berupa bebatuan cair memilikimassa jenisyang lebih rendah dari bebatuan padat. Magma memanaskan kerak bumi dan air yang mengalir di dalam kerak bumi, memanaskannya hingga mencapai 300C. Air yang panas ini menimbulkan tekanan tinggi sehingga air keluar dari kerak bumi.
Energi panas bumi dari inti bumi lebih dekat ke permukaan di beberapa daerah. Uap panas atau air bawah tanah dapat dimanfaatkan, dibawa ke permukaan, dan dapat digunakan untuk membangkitkan listrik. Sumbertenaga panas bumiberada di beberapa bagian yang tidak stabil secara geologis sepertiIslandia,Selandia Baru,Amerika Serikat,Filipina, danItalia. Dua wilayah yang paling menonjol selama ini di Amerika Serikat berada di kubahYellowstonedan di utaraCalifornia.Islandiamenghasilkan tenaga panas bumi dan mengalirkan energi ke 66% dari semua rumah yang ada di Islandia pada tahun 2000, dalam bentuk energi panas secara langsung dan energi listrik melalui pembangkit listrik. 86% rumah yang ada di Islandia memanfaatkan panas bumi sebagai pemanas rumah.
Pemanfaatan energi surya atau biasa disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya intinya memanfaatkan panas sinar matahari dan akan ditangkap oleh lapisan panel surya. Karena kebanyakan energi terbarukan berasal adalah "energi surya" istilah ini sedikit membingungkan. Namun yang dimaksud di sini adalah energi yang dikumpulkan secara langsung dari cahaya matahari.energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi matahari melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain.
Tenaga surya dapat digunakan untuk:
Tentu sajamataharitidak memberikan energi yang konstan untuk setiap titik di bumi, sehingga penggunaannya terbatas. Sel surya sering digunakan untuk mengisi dayabaterai, di siang hari dan daya dari baterai tersebut digunakan di malam hari ketika cahaya matahari tidak ada.
Perbedaan temperatur di dua tempat yang berbeda menghasilkantekanan udarayang berbeda, sehingga menghasilkanangin. Angin adalah gerakan materi (udara) dan telah diketahui sejak lama angin mampu menggerakkan turbin.Turbin angindimanfaatkan untuk menghasilkan energi kinetik maupun energi listrik. Energi yang tersedia dari angin adalah fungsi dari kecepatan angin; ketika kecepatan angin meningkat, maka energi keluarannya juga meningkat hingga ke batas maksimum energi yang mampu dihasilkan turbin tersebut.Wilayah dengan angin yang lebih kuat dan konstan seperti lepas pantai dan dataran tinggi, biasanya diutamakan untuk dibangun "ladang angin".
Tenaga angin bagus untuk dibangun di lokasi-lokasi berikut:
Energi air digunakan karena memiliki massa dan mampu mengalir. Air memiliki massa jenis 800 kali dibandingkan udara. Bahkan gerakan air yang lambat mampu diubah ke dalam bentuk energi lain. Turbin air didesain untuk mendapatkan energi dari berbagai jenis reservoir, yang diperhitungkan dari jumlah massa air, ketinggian, hingga kecepatan air sehingga turbin dapat memutargeneratordan menghasilkan energi listrik yang lebih optimal. Energi air dimanfaatkan dalam bentuk:
Tumbuhan biasanya menggunakanfotosintesisuntuk menyimpan tenaga surya, udara, danCO2. Bahan bakar bio (biofuel) adalah bahan bakar yang diperoleh dari biomassa - organisme atau produk dari metabolisme hewan, seperti kotoran dari sapi dan sebagainya. Ini juga merupakan salah satu sumber energi terbarukan. Biasanya biomass dibakar untuk melepasenergi kimiayang tersimpan di dalamnya, pengecualian ketika biofuel digunakan untuk bahan bakar fuel cell (misaldirect methanol fuel celldandirect ethanol fuel cell).
Biomassa dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar boiler untuk mendidihkan air dan menghasilkan uap atau untuk memproduksi bahan bakar jenis lain seperti biodiesel, bioetanol, atau biogas tergantung sumbernya. Biomassa berbentukbiodiesel,bioetanol, danbiogasdapat dibakar dalammesin pembakaran dalamataupendidihsecara langsung dengan kondisi tertentu.
Biomassa menjadi sumber energi terbarukan jika laju pengambilan tidak melebihi laju produksinya, karena pada dasarnya biomassa merupakan bahan yang diproduksi oleh alam dalam waktu relatif singkat melalui berbagai proses biologis. Berbagai kasus penggunaan biomassa yang tidak terbarukan sudah terjadi, seperti kasusdeforestasi zaman romawi, dan yang sekarang terjadi,deforestasi hutan amazon.Gambutjuga sebenarnya biomassa yang pendefinisiannya sebagai energi terbarukan cukup bias karena laju ekstraksi oleh manusia tidak sebanding dengan laju pertumbuhan lapisan gambut.
Ada tiga bentuk penggunaan biomassa, yaitu secara padat, cair, dan gas.Dan secara umum ada dua metode dalam memproduksi biomassa, yaitu dengan menumbuhkan organisme penghasil biomassa dan menggunakan bahan sisa hasil industri pengolahan makhluk hidup.
Bahan bakar bio cair biasanya berbentuk bioalkohol sepertimetanol,etanoldanbiodiesel. Biodiesel dapat digunakan pada kendaraan diesel modern dengan sedikit atau tanpa modifikasi dan dapat diperoleh dari limbah sayur dan minyak hewani sertalemak. Tergantung potensi setiap daerah,jagung,gula bit,tebu, dan beberapa jenisrumputdibudidayakan untuk menghasilkan bioetanol. Sedangkan biodiesel dihasilkan dari tanaman atau hasil tanaman yang mengandung minyak (kelapa sawit, kopra, biji jarak, alga) dan telah melalui berbagai proses sepertiesterifikasi.
Penggunaan langsung biasanya dalam bentuk padatan yang mudah terbakar, baik kayu bakar atau tanaman yang mudah terbakar. Tanaman dapat dibudidayakan secara khusus untuk pembakaran atau dapat digunakan untuk keperluan lain, seperti diolah di industri tertentu dan limbah hasil pengolahan yang bisa dibakar dijadikan bahan bakar. Pembuatanbriketbiomassa juga menggunakan biomassa padat, di mana bahan bakunya bisa berupa potongan atau serpihan biomassa padat mentah atau yang telah melalui proses tertentu sepertipirolisisuntuk meningkatkan persentase karbon dan mengurangi kadar airnya.
Biomassa padat juga bisa diolah dengan caragasifikasiuntuk menghasilkan gas.
Berbagai bahan organik, secara biologis dengan fermentasi, maupun secara fisiko-kimia dengangasifikasi, dapat melepaskan gas yang mudah terbakar.
Biogas dapat dengan mudah dihasilkan dari berbagai limbah dari industri yang ada saat ini, seperti produksikertas, produksigula, kotoran hewanpeternakan, dan sebagainya. Berbagai aliran limbah harus diencerkan dengan air dan dibiarkan secara alami berfermentasi, menghasilkan gasmetana. Residu dari aktivitas fermentasi ini adalahpupukyang kaya nitrogen, karbon, dan mineral.
Beberapa orang tidak menyukai estetikaturbin anginatau mengemukakan isu-isu konservasi alam ketika panel surya besar dipasang di pedesaan. Pihak yang mencoba memanfaatkan teknologi terbarukan ini harus melakukannya dengan cara yang disukai, misal memanfaatkan kolektor surya sebagai penghalang kebisingan sepanjang jalan, memadukannya sebagai peneduh matahari, memasangnya di atap yang sudah tersedia dan bahkan bisa menggantikan atap sepenuhnya, jugasel fotovoltaikamorf dapat digunakan untuk menggantikan jendela.
Beberapa sistem ekstrasi energi terbarukan menghasilkan masalah lingkungan yang unik. Misalnya,turbin anginbisa berbahaya untuk burung yang terbang, sedangkan bendungan air pembangkit listrik dapat menciptakan penghalang bagimigrasi ikan- masalah serius di bagian barat laut pasifik yang telah mengurangi populasiikan salmon. Pembakaran biomassa dan biofuel menyebabkan polusi udara yang sama dengan membakarbahan bakar fosil, meskipun karbon yang dilepaskan ke atmosfer ini dapat diserap kembali jika organisme penghasil biomassa tersebut secara terus menerus dibudidayakan.
Masalah lain dengan banyak energi terbarukan, khususnya biomassa dan biofuel, adalah sejumlah besar lahan yang dibutuhkan untuk usaha pembudidayaannya.
Masalah lain adalah variabilitas dan persebaran energi terbarukan di alam, kecuali energipanas bumiyang umumnya terkonsentrasi pada satu wilayah tertentu namun terdapat pada lokasi yang ekstrem. Energi angin adalah yang tersulit untuk difokuskan, sehingga membutuhkan turbin yang besar untuk menangkap energi angin sebanyak-banyaknya. Metode pemanfaatan energi air bergantung pada lokasi dan karakteristik sumber air sehingga desain turbin air bisa berbeda. Pemanfaatan energi matahari dapat dilakukan dengan berbagai cara, namun untuk mendapatkan energi yang banyak membutuhkan luas area penangkapan yang besar.
Sebagai perbandingan, pada kondisi standar pengujian diAmerika Serikatenergi yang diterima 1 msel surya yang memiliki efisiensi 20% akan menghasilkan 200 watt. Kondisi standar pengujian yang dimaksud adalah temperatur udara 20C dan irradiansi 1000 W/m.
Keragaman geografis juga menjadi masalah signifikan, karena beberapa sumber energi terbarukan seperti panas bumi, air, dan angin bisa berada di lokasi yang jauh dari penerima energi listrik; panas bumi di pegunungan, energi air di hulu sungai, dan energi angin di lepas pantai atau dataran tinggi. Pemanfaatan sumber daya tersebut dalam skala besar kemungkinan akan memerlukan investasi cukup besar dalam jaringan transmisi dan distribusi serta teknologi itu sendiri dalam menghadapi lingkungan terkait.
Salah satu kekurangan yang cukup signifikan adalah ketersediaan energi terbarukan di alam; beberapa dari mereka hanya ada sesekali dan tidak setiap saat (intermittent). Misal cahaya matahari yang hanya tersedia ketika siang hari, energi angin yang kekuatannya bervariasi setiap saat, energi air yang tak bisa dimanfaatkan ketika sungai kering, biomassa memiliki masalah yang sama dengan yang dihadapi duniapertanian(misal iklim, hama), dan lain-lain. Sedangkan energi panas bumi bisa tersedia sepanjang waktu.
Sepanjang sejarah, berbagai macam energi terbarukan telah digunakan.