1MANAJEMEN DAN KONSERVASI ENERGI

Prof. Ir. Panut Mulyono, M.Eng., D.Eng.Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

Pustaka

1. Energy: Management, Supply and Conservation, oleh Dr. Clive Beggs, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 2002.

2. Berbagai sumber (internet dll.)

2

Definisi Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia, energi adalah

kemampuan untuk melakukan kerja.

Satuan energi menurut Sistem Internasional adalah Joule. Satuan lain yang biasa digunakan adalah Kilowatt-jam, British thermal unit, Tonne of oil equivalent, Barrel, dan Calorie.

Satu J adalah kerja yang dilakukan jika gaya sebesar 1 Newton bekerja pada sebuah benda sehingga benda tersebut bergeser sejauh 1 m searah dengan gaya.

Satu N adalah gaya yang diperlukan untuk meningkatkan atau menurunkan kecepatan 1 kg benda sebesar 1 m/detik setiap detik.

3

Energi dan Hukum Termodinamika Hukum Termodinamika Pertama: Energi tidak dapat

diciptakan ataupun dimusnahkan. Energi hanya dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk lainnya.

Hukum Termodinamika Kedua menjelaskan konsep bahwa setiap kejadian di alam semesta memiliki arah dan cenderung berlangsung menurun dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah.

Semua proses di alam semesta cenderung menuju ke arah ketidakteraturan/keacakan yang diukur sebagai entropi.

4

5KONDISI SAAT INI Konsumsi energi meningkat rata-rata 7% per tahun

dengan adanya pertambahan penduduk, kegiatan ekonomi dan perkembangan industri yang didominasi oleh BBM (52% dari total kebutuhan energi).

Pemakaian energi tidak produktif dan boros. Cadangan minyak bumi cenderung menyusut secara

alami tetapi pertumbuhan konsumsi minyak tetap tinggi.

Ketergantungan terhadap impor energi khususnya minyak bumi menimbulkan konsekuensi ekonomi dan politik terkait dengan keamanan pasokan energi (security of energy supply).

6KONDISI SAAT INI (lanjutan)

Perkembangan energi alternatif selama ini belum berjalan dengan baik terkendala oleh harga BBM yang murah karena subsidi harga.

Penjualan kendaraan bermotor terus meningkat dengan pesat yang mendorong peningkatan konsumsi BBM, sementara kendaraan massal terbatas.

Cadangan minyak Indonesia makin menurun dan diperkirakan dalam kurun 10 tahun ke depan Indonesia sudah termasuk dalam kategori net-importing petroleum country.

7Subsidi APBN Untuk Energi

Subsidi listrik Rp 30 triliun per tahun. Subsidi BBM Rp 68 triliun per tahun.

Akibatnya banyak agenda kebijakan pembangunan langsung untuk infrastruktur, industri, pertanian, pendidikan, dan kesehatan tidak memadai pelaksanaannya karena anggaran yang tidak cukup akibat terkuras untuk subsidi energi.

8Untuk mengantisipasi berkurangnya sumber-sumber energi fosil dan untuk memenuhi kebutuhan energi di masa datang, maka harus dilakukan diversifikasi energi.

9Jenis Bahan Bakar

Rumah Tangga dan Komersial

Transportasi Industri Pembangkit Listrik

Gas

LPG -

BBG

Batubara

Batubara -

Briket - -

Gas Batubara

Batubara cair

-

Biofuel

Panas Bumi - -

Rencana Umum Diversifikasi Energi

10

Jenis Bahan Bakar

Rumah Tangga dan Komersial

Transportasi Industri Pembangkit Listrik

Lainnya

Biomassa -

Nuklir - - -

Air - - -

Surya -

Angin - - -

CBM

Hidrogen/fuel cell

- -

Oil Shale -

Biogenic Gas - -

Rencana Umum Diversifikasi Energi (lanjutan)

11

REGULASI Peraturan Presiden No. 5/2006 Tentang Kebijakan Energi

Nasional. Instruksi Presiden No. 1/2006 Tentang Penyediaan dan

Pemanfaatan Bahan Bakar Nabati (BBN)/Biofuel sebagai bahan bakar lain.

Instruksi Presiden No. 2/2006 Tentang Penyediaan dan Pemanfaatan Batubara yang Dicairkan sebagai Bahan Bakar Lain.

Keputusan Menko Perekonomian No. KEP-11/M.EKON/02/2006 Tentang Tim Kooordinasi Program Aksi Penyedia dan Pemanfaatan Energi Alternatif.

Keputusan Presiden RI No. 10/2006 Tentang Tim Nasional Pengembangan Bahan Bakar Nabati untuk Percepatan Pengurangan Kemiskinan dan Pengangguran.

Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral No. 051/2006 Tentang Persyaratan dan Pedoman izin Usaha Niaga Bahan Bakar Nabati (Biofuel) sebagai Bahan Bakar Lain.

12

Komposisi jenis energi saat ini:

Panas bumi 1,32%

Tenaga air 3,11%

Batubara 15,34%

Gas bumi 28,57%

Minyak bumi 51,66%

13

Komposisi jenis energi tahun 2025 sesuai Perpres No. 5/2006

Lain-lain 17%

Minyak bumi 20%

Gas bumi 30%

Batubara 33%

Bahan bakar nabati (biofuel) 5%

Panas bumi 5%

Biomassa, nuklir, air, surya, angin 5%

Batubara yang dicairkan/coal liquifaction) 2%

14

USAHA-USAHA PENGHEMATAN MINYAK BUMI DAN PENGURANGAN KETERGANTUNGAN TERHADAP

MINYAK BUMI

Pemanfaatan gas bumi Pemanfaatan panas bumi Pemanfaatan batu bara Pengembangan dan pemanfaatan biofuel Pemanfaatan sumber energi alternatif lainnya.

15

UPAYA MENDORONG PEMANFATAN GAS BUMI

Mendorong pemanfaatan BBG untuk transportasi. Upaya menggantikan kerosin untuk rumah tangga dengan LPG dan BBG.

Hal-hal yang harus dilakukan untuk penyiapan gas bumi untuk transportasi (sebagian sudah dilakukan): Penyiapan bahan bakar Compressed Natural Gas (CNG). Pembangunan SPBG Standarisasi dan sertifikasi produk dan fasilitas CNG Penyediaan conventer kit Pelatihan dan sertifikasi personil dalam rangka penggunaan CNG Pipanisasi gas terpadu nasional.

16

Gas Bumi untuk Rumah Tangga

Pemanfaatan LPG untuk mensubstitusi minyak tanah rumah tangga

Penyiapan kebijakan dan regulasi berkaitan dengan pemanfaatan LPG untuk rumah tangga

Penyiapan bahan baku dan infrastruktur pemanfaatan LPG untuk rumah tangga.

17

UPAYA MENDORONG PEMANFAATAN PANAS BUMI

UU No. 27 Tahun 2003 tentang Panas Bumi:

Mengatur pengelolaan dan pengembangan sumber energi panas bumi baik sebagai komoditi tambang maupun sebagai sumber energi bagi pemanfaatan langsung dan tidak langsung (pembengkit listrik)

Target pengembangan panas bumi untuk pembangkit listrik adalah 9.500 MW pada tahun 2025.

18

RENCANA PEMBANGUNAN PLTP SISTEM JAWA BALI

No. Nama Kapasitas (MW) Th Operasi1 Cibuni 10 20072 Kamojang Unit 4 60 20063 Kamojang Unit 5 60 20104 Wayang Windu 110 20075 Dieng 120 2007/86 Darajat #3 110 20077 Patuha 180 2006/98 Bedugul 10 2007

Jumlah 660

19

RENCANA PEMBANGUNAN PLTP SISTEM LUAR JAWA BALI

No. Nama Kapasitas (MW) Th Operasi1 Sarulla 110 20102 PLTP Sulawesi 40 20103 Sembalun 20 20104 Huu 10 20085 Mataloko 2,5 20066 Ulumbu 11 2006/127 Tulehu 10 20108 Hululais 110 20129 Lahendong 40 2007/8

Jumlah 351

20

KENDALA PENGEMBANGAN PANAS BUMI

Sumber panas bumi jauh dari lokasi beban. Capital intensive dalam pengembangan

panas bumi. Jaringan transmisi masih terbatas. Perlu pengembangan unit ukuran besar

karena unit dengan kapasitas kecil mahal. Perlu pricing policy dalam pengembangan

panas bumi (subsidi/kemudahan fiskal).

21

UPAYA MENDORONG PEMANFAATAN BATUBARA CAIR

Inpres No. 2 tahun 2006:

Mendorong pembangunan kilang pencairan batubara untuk menghasilkan bahan bakar minyak dengan memberikan insentif dan menetapkan batas bawah harga minyak (floor price).

22

COAL LIQUEFACTION AND COAL GASIFICATION

Pencairan batubara dilakukan dengan cara mendekomposisi batubara dan mereaksikannya dengan gas hidrogen dengan bantuan katalisator pada suhu dan tekanan tinggi.

Gasifikasi batubara dapat dilakukan dengan cara pirolisis (tanpa oksigen) pada suhu 700oC. Hasilnya adalah campuran gas CO dan H2.

23

Kecuali coal liquefaction dan coal gasification, Coal Oil Mixture (COM) dan Coal Water Mixture (CWM) juga dikembangkan dalam rangka untuk mengurangi konsumsi BBM.

Syarat COM adalah perbandingan batubara dengan minyak kurang dari 0,2 karena campuran menjadi kurang encer jika perbandingan tersebut lebih dari 0,2.

CWM dapat digunakan pada perbandingan antara batubara dan air 0,7.

24

Inpres No. 2 tahun 2006:Mengintruksikan menteri-menteri terkait, gubernur dan bupati/walikota mengambil langkah-langkah percepatan penyediaan dan pemanfaatan batubara yang dicairkan, yang terdiri dari:

Penetapan kebijakan insentif dan tarif, serta keringanan fiskal bagi penyedia dan pemanfaatan batubara cair.

Menjamin ketersediaan pasokan batubara sebagai bahan bakar yang dicairkan.

Penetapan standar dan mutu, sistem dan prosedur pengujian serta tataniaga batubara yang dicairkan.

Pengembangan produksi dalam negeri teknologi dan peralatan penyedia dan pemanfaat batubara yang dicairkan.

Meningkatkan pemanfaatan batubara yang dicairkan sebagai bahan bakar di sektor transportasi.

Pelaksanaan sosialisasi penyediaan dan pemanfaatan batubara yang dicairkan.

25

Upaya yang Telah Dilakukan Pemerintah

Melakukan penelitian berskala lab./benchmark. Pre-feasibility study untuk 3 jenis batubara (Banko,

Berau, dan Mulia).

Studi tentang kebijakan dan strategi pembangunan pabrik pencairan batubara.

Mengadakan pertemuan antara pemerintah dan para investor serta BUMN sektor ESDM untuk percepatan implementasi pengusahaan pencairan batubara.

26

PENGEMBANGAN BIOFUEL(BIOETHANOL, BIO-OIL, DAN BIODIESEL)

Tujuan pengembangan biofuel adalah untuk mensubstitusi BBM, mengurangi impor BBM, dan untuk diekspor jika jumlah produksinya berlebih.

Biofuel diproses dari produk-produk pertanian, misalnya tebu, singkong, kelapa sawit, dan jarak pagar.

Hal yang harus dilakukan adalah penyediaan lahan yang luas untuk budidaya tanaman tebu, singkong, kelapa sawit, dan jarak pagar.

Penguasaan teknologi proses produksi biofuel. Peraturan yang telah ada adalah Peraturan Menteri Energi dan

Sumber Daya Mineral No. 051/2006 tentang persyaratan dan pedoman izin usaha niaga bahan bakar nabati (biofuel) sebagai bahan bakar lain.

27

PEMANFAATAN BIOFUELJenis Penggunaan Sektor Pengguna Bahan Baku

Bioethanol Pengganti premium Transportasi Tebu dan singkong

Biokerosin Pengganti minyak tanah Rumah tangga Kelapa sawit dan jarak pagar

Bio-oil Pengganti solar TransportasiPembangkit listrik

Biomassa

Pengganti minyak diesel Transportasi kereta api, kapal laut

Pengganti minyak bakar Industri

Biodiesel Pengganti solar TransportasiPembangkit listrik

Kelapa sawit dan jarak pagar

28

PROSES PEMBUATAN BIOFUEL

BIOMASSA, SAMPAH ORGANIK

STARCH/PATI

MINYAK DAN LEMAK TUMBUHAN

KONVERSI SECARA TERMO-KIMIASUHU DAN TEKANAN

TINGGI

KONVERSI SECARABIOLOGIS10-60oC, TEKANAN

ATMOSFERIS

TANAMAN

PENCAIRAN TERMO-KIMIA

ANAEROBICDIGESTION

FERMENTASI

GASIFIKASIH2 + CO

PYROLYSIS

BIOPHOTOLYSIS

BB CAIR

METHANOL

HIDROGENASI BB CAIRDAN GAS

HIDROGEN

METHANE

ETHANOL

METHANOLYSIS METHYL ESTER/

BIODIESEL

29

HIDROGEN Hidrogen merupakan energi yang bersih dan

mempunyai nilai kalor tinggi karena panas reaksinya besar.

Tetapi untuk menghasilkan hidrogen diperlukan energi awal dalam bentuk energi thermal atau energi listrik.

Hidrogen dihasilkan dengan cara elektrolisis dari polimer elektrolit atau steam dengan suhu tinggi.

Hidrogen disimpan pada kondisi tekanan tinggi atau sebagai metal hybride.

Hidrogen dapat digunakan untuk bahan bakar mobil dll.

30

FUEL CELL

Fuel cell bisa menggunakan bahan bakar gas alam, methanol, gas batubara, dan hidrogen.

Efisiensi fuel cell 40-60%.

31

Solid electrolyte fuel cell

32

ENERGI NUKLIR

Energi nuklir dapat dihasilkan dengan 2 cara, yaitu reaksi fisi dan reaksi fusi.

Pada reaksi fisi, energi dihasilkan dari reaksi dekomposisi uranium (jenis ini yang sekarang dimanfaatkan).

Pada reaksi fusi, energi dihasilkan dari penggabungan deutorium dengan tritium (masih dalam riset).

33

ENERGI ALAM

Energi alternatif dari alam merupakan energi yang bersih tetapi densitasnya rendah sehingga tidak efisien pemanfaatannya.

Contoh energi alam adalah panas matahari, angin, gelombang, dan panas bumi.

Perlu dikembangkan alat/cara pemanfaatan energi alam dengan efisiensi sangat tinggi.

34

Trend penggunaan bahan bakar oleh manusia.

35

Bagaimana cara menggunakan energi secara efektif ?

36

QUALITATIF DAN QUANTITATIF Keefektifan penggunaan energi secara

kualitatif adalah untuk memenuhi kebutuhan energi.

Yang masuk dalam kategori ini adalah penyimpanan energi (energy storage), konversi energi, dan transportasi energi (energy transport).

Keefektifan penggunaan energi secara kualitatif tentu saja berkaitan erat dengan pengurangan secara kuantitatif dari penggunaan energi.

37

Keefektifan penggunaan energi secara kuantitatif adalah untuk mengurangi konsumsi energi secara langsung.

Hal ini dilakukan dengan cara penurunan konsumsi energi, penggunaan kembali energi terbuang, dan peningkatan efisiensi penggunaan energi (co-generation system).

38

SKEMA CO-GENERATION SYSTEM

39

HEAT RECOVERY (PEMANFAATAN KEMBALI PANAS SISA)

Heat recovery dilakukan dengan cara memanfaatkan kembali panas sisa yang terbuang dari proses, misalnya dari cerobong asap, pendinginan bahan (quenching), dll.

Panas sisa biasanya digunakan untuk pemanasan awal umpan, pemanasan awal udara pembakaran, atau untuk pemenuhan kebutuhan panas lainnya.

Pemanfaatan kembali panas sisa biasa dilakukan pada industri proses, menara destilasi, industri baja, dll.

40

HAL YANG HARUS DIPERTIMBANGKAN DALAM PEMANFAATAN PANAS SISA

Apakah sumber panas sisa tersebut layak digunakan? Kriteria: jumlah dan suhu.

Adakah pihak yang membutuhkan energi dari sisa panas yang terbuang? Kriteria: jarak dari lokasi sisa panas.

Apakah waktu terbuangnya sisa panas sesuai dengan waktu dibutuhkannya? Jika tidak, perlu penyimpanan.

Apakah dengan pemasangan alat pemanfaatan energi sisa tidak meningkatkan kebutuhan energi mula-mula?Pemasangan alat baru dapat menghambat aliran fluida sehingga meningkatkan energi untuk pompa.

41

HAL YANG HARUS DIPERTIMBANGKAN DALAM PEMANFAATAN PANAS SISA (lanjutan)

Apakah investasi untuk peralatan pemanfaatan panas sisa cukup ekonomis?

Peralatan untuk pemanfaatan panas sisa biasanya cukup mahal. Maka perlu dihitung analisis kelayakan penggunaan alat tersebut.

Alat utama pada sistem pemanfaatan panas sisa adalah alat penukar kalor.

42

PENINGKATAN EFISIENSI ENERGI

Untuk peningkatan keefektifan penggunaan energi, harus dilakukan usaha peningkatan efisiensi energi pada alat-alat perpindahan panas.

Usaha peningkatan efisiensi energi ini dilakukan dengan cara perbaikan design atau bentuk alat yang memungkinkan proses perpindahan panas terjadi secara lebih efektif dan efisien.

Alat perpindahan panas yang memungkinkan untuk dilakukan usaha peningkatan efisiensi penggunaan energi antara lain alat penukar kalor (HE), evaporator, kondensor, furnace, dll.

43

ENERGY STORAGE (PENYIMPANAN ENERGI)

Energy storage diperlukan jika waktu tersediannya energi berbeda dengan waktu dimana energi itu diperlukan. Contoh: 1) energi surya tersedia pada siang hari tetapi diperlukannya pada malam hari, 2) pada musim panas tersedia banyak energi surya tetapi di musim dingin sebaliknya.

Energi surya dapat disimpan dalam bentuk energi listrik dan energi panas (panas sensibel atau panas laten).

44

CARA PENYIMPANAN ENERGI PANAS

Sensible heat storage (penyimpanan panas sebagai panas sensibel).

Latent heat storage (penyimpanan panas sebagai panas laten).

Chemical energy storage (penyimpanan panas sebagai energi kimia).

45

Chemical Energy Storage

46

KONVERSI ENERGI Konversi energi diperlukan jika bentuk energi

yang tersedia berbeda dengan energi yang diperlukan.

Contoh: pada sistem pembangkit listrik, energi mekanik/gerak diubah menjadi energi listrik.

Pada PLTU, panas digunakan untuk membangkitkan steam lewat panas, steamlewat panas digunakan untuk memutar turbin, gerak pada sumbu turbin digunakan untuk memutar dinamo. Dari dinamo dihasilkan listrik.

47

ENERGY TRANSPORT

Jika tempat tersedianya energi berbeda dengan tempat dibutuhkannya energi, maka diperlukan pengangkutan energi.

Pengangkutan gas dan minyak untuk jumlah kecil dilakukan dengan mobil tangki atau kapal tangker.

Pengangkutan gas dan minyak untuk jumlah besar dilakukan dengan pemipaan.

Pengangkutan gas hidrogen dengan metal hydride material (MgH2, NaAlH4, LiAlH4, dll).

Kabel digunakan untuk tranportasi energi listrik. Untuk mencegah kerugian energi listrik menjadi panas maka digunakan tegangan tinggi.

Energi dari ruang angkasa disampaikan ke bumi dengan gelombang elektromagnetik.

48

TRANSPORTASI ENERGI PANAS

Menggunakan reaksi bolak-balik sebagai media pembawa energi panas.

Contoh: Proses Eva Adam. Reaksi reforming metan (Eva) yang bersifat

endotermis dijalankan dengan suhu tinggi di reaktor nuklir.

Reaksi sebaliknya, yaitu reaksi metanasi (Adam) yang bersifat eksotermis dijalankan di pusat-pusat pengguna energi.

49

PROSES EVA - ADAM

50

SKEMA SISTEM TRANSPORTASI ENERGI PANAS DENGAN PEMANFAATAN REAKSI BOLAK BALIK.

51

Transport energi panas dengan proses Eva Adam.

52

REAKSI LAINUntuk pemakaian pada suhu yang lebih rendah dapat digunakan reaksi bolak-balik dehidrogenasi sikloheksan menjadi benzen dan gas hidrogen atau reaksi bolak balik dehidrogenasi metil sikloheksan menjadi toluen dan gas hidrogen.

Reaksi (3) dapat berlangsung pada suhu 277-577oC dengan panas reaksi 260 kJ/mol dan reaksi (4) berlangsung pada suhu 276oC dengan panas reaksi 205 kJ/mol.

53

SISTEM METIL ALKOHOL/ASETALDEHID/ DIMETIL HEMI-ASETAL

Reaksi antara alkohol dan aldehid menjadi hemi-asetal merupakan reaksi eksotermis dan reaksi sebaliknya merupakan reaksi endotermis.

54

Slide Number 1Pustaka DefinisiEnergi dan Hukum Termodinamika KONDISI SAAT INI KONDISI SAAT INI (lanjutan)Subsidi APBN Untuk EnergiSlide Number 8Slide Number 9Slide Number 10REGULASISlide Number 12Komposisi jenis energi tahun 2025 sesuai Perpres No. 5/2006USAHA-USAHA PENGHEMATAN MINYAK BUMI DAN PENGURANGAN KETERGANTUNGAN TERHADAP MINYAK BUMIUPAYA MENDORONG PEMANFATAN GAS BUMI Gas Bumi untuk Rumah TanggaUPAYA MENDORONG PEMANFAATAN PANAS BUMIRENCANA PEMBANGUNAN PLTP SISTEM JAWA BALI RENCANA PEMBANGUNAN PLTP SISTEM LUAR JAWA BALI KENDALA PENGEMBANGAN PANAS BUMIUPAYA MENDORONG PEMANFAATAN BATUBARA CAIRCOAL LIQUEFACTION AND COAL GASIFICATIONSlide Number 23Slide Number 24Upaya yang Telah Dilakukan Pemerintah PENGEMBANGAN BIOFUEL(BIOETHANOL, BIO-OIL, DAN BIODIESEL)PEMANFAATAN BIOFUELPROSES PEMBUATAN BIOFUELHIDROGENFUEL CELLSlide Number 31ENERGI NUKLIRENERGI ALAMSlide Number 34Slide Number 35QUALITATIF DAN QUANTITATIFSlide Number 37SKEMA CO-GENERATION SYSTEM HEAT RECOVERY (PEMANFAATAN KEMBALI PANAS SISA)HAL YANG HARUS DIPERTIMBANGKAN DALAM PEMANFAATAN PANAS SISAHAL YANG HARUS DIPERTIMBANGKAN DALAM PEMANFAATAN PANAS SISA (lanjutan)PENINGKATAN EFISIENSI ENERGIENERGY STORAGE (PENYIMPANAN ENERGI)CARA PENYIMPANAN ENERGI PANAS Chemical Energy StorageKONVERSI ENERGIENERGY TRANSPORTTRANSPORTASI ENERGI PANAS PROSES EVA - ADAM Slide Number 50Slide Number 51REAKSI LAINSISTEM METIL ALKOHOL/ASETALDEHID/ DIMETIL HEMI-ASETAL Slide Number 54