View
14
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
44
BAB III
PENGKAJIAN SISTEM
3.1 Sejarah Dan Perkembangan Kompor
Kompor (dari bahasa Belanda: komfoor) adalah alat masak yang
menghasilkan panas tinggi. Kompor mempunyai ruang tertutup / terisolasi dari
luar sebagai tempat bahan bakar diproses untuk memberikan pemanasan bagi
barang-barang yang diletakkan di atasnya. Kompor diperkenalkan sejak masa
kolonial, sehingga menggunakan bahan bakar cair (terutama minyak tanah atau
spiritus bakar), gas (dalam bentuk padatan cair LPG atau lewat pipa saluran), atau
elemen pemanas (dengan daya listrik). Kompor biasanya diletakkan di dapur atau
laboratorium.
Alat pemanas dengan fungsi serupa kompor tetapi menggunakan bahan
bakar padat seperti arang atau batu bara dengan ruang pemanas terbuka di
Indonesia disebut anglo. Di laboratorium, kompor (umumnya dengan elemen
pemanas) biasanya digunakan untuk memanaskan bahan yang diuji dalam
percobaan.
3.1.1 Perkembangan Kompor
1. Tungku Api
Penggunaan Tungku pertama kali adalah sebagai alat untuk memasak.
Namun, kebanyakan tungku dibuat sedemikian rupa sehingga api atau
panasyang terbentuk tidak terlalu membahayakan pengguna.Tungku api
sudah ada di China sejak jaman Dinasti Qin (221-206/207 SM) dan terbuat dari
tanah liat. Desainnya mirip dengan kamado di Jepang pada periode Kerajaan
Kofun di abad3 sampai 6. Kamado sendiri mempunyai bentuk kotak persegi yang
mengurung api dengan lubang di atasnya untuk menaruh panci, dan
mempunyai tinggi sekitar lutut orang dewasa. Bahan bakarnya kayu atau
batubara yang dimasukkan dari lubang di bagian depan. Kamado berKembang
dan terus digunakan hingga periode Kerajaan Edo (1603-1867). Kelebihan
tungku api dapat dilihat dari segi biaya, tungku merupakan alternatif yang
ekonomis, Akan tetapi kekurangnya masih sangat banyak, seperti; tidak bisa
45
mengontrolfrekuensi api, api tidak menyebar dengan rata, asap yang ditimbulkan
lebih banyak, dan mengakibatkan polusi udara. Asapnya juga bisa menyebabkan
dapur pengap dan menghitam.
2. Kompor minyak
Kompor minyak tanah portable pertama kali dikenalkan tahun 1849
oleh Alexis Soyer. Kompor ini bertekanan udara yang dicampur dengan
minyak tanah (mirip dengan kompo pedagang kaki lima jaman dulu).
Sedangkan kompor yang lainnya adalah kompor Minyak tanah yang tidak
bertekanan karena menggunkan sumbu kompor. Namun tidak diketahui
secara pasti kapan kompor ini ditemukan. Penggunaan kompor berbahan
bakar minyak tanah pada saat itu dinilai jauh lebih baik karna mengurangi asap
tungku yang dapat membahayakan kesehatan. Kompor minyak tanah
mempunyai ruang penampungan minyak tanah di bagian dasar, jari-jari sumbu
kompor di bagian tengah, dan dudukan di bagian atas untuk meletakkan alat
masak. Dalam sejarah perkembangannya, kompor minyak tanah dilengkapi
pengatur api/sumbu dan indikator penunjuk jumlah minyak tanah. Pada
umumnya, kompor minyak buatan rumah tangga (buatan sederhana) terdiri
beberapa bagian yaitu tabung, sumbu, tempat sumbu, sarangan, tarikan, dan
badan kompor. Tabung minyak berada di bagian bawah, tempat menyimpan
minyak tanah sebagai sumberenergi. Tabung minyak disambungkan dengan
tempat sumbu di bagian atasnya, yang bisa dibukadan ditutup. Di bagianini ada
lubang kecil tempat menuangkan minyak tanah ke dalam tabung.
Tempat sumbu terdiri dari belasan lubang kecil melingkar dan
menjulang ke atas setinggi sekitar10 cm. Tempat sumbu inilah sebagai tempat
untuk menempatkan sumbu-sumbu hingga menyentuh minyak tanah yang berada
di tabung minyak. Sementara sumbu bagian atas disembulkan sedikit sebagai
tempat nyala api. Sumbu-sumbu di bagian atas dikelilingi oleh sarangan, agar
nyala api stabil dan tidak kena angin.Lalu, sarangan terdiri dari 3 buah, di bagian
dalam dan tengah, keduanya mengapitsumbu api. Kedua sarangan ini dibuat
berlubang-lubang kecil memenuhi semua bidang yangmelingkar. Tujuannya untuk
sirkulasi api dan agar warna api bisa biru sehingga tidak menimbulkan jelaga pada
46
panci dan sejenisnya. Sarangan bagian luar dibuat tertutup rapat, tidak
berlubang dan biasanya lapisan aluminium lebih tebal daripada kedua
sarangan yang berlubang.Tarikan berfungsi untuk membesarkan atau mengecilkan
api. Jika ditarik ke atas, api akan membesar, jika ditarik ke bawah, api akan
mengecil. Tarikan ini dihubungkan dengan lempengan tempat sumbu yang
berada di tabung minyak. Badan kompor, biasanya menghubungkansemua
bagian itu mulai dari kaki hingga atas tempat menaruh barang untuk memasak (
ceret , panci , wajan atau sejenisnya).
3. Kompor Gas
Kompor macam ini, telah muncul setelah kompor gas telah
diperkenalkan. Pada 20 September 1859, George B. Simpson di Washington DC,
Amerika Serikat mematenkan kompor listrik yang menggunkan pemanas dari
kumparan. Prinsipnya, energi listrik diubah menjadi energi panas lewat kumparan.
Seiring perkembangan jaman, di tahun 1970 muncul ide untuk menggantikan
kumparan kawat dengan glass-caramic, sehingga kompor termuktahir saat ini
tidak berbau, berasap, dan ringkas. Di Indonesia sudah banyak digunakan namun
hanya kalangan atas, dikarenakan harganya yang relatif mahal. Fase-Fase
Proses Teknik dan Tingkatan Teknologi pada Perkembangan Kompor
Dalam iptek, telah dijelaskan pada pembahasan sebelumnya materi
tentang fase-fase dan tingkatan teknologi penerapannya. Dalam tingkat
teknologi, kompor digolongkan pada teknologi tinggi yaitu suatu jenis teknologi
mutakhir yang berkembang dari hasil penerapan ilmu pengetahuan baru
dengan seiringnya waktu dan perkembangan yang canggih. Perkembangan
kompor telah mencakup semua fase-fase prosesteknik kecuali Fase teknik
konstruktif, yaitu : Fase teknik destruktif. Dimana manusia dalam memenuhi
kebutuhan mengambil langsung dari alam tanpa usaha untuk mengembalikannya
ke alam . Seperti contoh memasak dengan kayu bakar, perapian susun batu, dan
kompor gas. Pada hal ini kompor sangat di butuhkan dikalangan semua
masyarakat mulai dari menengah sampai kalangan atas. Di karenakan kompor
adalah alat pemenuhan kebetuhan manusia. Kompor juga dapat mempermudah
manusia dalam mengolah makanan. Contohnya dengan cara masak atau pun yang
47
lainnya . maka dari itu kompor sangatlah penting bagi semua manusia. Kompor di
masa yang akan mungkin akan segera di gantikan dengan hal yang lainnya seperti
yang sekarang ini sudah ada alat alat pengganti kompor diantaranya oven, magig
com, dan masih banyak lagi. Alat ini diciptakan sebagai pengganti kompor
karena terdapat kelebihan kelebihan tertentu, dan lebih irit. Manusa semakin lama
semakin pintar dalam menciptakan alat alat yang dapat mempermudah kebutuhan
seperti halnya menciptkan alat alat tersebut.
Gambar 3.1 Kompor Gas
Sumber: Data Penelitian, 2020
Sekarang ini sudah terdapat temuan terbaru yaitu dengan adanya
kompor listrik. Kompor listrik inimempunyai klebihan dari kompor yang
lainnya. Pada masa yang akan mendatang mungkinkompor gas akan menjadi
tidak ada dan digantikan dengan kompor listrik ini. Yang tidak menggunakan
bahan alam. Seperti gas alam. Maka dari itu produk kompor gas akan kalah
dengan kompor listrik.
Gambar 3.2 Kompor Listrik
Sumber: Data Penelitian, 2020
48
3.1.2 Sejarah Kompor
Di China sejak jaman Dinasti Qin (221-206/207 SM), para warga disana
memasak dengan menggunakan tungku api yang terbuat dari tanah liat. Desainnya
mirip dengan kamado di Jepang pada periode Kerajaan Kofun di abad 3 sampai 6.
Kamado sendiri mempunyai bentuk kotak persegi yang mengurung api dengan
lubang di atasnya untuk menaruh panci, dan mempunyai tinggi sekitar lutut orang
dewasa. Bahan bakarnya kayu atau batubara yang dimasukkan dari lubang di
bagian depan. Kamado berkembang dan terus digunakan hingga periode Kerajaan
Edo (1603-1867).
Pada abad pertengahan, warga Eropa masih memasak secara terbuka
dengan kayu bakar. Selanjutnya berkembang dengan membuat lantai yang lebih
rendah untuk memasak. Lalu dikenal dengan menggunakan perapian dari susunan
batu. Perapian kemudian dibuat setinggi pinggang dilengkapi cerobong asap.
Dengan cara ini memasak bisa dilakuakan sambil berdiri. Panci memasak tersebut
diletakkan persis di atas api, digantung dengan tiang atau kaki tiga. Untuk
mengatur panas tinggal menaikkan atau menurunkan posisi panci.
Selanjutnya adalah kompor minyak tanah portabel yang pertama kali
dikenalkan oleh Alexis Soyer pada 1849. Kompor ini bertekanan udara yang
dicampur dengan minyak tanah. Sedangkan kompor yang lainnya adalah kompor
minyak tanah yang tidak bertekanan karena menggunkan sumbu kompor.
Selanjutnya adalah Kompor gas yang pertama kali dibuat pada tahun 1820, namun
masih dalam bentuk eksperimen dan bersifat rahasia. Baru benar-benar muncul
pertama kali pada World Fair di London tahun 1851. Mulai tahun 1880 kompor
gas semakin dikenal masyarakat luas dan berkembang secara komersial, walaupun
agak terhambat karena pertumbuhan jaringan pipa yang lamban.
Pada 20 September 1859, George B. Simpson di Washington DC,
Amerika Serikat mematenkan kompor listrik yang menggunkan pemanas dari
kumparan. Prinsipnya, energi listrik diubah menjadi energi panas lewat kumparan.
Seiring perkembangan jaman, di tahun 1970 muncul ide untuk
menggantikan kumparan kawat dengan glass-caramic, sehingga kompor
termuktahir saat ini tidak berbau, berasap, dan ringkas.
49
3.2 Sejarah Perkembangan Konversi Energy
Periode II
3.2.1 Sejarah Penemuan system energi elektrokimia
Investigasi ilmiah mengenai kelistrikan dimulai ketika Tn Luigi Galvani
(1737-1798) serta Tn.Alessandro di Volta (1745-1827) aktif melakukan temuan
temuan penting. Kedua nama ini , sampai detik ini masih digunakan di dunia
teknik kelistrikan , istilah “Galvanic cell” dan “Volt” .masih sering kita dengar.
Temuan temuan penting hasil eksperimen keduanya antara lain :
1) Tahun 1789 Galvani menemukan adanya fenomena elektrokima kelistrikan.
Volta membangun sumber energi listrik pertama secara elektrokimia , dunia
ilmu pengetahuan kemudian mengenal satuan “Volt” sebagai besaran untuk
mengukur tegangan istrik.
2) Tahun 1802 Johann Wilhem Ritter menciptakan battery yang pertama yang
dinamakan “Ritter Pile”. Semenjak itulah berbagai temuan dan development
berkembang pesat seiring dengan temuan bola lampu oleh Thomas Alfa
Edison dan diperkenalkannya Dynamo diberbagai peralatan yang ditemukan
sesudah Revolusi Industri di Inggris pada akhir abad ke 19.
3) Produksi “LEAD Battery” pertama dipatenkan oleh Faur pada tahun 1880
disusul oleh Jungner dan Edison tahun 1899 dan 1901 dengan
menggunakan nikel-cadmium dan diproduksi masal tidak lama kemudian.
Masih banyak penemuan lain yang mengembangkan sistem elektro-kimia
penyimpan listrik dan terus mengalami penyempurnaan.
4) Awal abad ke 19 penggunaan sistem elektro kimia berbasis Lead-acid
digunakan secara besar besaran dan terus mengalami penyempurnaan-
penyempurnaan namun teknologi dasar nya tetap tidak berubah hingga kini
yaitu : elektrokimia dengan basic LEAD (Pb + PbO2) bereaksi dengan
elektrolit asam sulfat ( H2SO4).
3.2.2 Penemuan Turbin Uap
Penggunaan turbin uap untuk keperluan industri merupakan pilihan yang
cukup menguntungkan karena mempunyai efisiensi yang relatif tinggi dan bahan
bakar yang digunakan untuk pembangkitan uap dapat bervariasi. Penggunaan
50
turbin uap yang paling banyak adalah untuk mesin pembangkitan tenaga listrik.
Sumber uap panas sebagai fluida yang mempunyai energi potensial tinggi berasal
dari sistem pembangkit uap (boiler) atau dari sumber uap panas geotermal.
Adapun definisi turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik kemudian energi kinetik tersebut diubah
menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Poros turbin dihubungkan
dengan yang digerakkan, yaitu generator atau peralatan mesin lainnya,
menggunakan mekanisme transmisi roda gigi. Berdasarkan definisi tersebut maka
turbin uap termasuk mesin rotari. Jadi berbeda dengan motor bakar yang
merupakan mesin bolak-balik (reciprocating).
Dalam sejarah, mesin uap pertama kali dibuat oleh Hero dari Alexandria,
yaitu sebuah prototipe turbin uap primitif yang bekerja menggunakan prisip
reaksi. Gambar 15.1 menunjukkan turbin uap Hero dimana tubin ini terdiri dari
sumber kalor, bejana yang diisi dengan air dan pipa tegak yang menyangga bola
dimana pada bola terdapat dua nosel uap. Proses kerjanya adalah sebagai berikut,
sumber kalor akan memanasi air di dalam bejana sampai air menguap, lalu uap
tersebut mengalir melewati pipa tegak masuk ke bola. Uap tersebut terkumpul di
dalam bola, kemudian melalui nosel menyembur ke luar, karena semburan
tersebut, bola mejadi berputar.
Selanjutnya setelah penemuan Hero, beberapa abad kemudian
dikembangkan turbin uap oleh beberapa orang yang berusaha memanfaatkan uap
sebagai sumber energi untuk peralatan mereka. Thomas Savery (1650-1715)
adalah orang Inggris yang membuat mesin uap bolak-balik pertama, mesin ini
tidak populer karena mesin sering meledak dan sangat boros uap. Untuk
memperbaiki kinerja dari mesin Savery, Denis Papin (1647-1712) membuat
katup-katup pengaman dan mengemukakan gagasan untuk memisahkan uap air
dan air dengan menggunakan torak.
Gagasan Papin direspons oleh Thomas Newcomen ( 1663-1729) yang
merancang dan membangun mesin menggunakan torak. Prinsip kerja yaitu uap
tekanan rendah dimasukan ke silinder dan menekan torak sehingga bergerak ke
atas. Selanjutnya, silinder disemprot air sehingga terjadi kondensasi uap, tekanan
51
menjadi turun dan vakum. Karena tekanan atmosfer dari luar torak turun maka
terjadi langkah kerja. Perkembangan mesin uap selanjutnya adalah mesin uap
yang dikembangkan oleh James Watt. Selama kurang lebih 20 tahun ia
mengembangkan dan memperbaiki kinerja dari mesin Newcomen. Gagasan James
Watt yang paling penting adalah mengkonversi gerak bolak-balik menjadi geraka
putar (1781). Mesin tersebut kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Corliss
(1817-1888), yaitu dengan mengembangkan katup masuk yang menutup cepat,
untuk mencegah pencekikan katup pada waktu menutup. Mesin Corliss
menghemat penggunaan bahan bakar batu bara separo dari batu bara yang
digunakan mesin uap James watt.
Kemudian Stumpf (1863) mengembangkan mesin uniflow yang
dirancang untuk mengurangi susut kondensasi. Mesin uap yang dibuat paling
besar pada abad 18 adalah menghasikan daya 5 MW, pada waktu itu dianggap
raksasa, karena tidak adal agi mesin yang lebih besar. Seiring dengan kebutuhan
tenaga listrik yang besar, kemudian banyak pengembangan untuk membuat mesin
yang lebih efisien yang berdaya besar.
Mesin uap bolak-balik memiliki banyak keterbatasan, antara lain
mekanismenya terlalu rumit karena banyak penggunaan katup-katup dan juga
mekanisme pengubah gerak bolak-balik menjadi putaran. Maka untuk memenuhi
tuntutan kepraktisan mesin uap dengan efisiensi berdaya lebih besar,
dikembangkan mesin uap rotari. Mesin uap rotari komponen utamanya berupa
poros yang bergerak memutar. Model konversi energi potensial uap tidak
menggunakan torak lagi, tetapi menggunakan sudu-sudu turbin.
Gustav de Laval (1845-1913) dari Swedia dan Charles Parson (1854-
1930) dari Inggris adalah dua penemu awal dari dasar turbin uap modern. De laval
pada mulanya mengembangkan turbin rekasi kecil berkecepatan tinggi, namun
menganggapnya tidak praktis dan kemudian mengembangkan turbin impuls satu
tahap yang andal, dan namanya digunakan untuk nama turbin jenis impuls.
Berbeda dengan De laval, Parson mengembang turbin rekasi tingkat banyak,
turbinnya dipakai pertama kali pada kapal laut.
52
Disamping para penemu di atas, penemu-penemu lainnya saling
melengkapi dan memperbaiki kinerja dari turbin uap. Rateau dari Prancis
mengembangkan turbin impuls tingkat banyak, dan C.G. Curtis dari Amerika
Serikat mengembangkan tubin impuls gabungan kecepatan. Selanjutnya,
penggunaan turbin uap meluas dan praktis menggantikan mesin uap bolak-balik,
dengan banyak keuntungan. Penggunaan uap panas lanjut yang meningkatkan
efisiensi sehingga turbin uap berdaya besar (1000 MW, 3600 rpm, 60 Hz) banyak
dibangun.
Periode III-IV
3.2.3 Sejarah Penemuan Energi Termoelektrik
Teknologi termoelektrik bekerja dengan mengonversi energi panas
menjadi listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari
listrik menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Untuk menghasilkan
listrik, material termoelektrik cukup diletakkan sedemikian rupa dalam rangkaian
yang menghubungkan sumber panas dan dingin. Dari rangkaian itu akan
dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang dipakai.
Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh
ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi
dalam sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum
kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak.
Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada logam
menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum
kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck.
Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier
untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua
buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan,
terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan
panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling
berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini
kemudian dikenal dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang
kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.
53
Setelah itu, perkembangan termoelektrik tidak diketahui dengan jelas
sampai kemudian dilanjutkan oleh WW Coblenz pada tahun 1913 yang
menggunakan tembaga dan constantan (campuran nikel dan tembaga). Dengan
efisiensi konversi sebesar 0,008 persen, sistem yang dibuatnya itu berhasil
membangkitkan listrik sebesar 0,6 mW.
AF Ioffe melanjutkan lagi dengan bahan-bahan semikonduktor dari
golongan II-V, IV-VI, V-VI yang saat itu mulai berkembang. Hasilnya cukup
mengejutkan, di mana efisiensinya meningkat menjadi 4 persen. Ioffe melakukan
satu lompatan besar di mana ia berhasil menyempurnakan teori yang berhubungan
dengan material termoelektrik. Teori itu dibukukan tahun 1956 yang kemudian
menjadi rujukan para peneliti hingga saat ini.
Penelitian termoelektrik muncul kembali tahun 1990-an setelah sempat
menghilang hampir lima dasawarsa karena efisiensi konversi yang tidak
bertambah. Setidaknya ada tiga alasan yang mendukung kemunculan tersebut.
Pertama, ada harapan besar ditemukannya material termoelektrik dengan
efisiensi yang tinggi, yaitu sejak ditemukannya material superkonduktor High-Tc
pada awal tahun 1986 dari bahan yang selama ini tidak diduga (ceramic material).
Kedua, sejak awal 1980-an, teknologi material berkembang pesat dengan
kemampuan menyusun material tersebut dalam level nano. Teknologi analisis
dengan XPS, UPS, STM juga memudahkan analisis struktur material.
Ketiga, pada awal tahun 1990, tuntutan dunia tentang teknologi yang
ramah lingkungan sangat besar. Ini memberikan imbas kepada teknologi
termoelektrik sebagai sumber energi alternatif.
3.2.4 Pengembangan energi termoelektrik
Banyak aplikasi lain penggunaan energi termoelektrik yang sedang
dikembangkan saat ini, seperti pemanfaatan perbedaan panas di dasar laut dan
darat, atau pemanfaatan panas bumi. Kesulitan terbesar dalam pengembangan
energi ini adalah mencari material termoelektrik yang memiliki efisiensi konversi
energi yang tinggi.
Parameter material termoelektrik dilihat dari besar figure of merit suatu
material. Idealnya, material termoelektrik memiliki konduktivitas listrik tinggi dan
54
konduktivitas panas yang rendah. Namun kenyataannya sangat sulit mendapatkan
material seperti ini, karena umumnya jika konduktivitas listrik suatu material
tinggi, konduktivitas panasnya pun akan tinggi.
Material yang banyak digunakan saat ini adalah Bi 2 Te 3, PbTe, dan
SiGe. Saat ini Bi2 Te3 memiliki figure of merit tertinggi. Namun, karena terurai
dan teroksidasi pada suhu di atas 500 oC, pemakaiannya masih terbatas.
Rendahnya figure of merit ini menyebabkan rendahnya efisiensi konversi yang
dihasilkan, di mana saat ini efisiensinya masih berkisar di bawah 10 persen. Nilai
ini masih berkurang sampai 5 persen setelah menjadi sebuah sistem pembangkit
listrik. Masih cukup jauh dibandingkan dengan solar cell yang sudah mencapai 15
persen.
Namun, penelitian ini masih terus berkembang, apalagi setelah Yamaha
Co Ltd berhasil menaikkan figure of merit sebesar 40 persen dari yang ada selama
ini. Sejarah Perkembangan Konversi energi listrik ke dalam energi mekanik
berdasarkan prinsip kerja medan elektromagnetik
Prinsip dasar untuk menghasilkan gaya mekanik akibat adanya interaksi
antara arus listrik dengan medan magnetik telah diketahui pada awal tahun 1821.
Sepanjang abad ke-19, para peneliti mulai membuat motor listrik yang memiliki
efisiensi yang lebih baik, akan tetapi eksploitasi komersial secara besar-besaran
dari motor listrik memerlukan pembangkit-pembangkit listrik dan jaringan
distribusi listrik.
Konversi energi listrik ke dalam energi mekanik berdasarkan prinsip
kerja medan elektromagnetik yang pertama kali diperkenalkan oleh seorang
ilmuan asal Inggris, Michael Faraday, pada tahun 1821. Eksperimen yang
dilakukan Faraday yaitu sepotong kawat menggantung (free-hanging wire)
dicelupkan kedalam sebuah wadah mercury dimana pada wadah mercury tersebut
diletakkan pula sebuah magnet permanen. Ketika kawat dialiri arus listrik, kawat
tersebut berputar di sekitar magnet, hal ini menunjukkan bahwa arus listrik
menimbulkan medan magnet putar di sekitar kawat. Motor Faraday ini sering
didemonstrasikan di sekolah-sekolah kelas fisika, hanya saja air garam digunakan
sebagai pengganti mercury (air raksa) yang beracun. Eksperimen Faraday ini
55
merupakan wujud motor yang paling sederhana dan dikenal dengan nama motor
homopolar yakni motor yang mempunyai kutub yang sama. Penelitian lebih lanjut
dilakukan oleh Barlow yang merupakan perbaikan dari eksperimen yang
dilakukan oleh Faraday dan dikenal dengan Barlow’s Wheel. Sama halnya dengan
yang dilakukan oleh Faraday, eksperiemen Barlow hanya sebatas demonstrasi
saja, tidak sesuai dengan aplikasi praktis di lapangan dikarenakan konstruksinya
masih kuno atau primitif.
Pada tahun 1827, seorang ilmuan kebangsaan Hungaria, Ányos Jedlik,
mulai melakukan eksperimen rotasi elektromagnetik pada peralatan yang ia sebut
lightning-magnet self-rotor. Hasil eksperimen ini ia gunakan untuk tujuan
instruktif di Universitas-universitas, dan pada tahun 1928 untuk pertama kalinya
di perkenalkan tiga komponen utama motor arus searah praktis yaitu stator, rotor
dan komutator. Stator merupakan bagian yang diam sedangkan rotor merupakan
bagian yang berputar, keduanya bahan yang bersifat elektromagnetik. Masalahpun
muncul, masalah elektromagnetik belum juga terpecahkan dengan baik karena
motor Jedlik ini masih menggunakan medan magnet permanen pada stator dan
rotor, dan lagi-lagi, motor Jedlik ini tidak mendapat ruang dalam aplikasi praktis.
Sejarah Perkembangan konversi Energi Elektromagnetik Menjadi Energi Listrik
Antena merupakan sebuah pengantar yang didesain untuk mentransmisikan atau
menerima gelombang elektromagnetis. Dengan kata lain, antena mengonversikan
gelombang elektromagnetis menjadi arus listrik.
Antena digunakan pada berbagai sistem, seperti siaran radio dan televisi,
komunikasi radio percakapan, jaringan LAN nirkabel, radar, dan eksplorasi luar
angkasa. Umumnya, antena selalu difungsikan pada jaringan udara dan luar
angkasa. Secara fisik, antena dibuat dengan memakai satu atau lebih konduktor
yang disebut elemen. Pada transmisi, arus altematif tercipta pada elemen dengan
mengaplikasikan voltase pada terminal antena karena elemen akan meradiasi
medan elektromagnetis. Di pihak penangkap (receptor), terjadi proses sebaliknya.
Gelombang elektromagnetis dari sumber lain memasukkan arus altematif
pada elemen dan menyamakan voltasenya pada terminal antena. Beberapa antena
penerima, seperti parabola, menggabungkan bentuk reflektif permukaannya untuk
56
menangkap gelombang elektromagnetis dari udara terbuka dan menyambungkan-
nya langsung ke elemen konduktif. Antena pertama kali digunakan oleh Heinrich
Hertz, seorang fisikawan Jerman, pada 1888. Ketika itu, dia ingin membuktikan
eksistensi dari gelombang elektromagnetis yang diteorikan James Clerk Maxwell.
Hertz menempatkan pemancar dwikurub pada titik fokus di reflector parabola.
Receiver (penerima) yang dibuat Hertz terbuat dari sebuah gulungan yang
berisikan jarak ujung busi (spark gap), di mana cahaya akan terlihat saat
gelombang elektromagnetik terdeteksi. Hertz menempatkan perlengkapan
antenanya pada kotak yang digelapkan sehingga cahaya yang muncul dapat
terlihat jelas. Dia lalu mengobservasi panjang cahaya maksimum yang keluar dari
perangkat tersebut. Hasil yang didapat adalah terjadinya reduksi gelombang
elektromagnetis saat berada dalam kotak. Hal itu terlihat dari redupnya cahaya
yang terpancar.
Panel kaca yang ditempatkan di antara sumber gelombang
elektromagnetis dan receiver menyerap radiasi ultraviolet yang mengumpankan
elektron yang bergerak pada sepanjang gap tersebut. Saat dipindahkan, jarak
cahaya akan meningkat. Dia menemukan fakta tidak ada penurunan panjang
cahaya saat ia menggantikan kuarsa (sebuah batuan kristal yang dapat
memantulkaiuahaya) dengan gelas.
Pada 1886, Hertz mengembangkan Hertz antenna receiver. Ini
merupakan seperangkat terminal yang tidak memakai listrik dalam operasinya.
Dia juga mengembangkan tipe transmisi antena dwikutub, yang dikendalikan
sebuah elemen pemancar gelombang radio UHF. Perangkat ini menjadi antena
yang cukup ringkas untuk dibuat bila dilihat dari sudut pandang teoretikal.
Melalui eksperimen di laboratoriumnya pada 1887, Hertz mampu
membuktikan bahwa ruang bebas gelombang elektromagnetis melintang
[transversefree space electromagnetic waves) dapat berjalan pada jarak tertentu.
Sebenarnya hal itu telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell (Skotlandia) dan
Michael Faraday (Inggris), dua peneliti fisika dari daratan Britania. Namun, Hertz
berjasa karena mampu membuktikan secara praktis. Dengan perangkat miliknya,
57
dia menunjukkan bahwa medan magnetik dan elektrik dapat menyalurkan radiasi
dari sebuah kawat pengantar sebagai gelombang melintang.
Pada 1892, Hertz mulai mencoba eksperimen baru dan
mendemonstrasikan bahwa sinar katoda dapat melakukan penetrasi pada kertas
metal yang tipis semacam aluminium. Philip Lenard, salah satu murid Hertz,
mengembangkan apa yang selanjutnya lebih dikenal sebagai efek sinar. Dia
mengembangkan sebuah versi tabung katoda dan mempelajari penetrasi sinar X
dari beragam material. Sayangnya, Lenard tidak menyadari bahwa ia sedang
mengembangkan sebuah teknologi sinar X yang di kemudian hari sukses
dipatenkan oleh Rontgen sebagai temuannya.
3.2.5 Sejarah Perkembangan Mesin Konversi Energi
Mesin konversi energi memegang peran vital dalam perkembangan
industri yang sangat pesat sejak ditemukannya mesin uap sebagai cikal bakal
perkembangan mesin konversi energi saat ini. Mesin uap ini memiliki sistem
pembakaran luar dengan menggunakan air sebagai fluida kerja yang diubah
menjadi uap dengan memakai ketel uap. Uap yang dihasilkan oleh ketel tersebut
diteruskan untuk menggerakkan turbin uap.
Sejak abad ke-19 hingga abad ke-20, terjadi perkembangan yang sangat
pesat pada berbagai jenis mesin konversi energi, seperti turbin gas yang memiliki
sistem pembakaran luar dengan memakai udara sebagai fluida kerja dalam siklus
Brayton serta penemuan motor bakar torak yang memiliki sistem pembakaran
dalam. Perkembangan ini dimulai dengan ditemukannya siklus Brayton untuk
pembangkit tenaga gas dan siklus empat langkah oleh Nicolas A. Otto (1832-
1891) yang kemudian dikenal sebagai siklus otto. Siklus otto banyak digunakan
pada motor bakar torak dengan bahan bakar bensin, sehingga lebih dikenal dengan
motor bensin.
Pada tahun 1880-an beberapa ahli (Dugald Clerk, 1854-1913 dan James
Robson, 1833-1913 dari Inggris serta Karl Benz, 1844-1929 dari Jerman) berhasil
menemukan suatu siklus dua langkah yang memiliki daya relatif lebih besar dari
siklus empat langkah. Perkembangan berikutnya ialah di tahun 1890, seorang ahli
mesin asal Jerman bernama Rudolf Diesel (1858-1913) menemukan suatu mesin
58
pembakaran dalam jenis baru, atau lebih dikenal dengan nama motor diesel.
Kemudian pada tahun 1957 Felix Wenkel dari jerman menemukan suatu mesin
rotary yang lebih dikenal dengan nama mesin wenkel. Seluruh mesin konversi
energi tersebut, dapat diklasifikasikan atas dua kelompok, yaitu:
1) Mesin-mesin pembakaran dalam (internal combustion engines), seperti:
metor bensin (4 dan 2 tak) dan motor diesel.
2) Mesin-mesin pembakaran luar (external combustion engines), seperti:
mesin uap
Dalam artikel ini hanya membahas mengenai mesin pembakaran dalam.
Mesin pembakaran dalam dibagi lagi menjadi dua, yaitu: sistem cetusan bunga api
(Spark Ignition, SI) dan sistem kompresi (Compression ignition, CI). Isu
kelestarian lingkungan hidup menyebabkan perubahan terhadap pabrikasi
berbagai motor bakar torak, terutama untuk motor pembakaran dalam. Para ahli
berusaha untuk menemukan bahan bakar yang ramah lingkungan dengan efisiensi
dan daya yang lebih baik. Dimulai dari bahan bakar bensin di tahun 1880-an. Pada
motor berbahan bakar bensin ini ditemukan masalah knocking, sehingga muncul
ide anti knocking dengan menambahkan timbal. Hal ini terjadi saat perang dunia
pertama yang menimbulkan masalah bensin di Amerika Serikat pada tahun 1923.
Kemudian di tahun 1930-an ditemukan suatu katalis untuk meningkatkan kwalitas
bensin.
Permasalahan polusi udara akibat kendaraan bermotor mulai timbul pada
tahun 1940-an di Los Angeles. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa asap putih
(smog) timbul akibat reaksi antara oksida-nitrogen dengan hidrokarbon. Emisi
hidrokarbon banyak ditemukan pada gas buang kendaraan bermotor.
Untuk mengatasi berbagai masalah di atas, maka dilakukan berbagai
studi intensif, sehingga dihasilkan suatu bahan bakar yang ramah lingkungan,
seperti bahan bakar gas (Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquified Petroleum
Gas (LPG)) serta Alkana (metana, etana) dan Alkohol (metanol, etanol dan
butanol). Indonesia selaku penghasil gas alam terbesar di dunia akan memegang
peran yang sangat penting dalam mewujudkan harapan dunia mengenai bahan
bakar gas yang ramah lingkungan.
59
Gas alam memiki masa depan yang lebih baik, dari segi lingkungan
karena kandungan emisi Hidrokarbon dan partikulat relatif sangat sedikit, serta
dapat terbakar sempurna. Dengan demikian, bahan bakar bensin dan diesel yang
selama ini digunakan dapat diganti dengan gas alam atau bahan bakar lain yang
lebih ramah lingkungan. Untuk pengganti bahan bakar bensin perlu diperhatikan
apakah bahan bakar tersebut dapat digunakan langsung pada motor bakar bensin
atau tidak. Ini dapat ditentukan dengan melihat harga dari Bilangan Oktana
(Oktane Number, ON) dari bahan bakar tersebut. Hal ini sangat penting untuk
menghindari terjadinya knocking.
Harga bilangan oktane yang dimiliki oleh suatu bahan bakar harus lebih
besar daripada harga Bilangan Oktana Minimum (Minimum Octane Number,
MON) yang dibutuhkan oleh motor untuk kondisi operasi tertentu, agar tidak
terjadi detonasi.
3.2.6 Sejarah Konversi energi termal lautan
Konversi energi termal lautan adalah metode untuk menghasilkan energi
listrik menggunakan perbedaan temperatur yang berada di antara laut dalam dan
perairan dekat permukaan untuk menjalankan mesin kalor. Seperti pada umumnya
mesin kalor, efisiensi dan energi terbesar dihasilkan oleh perbedaan temperatur
yang paling besar. Perbedaan temperatur antara laut dalam dan perairan
permukaan umumnya semakin besar jika semakin dekat ke ekuator. Pada
awalnya, tantangan perancangan OTEC adalah untuk menghasilkan energi yang
sebesar-besarnya secara efisien dengan perbedaan temperatur yang sekecil-
kecilnya.
Permukaan laut dipanaskan secara terus menerus dengan bantuan sinar
matahari, dan lautan menutupi hampir 70% area permukaan bumi. Perbedaan
temperatur ini menyimpan banyak energi matahari yang berpotensial bagi umat
manusia untuk dipergunakan. Jika hal ini bisa dilakukan dengan cost effective dan
dalam skala yang besar, OTEC mampu menyediakan sumber energi terbaharukan
yang diperlukan untuk menutupi berbagai masalah energi.
Konsep mesin kalor adalah umum pada termodinamika, dan banyak
energi yang berada di sekitar manusia dihasilkan oleh konsep ini. Mesin kalor
60
adalah alat termodinamika yang diletakkan di antara reservoir temperatur tinggi
dan reservoir temperatur rendah. Ketika kalor mengalir dari temperatur tinggi ke
temperatur rendah, alat tersebut mengubah sebagian kalor menjadi kerja. Prinsip
ini digunakan pada mesin uap dan mesin pembakaran dalam, sedangkan pada alat
pendingin, konsep tersebut dibalik. Dibandingkan dengan menggunakan energi
hasil pembakaran bahan bakar, energi yang dihasilkan OTEC didapat dengan
memanfaatkan perbedaan temperatur lautan disebabkan oleh pemanasan oleh
matahari.
Siklus kalor yang sesuai dengan OTEC adalah siklus Rankine,
menggunakan turbin bertekanan rendah. Sistem dapat berupa siklus tertutup
ataupun terbuka. Siklus tertutup menggunakan cairan khusus yang umumnya
bekerja sebagai refrigeran, misalnya ammonia. Siklus terbuka menggunakan air
yang dipanaskan sebagai cairan yang bekerja di dalam siklusnya.
Meski sistem OTEC adalah suatu teknologi terbaru, konsepnya memiliki
jalan pengembangan yang panjang. Dimulai pada tahun 1881, yaitu ketika Jacques
Arsene d'Arsonval, fisikawan prancis yang mengajukan konsep konversi energi
termal lautan. Dan murid d'Arsonval, George Claude yang membuat pembangkit
listrik OTEC pertama kalinya di Kuba pada tahun 1930. Pembangkit listrik itu
menghasilkan listrik 22 kilowatt dengan turbin bertekanan rendah.
Pada tahun 1931, Nikola Tesla meluncurkan buku "On Future Motive
Power" yang mencakup konversi energi termal lautan. Meski ia tertarik dengan
konsep tersebut, ia beranggapan bahwa hal ini tidak bisa dilakukan dalam skala
besar.
Di tahun 1935, Claude membangun pembangkit kedua di atas 10000 ton
kargo yang mengapung di atas lepas pantai Brazil. Namun cuaca dan gelombang
menghancurkan pembangkit listrik tersebut sebelum bisa menghasilkan energi.
Di tahun 1956, para fisikawan Prancis mendesain 3 megawatt
pembangkit listrik OTEC di Abidjan, Pantai Gading. Pembangkit listrik OTEC itu
tak pernah selesai karena murahnya harga minyak di tahun 1950an yang membuat
pembangkit listrik tenaga minyak lebih ekonomis.
61
Di tahun 1962, J. Hilbert Anderson dan James H. Anderson, Jr. mulai
mendesain sebuah siklus untuk mencapai tujuan yang tidak dicapai Claude.
Mereka fokus pada pengembangan desain baru dengan efisiensi yang lebih tinggi.
Setelah menganalisa masalah yang ditemukan pada desain Claude, akhirnya
mereka mematenkan desain siklus tertutup buatan mereka pada tahun 1967.
Amerika serikat mulai terlibat pada penelitian OTEC pada tahun 1974,
ketika otoritas Natural Energy Laboratory of Hawaii mendirikan Keahole Point di
Pantai Kona, Hawaii. Laboratorium itu merupakan fasilitas penelitian dan
percobaan OTEC terbesar di dunia. Hawaii merupakan lokasi yang cocok untuk
penelitian OTEC karena permukaan lautnya yang hangat dan akses ke laut dalam
yang dingin. Selain itu, Hawaii juga negara bagian yang biaya listriknya cukup
mahal di Amerika Serikat.
Meski Jepang tidak memiliki tempat yang berpotensial untuk mendirikan
OTEC, namun Jepang banyak berkontribusi dalam penelitian dan pengembangan
OTEC, terutama untuk ekspor dan penerapannya di luar negeri. Salah satu proyek
Jepang dalam pengembangan OTEC adalah fasilitas OTEC di Nauru yang
menghasilkan 120 kW listrik. 90 kW dimanfaatkan untuk menggerakkan fasilitas
OTEC tersebut dan 30 kW dialirkan ke sekolah-sekolah dan beberapa tempat di
Nauru.
Periode V
3.2.7 Perkembangan Pengonversi Energi Matahari
Sejarah pengembangan teknologi sel surya (solar cell) atau photovoltaic
(lm ml. ii ketika seorang fisikawan Prancis bernama Antoine-Cdsar Becquer-el
melakukan serangkaian penelitiannya pada 1839. Becquerel menemukan fakta
tegangan listrik dapat termanifestasikan saat cahaya jatuh pada sebuah elektroda.
Itulah pengamatan pertama dalam sejarah terhadap efek dari photovoltaic.
Istilah photovoltaic merujuk dari bahasa Yunani yang terdiri dari dua
kata, yaitu foto yang berbunyi "phos" dan berarti cahaya serta voltaic merupakan
hasil pengembangan dari istilah volt yang diambil dari nama Alessandro Volta,
seorang pelopor dalam pengembangan energi listrik. Photovoltaic (PV) secara
harfiah bisa berarti cahaya listrik.
62
Dari data yang dipaparkan Encyclopedia Britannica, penemu pertama sel
surya adalah Charles Fritts pada 1883. Ilmuwan berkebangsaan Amerika Serikat
(AS) itu menggunakan lapisan selenium sebagai semikonduktor yang sangat tipis
dan dilapisi dengan emas.
Namun, sinar matahari yang dikonversi menjadi listrik dengan
menggunakan sel surya buatannya itu hanya menghasilkan efisiensi sebanyak satu
persen. Dengan hasil itu, sel surya pengembangan Fritts terbilang belum efektif
digunakan sebagai sumber energi. Ilmuwan lain yang memiliki andil dalam
pengembangan PV ialah Russel Ohl. Sarjana yang bekerja pada AT T Bell Labs,
New Jersey, AS, itu menjadi ilmuwan pelopor penelitian di bidang
semikonduktor.
Pada 1941, Ohl menggunakan silikon pada sel surya buatannya. Panel
surya buatan Ohl itu mendapatkan paten bernomor US2402662 dan karena hal itu
Ohl dikaitkan dengan pengembangan sel surya modern. Langkah yang lebih besar
dalam pengembangan bidang photovoltaic terjadi pada 1954 ketika tiga orang
peneliti, yaitu Gerald Pearson, Calvin Fuller, dan Daryl Chapin, dari AT T Bell
Labs secara tidak sengaja menemukan bahwa silikon dengan impurity (campuran
berbagai berbagai senyawa dari unsur gas, cair, dan padat) tertentu menjadi sangat
sensitif terhadap cahaya.
Ketiga peneliti itu menjadi kelompok peneliti pertama yang membuat
perangkat praktis dengan mengonversi sinai matahari menjadi energi listrik.Panel
surya buatan mereka bisa mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik dengan
tingkat efisiensi sebanyak 6 persen. Saat ini, ada lima negara yang berperan
sebagai produsen utama perangkat photovoltaic, yaitu Jepang, China, Jerman,
Taiwan, dan Amerika Serikat. Pada tahun lalu, China telah mengukuhkan diri
sebagai negara produsen photovoltaic terbesar di dunia.
Jepang melalui lewat proyek Sunshine-nya, memfokuskan diri pada
pemanfaatan material silikon amorf yang diharapkan dapat digunakan secara
massal oleh penduduknya. Silikon amorf memiliki fleksibilitas yang tinggi
sehingga dapat ditumbuhkan pada substrat apa pun. Dewasa ini tengah dilakukan
63
penelitian mengenai pertumbuhan material tersebut di atas plastik khusus sebagai
pengganti kaca sehingga menjadi lebih ringan dan murah.
Proyek Sunshine awalnya disponsori oleh MITI (The Ministry of
International Trade and Industry), Jepang, dan dimulai pada 1974. Ketika itu,
harga sel surya yang ditawarkan mencapai lebih dari 20 ribu yen per watt puncak.
Namun, saat ini harga itu berangsur-angsur turun menjadi 300 sampai 400 yen per
watt puncak. Di Indonesia, sel surya sebenarnya terus dikembangkan dan telah
memasuki tahap uji coba besar-besaran. Sebagai suatu perangkat semikonduktor,
pengembangan sel surya bisa disandingkan bersama-sama dengan perangkat
semikonduktor lainnya untuk aplikasi mikToelektronika.
Ada hal mendasar antara semikonduktor sel surya dengan semikonduktor
mikroelektronika, yakni pada dimensinya.Sel surya harus difabrikasi dalam
ukuran sebesar mungkin, sedangkan perangkat mikroelektronika justru dibuat
sekecil mungkin. Jadi, penguasaan teknologi sel surya dengan sendirinya akan
memudahkan penguasaan teknologi semikonduktor lainnya. Hal itu sejalan
dengan usaha pengembangan industri elektronika di Indonesia.
3.2.8 Sejarah Konversi Energi Nuklir
Di dalam inti atom tersimpan tenaga inti (nuklir) yang luar biasa
besarnya. Tenaga nuklir itu hanya dapat dikeluarkan melalui proses pembakaran
bahan bakar nuklir. Proses ini sangat berbeda dengan pembakaran kimia biasa
yang umumnya sudah dikenal, seperti pembakaran kayu, minyak dan batubara.
Besar energi yang tersimpan (E) di dalam inti atom adalah seperti dirumuskan
dalam kesetaraan massa dan energi oleh Albert Einstein : E = m C2, dengan m :
massa bahan (kg) dan C = kecepatan cahaya (3 x 108 m/s). Energi nuklir berasal
dari perubahan sebagian massa inti dan keluar dalam bentuk panas.
Dilihat dari proses berlangsungnya, ada dua jenis reaksi nuklir, yaitu
reaksi nuklir berantai tak terkendali dan reaksi nuklir berantai terkendali. Reaksi
nuklir tak terkendali terjadi misal pada ledakan bom nuklir. Dalam peristiwa ini
reaksi nuklir sengaja tidak dikendalikan agar dihasilkan panas yang luar biasa
besarnya sehingga ledakan bom memiliki daya rusak yang maksimal. Agar reaksi
nuklir yang terjadi dapat dikendalikan secara aman dan energi yang dibebaskan
64
dari reaksi nuklir tersebut dapat dimanfaatkan, maka manusia berusaha untuk
membuat suatu sarana reaksi yang dikenal sebagai reaktor nuklir. Jadi reaktor
nuklir sebetulnya hanyalah tempat dimana reaksi nuklir berantai terkendali dapat
dilangsungkan. Reaksi berantai di dalam reaktor nuklir ini tentu sangat berbeda
dengan reaksi berantai pada ledakan bom nuklir.
Sejarah pemanfaatan energi nuklir melalui Pusat Listrik Tenaga Nuklir
(PLTN) dimulai beberapa saat setelah tim yang dipimpin Enrico Fermi berhasil
memperoleh reaksi nuklir berantai terkendali yang pertama pada tahun 1942.
Reaktor nuklirnya sendiri sangat dirahasiakan dan dibangun di bawah stadion olah
raga Universitas Chicago. Mulai saat itu manusia berusaha mengembangkan
pemanfaatan sumber tenaga baru tersebut. Namun pada mulanya, pengembangan
pemanfaatan energi nuklir masih sangat terbatas, yaitu baru dilakukan di Amerika
Serikat dan Jerman. Tidak lama kemudian, Inggris, Perancis, Kanada dan Rusia
juga mulai menjalankan program energi nuklirnya.
Listrik pertama yang dihasilkan dari PLTN terjadi di Idaho, Amerika
Serikat, pada tahun 1951. Selanjutnya pada tahun 1954 PLTN skala kecil juga
mulai dioperasikan di Rusia. PLTN pertama di dunia yang memenuhi syarat
komersial dioperasikan pertama kali pada bulan Oktober 1956 di Calder Hall,
Cumberland. Sistim PLTN di Calder Hall ini terdiri atas dua reaktor nuklir yang
mampu memproduksi sekitar 80 juta Watt tenaga listrik. Sukses pengoperasian
PLTN tersebut telah mengilhami munculnya beberapa PLTN dengan model yang
sama di berbagai tempat.
3.3 Plastik
3.3.1 Pengertian Plastik
Definisi plastik adalah jenis makromolekul yang dibentuk dengan proses
polimerisasi. Polimerisasi adalah proses penggabungan beberapa molekul
sederhana (monomer) melalui proses kimia menjadi molekul besar (polimer atau
makromolekul). Pengertian plastik menurut Surono (2013) merupakan senyawa
polimer yang unsur penyusun utamanya adalah Karbon dan Hidrogen. Apabila
tepapar panas dan tekanan, bahan yang terbentuk dari bahan polimer ini mampu
65
dibentuk ke berbagai bentuk sesuai kebutuhan. Berbagai bentuk seperti batangan,
balok, dan silinder yang kemudian dapat menyesuaikan sesuai dengan kebutuhan
seperti botol, kresek, dan lain-lain. Benda ini juga merupakan bahan yang mudah
terbakar sehingga meningkatkan risiko kebakaran.
Asap hasil pembakaran produk berbahan dasar produk ini sangat
berbahaya karena mengandung gas-gas beracun seperti karbon monoksida (CO)
dan hidrogen sianida (HCN). Hal ini juga yang dapat menyebabkan pencemaran
udara. Benda yang sulit diurai oleh mikroorganisme ini ketika dibuang ke tanah
akan membuat penurunan populasi fauna tanah karena disebabkan menurunnya
mineral, baik organik maupun anorganik di dalam tanah. Fauna tanah juga sulit
mendapatkan oksigen O₂ karena benda ini di dalam tanah yang tidak dapat diurai
menghalangi lubang udara.
3.3.2 Sejarah Plastik
Produk seperti plastik pertama kali dibuat pada tahun 1862 oleh
Alexander Parkes yang berbahan selulosa. Bahan temuan Parkes ini disebut
Parkesine. Pada tahun 1907, seorang ahli kimia dari New York yang bernama Leo
Baeklend berhasil membuat bahan sintetis pertama. Dia mengembangkan Bakelite
yang merupakn resin cair. Material ini tidak terbakar, tidak mencair, dan tidak
meleleh dalam larutan asam cuka. Hal tersebut menyebabkan bahan ini ketika
terbentuk tidak bisa berubah lagi.
Plastik merupakan material yang baru, secara luas digunakan dan
dikembangkan sejak pada tahun 1975 yang diperkenalkan oleh Montgomery
Ward, Jodan Marsh, J.C. Penny, Sears dan toko-toko retail besar lainnya
(Marpaung, 2009). Bahan polimer ini berkembang secara luar biasa
penggunaannya dari hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 150
juta ton/tahun pada tahun 1990-an dan 220 juta ton/tahun pada tahun 2005 (Putra
dan Yuriandala 2010).
3.3.3 Klasifikasi Plastik
Benda ini dibedakan berdasarkan bisa atau tidaknya produk ini dibentuk
kembali, kinerja, dan berdasarkan sifat daur ulangnya.
66
1. Jenis Plastik berdasarkan Bisa atau Tidaknya Dibentuk Kembali
Benda ini dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu thermosetting
dan thermoplastik. Thermosetting adalah jenis yang jika telah dibuat dalam
bentuk padat, tidak dapat dicairkan kembali dengan cara dipanaskan, sedangkan
thermoplastik adalah jenis yang jika dipanaskan sampai temperatur tertentu, akan
mencair dan dapat dibentuk kembali menjadi bentuk yang diinginkan (UNEP
2009). Berdasarkan sifat kedua kelompok di atas, thermoplastik adalah jenis yang
memungkinkan untuk dapat didaur ulang.
2. Jenis Plastik berdasarkan Kinerja
Berdasarkan kinerja dan penggunaannya, benda ini dibagi menjadi tiga
jenis, yaitu: teknik, teknik khusus, dan komoditas. Plastik teknis memiliki sifat
yang tahan panas hingga di atas 100°C dan memiliki sifat mekanik yang baik.
Jenis plastik ini sering digunakan dalam pembuatan komponen elektronik ataupun
otomotif. Contohnya adalah PA, PC, POM dan PBT. Plastik khusus merupakan
jenis yang memiliki sifat tahan panas hingga di atas 150°C yang banyak
digunakan untuk komponen pembuatan pesawat, contohnya adalah PSF, PAR,
PAI dan PES.
Plastik komoditas merupakan jenis tidak tahan panas dan memiliki sifat
mekanik yang kurang baik. Biasanya jenis ini digunakan sebagai pembungkus
makanan, kemasan barang-barang elektronik, botol minuman, dan sebagainya.
Contohnya ABS, PE, SAN dan PE.
3. Jenis Plastik berdasarkan Sifat Daur Ulang
American Society of Plastic Industry telah membuat sistem dengan kode
atau simbol yang berbentuk segitiga arah panah. Bentuk ini merupakan simbol
daur ulang dan di dalamnya terdapat nomor yang merupakan kode dan resin yang
memiliki informasi tertentu.
Adapun jenis-jenis benda ini berdasarakan kodenya adalah sebagai berikut:
a. PET
PET (polyethylene terephthalate) penggunaannya untuk sekali
penggunaan saja, contohnya botol minyak goreng, botol kemasan air mineral,
botol sambal, jus, botol kosmetik, dan botol obat.
67
b. HDPE
HDPE (High-Density Polyethylene) salah satu yang aman
penggunaannya karena dapat mencegah reaksi kimia sehingga cocok untuk botol
susu cair, botol obat, botol kosmetik, dan jerigen pelumas.
c. PVC
PVC (Polyvinyl Chloride) yang memiliki kandungan DEHA tidak cocok
digunakan untuk pembungkus makanan sehingga lebih cocok untuk penggunaan
pipa bangunan, pipa selang air, taplak meja, mainan, botol sambal, dan botol
shampo.
d. LDPE
LDPE (Low-Density Polyethylene), bahan ini lebih mudah didaur ulang
untuk penggunaan pembungkus daging beku, tutup, kantong kresek, dan berbagai
macam produk berbahan dasar sama yang tipis lainnya.
e. PP
PP (Polypropylene atau Polypropene) untuk tutup botol, cup, bungkus
margarine, dan mainan anak.
f. PS
PS (Polystyrene) untuk kegunaan sendok, kotak CD, garpu, gelas, tempat
makanan dari styrofoam, dan tempat makan transparan.
g. Other
Other (O), jenis plastik lainnya selain dari 6 contoh klasifikasi kemasan
di atas. Biasanya digunakan untuk botol susu bayi, galon air minum, alat-alat
rumah tangga, suku cadang mobil, komputer, alat-alat elektronik, mainan lego,
dan sikat gigi.
3.3.4 Proses Pembuatan dan Bahan Baku
Plastik yang sering kita gunakan melalui beberapa proses pembuatan
terlebih dahulu sebelum bisa kita gunakan. Karena jenisnya yang berbeda-beda
maka cara pembuatannya juga berbeda-beda, tapi secara umum pembuatan benda
ini meliputi injection molding, ekstrusi, thermoforming, dan blow molding.
68
1. Injection Molding
Injection molding adalah plastik yang masih berupa biji plastik atau
pellet dimasukkan ke dalam tabung panas yang kemudian akan meleleh dan
lelehan ini dibawa ke dalam cetakan.
2. Ekstrusi
Tahap selanjutnya ekstrusi, yaitu lelehan biji plastik ini ditekan secara
terus menerus sehingga bisa lebih lebur dan halus.
3. Thermoforming
Pada tahap thermoforming, biji plastik yang leleh telah berubah menjadi
lempengan kemudian dipanaskan kembali dan dimasukkan kedalam cetakan
lainnya.
4. Blow Molding
Proses blow molding merupakan proses terakhir dalam pembuatan plastik
secara umum. Tahapan pada proses ini adalah:
a. Biji plastik (pellet) dilelehkan pada sekrup di dalam tabung berpemanas
secara terus menerus
b. Plastik panas membentuk pipa (parison)
c. Plastik panas ditiup dalam cetakan
d. Dibuat menjadi barang yang diinginkan
Bahan baku pembuatan benda ini adalah biji plastik. Biji plastik biasanya
berupa butiran berwarna bening dan berbahan dasar bahan kimia yang bernama
styrin monomer. Biji plastik yang asli terbuat dari styrin monomer biasanya mahal
dan masih import dari luar negeri. Ada juga yang terbuat dari biji plastik daur
ulang. Biji plastik daur ulang merupakan hasil daur ulang sampah-sampah plastik
yang dicacah sesuai dengan jenisnya.
3.3.5 Sifat Polimer Konduktif
Sifat polimer konduktif merupakan sifat polimer yang memiliki
konduktivitas listrik sebanding dengan konduktivitas logam. Salah satu
karakteristik umum polimer konduktif adalah memiliki ikatan backbone
terkonjugasi karena adanya oksidasi maupun reduksi akibat sifat donor-akseptor
elektron. Polimer konduktif adalah polimer yang memiliki konduktivitas listrik
69
sebanding dengan konduktivitas logam. Salah satu karakteristik umum polimer
konduktif adalah memiliki ikatan backbone terkonjugasi karena adanya oksidasi
maupun reduksi akibat sifat donor-akseptor elektron.
3.3.6 Industri
Tahun 1960-an industri plastik merupakan industri yang berkembang
pesat di Indonesia. Namun perkembangan industri ini semakin menurun dari
waktu ke waktu seiring tantangan yang dihadapi industri ini. Industri ini sebagai
bahan pengemasan menghadapi berbagai persoalan, salah satunya sampah plastik
yang tidak dapat diurai dengan mudah oleh mikroorganisme tanah sehingga
terjadi penumpukan sampah yang semakin banyak. Kendala lain adalah sampah
jenis ini yang berbahan dasar minyak bumi yang tidak dapat diperbarui lagi
sehingga keberadaannya yang semakin menipis.
Bahan baku dari plastik yang masih diimport dari luar negeri juga
menyulitkan berkembangnya industri ini. Tapi apakah Anda sudah benar-benar
mengurangi penggunaan plastik? Karena nyatanya semua pengemasan untuk
kebutuhan kita sehari-hari masih banyak yang menggunakan plastik sebagai
bahan dasarnya. Air minum kemasan yang berbentuk gelas sangat banyak kita
jumpai dalam berbagai kegiatan. Sabun mandi, deterjen, ataupun shampo mulai
dari yang botol sampai yang sachetan semuanya terbuat dari bahan plastik.
Makanan cepat saji juga yang kita konsumsi semua pengemasannya hampir
menggunakan plastik.
Dengan semua ini tidak menutup kemungkinan yang semula industri
plastik diprediksi akan semakin menurun akan berkebalikan menjadi semakin
meningkat dan tak terkendali. Semua kembali lagi dari kita sebagai konsumen.
70
3.3.7 Dampak Lingkungan
Gambar 3.3 Sampah Gelas yang Menumpuk
Sumber: Data Penelitian, 2020
Bahan yang sulit diuraikan tentu membuat sampah plastik memberikan
dampak yang negatif bagi lingkungan. Tanah akan tercemar, air tanah, serta fauna
tanah pun demikian karena sampah jenis ini yang dibuang ke tanah akan
menyebarkan bahan kimia yang berbahaya bagi hewan pengurai di dalam tanah
seperti cacing dan juga dapat mengontaminasi dari air tanah. Plastik yang tidak
dapat terurai akan termakan oleh binatang maupun tanaman sehingga akan
mengganggu susunan rantai makanan dan juga dapat mengurangi kesuburan tanah
karena benda ini akan menghalangi jalannya sirkulasi udara sehingga mengurangi
ruang gerak dari biota tanah yang bertugas menyuburkan tanah.
Bahan yang memiliki umur panjang ini tidak hanya akan mencemari
tanah, tetapi laut sekalipun akan tercemari karena limbah benda ini yang banyak
dibuang ke sungai sehingga bermuara ke laut dan mengancam ekosistem di laut.
Sedotan, kemasan makanan siap saji, bungkus deterjen, dan sampah plastik
lainnya mengintai hewan-hewan yang berada di laut. Banyak dari mereka yang
mengira ini makanan sehingga memakannya begitu saja padahal ini bahan
berbahaya yang tidak dapat diurai oleh tubuh hewan.
Mikroplastik adalah potongan kecil-kecil dari sampah yang juga
mencemari lingkungan. Potongan kecil ini adalah potongan dari plastik yang
besar atau oalahan produk yang sama lainnya. Memiliki sifat tidak mudah diurai
plastik hanya berubah bentuk menjadi ukuran kecil yang tak kasat mata dan dapat
mencemari berbagai barang yang dikonsumsi oleh makhluk hidup dan dapat
71
merusak berbagai makhluk hidup sesuai dengan mekanisme rantai makanan.
Tersebar dan diproduksi di mana-mana membuat semakin besar kemungkinan
benda ini untuk mencemari dan dapat mengganggu ekologi. Ekosistem yang
sudah terkena dampak negatifnya adalah ekosistem laut dan tanah.
3.3.8 Plastik Ramah Lingkungan
Plastik ramah lingkungan merupakan produk yang dapat hancur atau
cepat terurai dengan sendirinya kurang lebih dalam kurun waktu 2 tahun. Arora
remaja berusia 16 tahun yang mampu menciptakan plastik yang dapat teruai
dengan cepat. Cepatnya proses penguraian produk ini karena produk ini terbuat
dari campuran bahan organik. Seperti paparan Arora menurut Tribun Jogja, ia
mengekstrak karbohidrat bernama chitin dan secara kimiawi mengubahnya
menjadi chitosan. Setelah itu, ia mencampurnya dengan fibroin, protein yang
dimiliki kepompong sutra.
Material ini 1,5 juta kali lebih cepat dalam hal menguraikan plastik yaitu
dapat menguraikan benda ini benar-benar terpecah hanya dalam kurun waktu 33
hari. Arora mendapat penghargaan di Inovator to Market pada tahun 2018 dan
mendapat perhatian dari seluruh dunia dalam ajang Intel International Science
and Engineering Fair.
3.3.9 Negara Penghasil Sampah Plastik Terbesar
Gambar 3.4 Sedotan Plastik menjadi Salah Satu Penyumbang Sampah Terbesar
Sumber: Data Penelitian, 2020
Sampah plastik bukanlah masalah biasa, bahkan sampah jenis ini sudah
menjadi perhatian pemerintah dunia. Beberapa negara sebagai penyumbang
sampah plastik terbanyak di lautan adalah Tiongkok dan Indonesia. Tiongkok
72
merupakan negara penyumbang sampah ini terbanyak di dunia. Hasil penelitian
dari ilmuan kelautan University of Georgia menyatakan bahwa Tiongkok
menghasilkan kurang lebih 11,5 juta ton sampah jenis ini setiap tahunnya.
Sebanyak 8,8 juta ton, sekitar 78% sampah plastik langsung dibuang ke
lautan tanpa diolah terlebih dahulu. Data ststistik menyatakan bahwa masyarakat
yang tinggal di pesisir Tiongkok membuang sampah jenis ini langsung ke lautan
sebanyak 33,6 kg. Indonesia menyumbang sampah plastik nomor dua setelah
Tiongkok yaitu sebesar 3.2 juta ton setiap tahunnya yang dibuang ke laut. Hal
tersebut membuat Indonesia menjadi negara nomor satu penyumbang sampah
terbanyak di Asia Tenggara. Kesadaran masyarakat Indonesia yang sangat kurang
akan bahaya sampah jenis ini bagi ekosistem membuat hal ini terjadi.
Manfaat plastik bagi manusia memang tinggi karena digunakan sebagai
bahan baku pembuatan peralatan rumah tangga yang berguna bagi kehidupan.
Namun, sifat bahan ini yang sukar terurai membuat penggunaannya perlu
dikontrol. Inovasi dan teknologi perlu dikembangkan untuk menciptakan
penggunaan plastik yang ramah lingkungan.
Recommended