Dari Mana Datangnya Semua Energi yang Kita Gunakan?

Beberapa saat sebelum kita bangun pagi ini, sel-sel di dalam tubuh kita sudah sibuk melakukan pembakaran. Kalor (Q) yang dihasilkan pada proses pembakaran tersebut berguna untuk menjaga badan kita tetap hangat. Ketika kita bangun dan mulai bergerak, kita membutuhkan Energi Kinetik (Ek). Kalau kita menyalakan lampu, kita baru aja mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya. Kalau kita naik tangga, maka Energi Potensial (Ep) tubuh kita naik setiap kali menaiki anak tangga. Dalam satu hari, ada berbagai macam jenis energi yang kita konsumsi.

Energi itu memang ada di mana-mana. Peradaban manusia bisa menjadi maju seperti sekarang ini karena kemampuan kita untuk bisa mengendalikan energi tersebut. Cuma masalahnya, konsumsi energi kita itu makin lama makin besar dan kita menjadi sangat bergantung pada bahan bakar fosil. Kalau kita masih terus-terusan menggunakan bahan bakar yang kita gunakan sekarang (yang persediaannya terbatas), itu bisa membahayakan umat manusia itu sendiri. Oleh karena itu, kita harus segera mencari solusinya nih, gimana caranya agar kita bisa terhindar dari bahaya tersebut.

Karena masalah utamanya terletak pada ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, mau ga mau kita harus segera beralih ke sumber energi lain. Nah, artikel ini akan mengajak lo menelusuri sumber energi lain yang bisa menjadi alternatif untuk menopang kehidupan di bumi. Tapi sebelum kita fokus pada cerita penerapannya, sebaiknya kita tahu juga dasar teori terkait solusi dari masalah energi tersebut. Dasar teorinya sebenernya nggak berat-berat amat kok. Beberapa diantaranya bahkan udah kita pelajari sejak di bangku SD, contohnya hukum kekekalan energi di bawah ini:

Energi itu kekal; Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya berubah bentuk dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk energi yang lain.

Nah, karena energi itu kekal. Berarti konsekuensinya adalah, kita bisa melacak asal-muasal seluruh energi yang kita gunakan. Artikel ini akan mengajak lo mencari tahu asal-usul sebagian besar energi yang kita pakai, baik dari makanan maupun yang bukan dari makanan. Penasaran? Yuk, lanjut baca artikelnya.

banner energi

 

 

Energi yang dihasilkan oleh tubuh kita

Bentuk energi yang paling primitif yang masih kita konsumsi sampai sekarang itu adalah energi yang dihasilkan oleh tubuh kita. Pernah menghitung nggak sih, kira-kira, berapa banyak Energi yang kita konsumsi untuk berjalan, berpikir, berlari, memanaskan badan, dsb? Nah, berhubung semua energi tersebut kita dapat dari makanan, berarti kita bisa memperkirakan jumlah energi yang kita konsumsi itu dari jumlah kalori yang kita makan tiap harinya.

Kalau lo beli makanan kemasan, biasanya di bagian belakangnya tertulis tuh, berapa asumsi kebutuhan energi tiap-tiap orang dilihat dari Angka Kecukupan Gizinya (AKG). Berikut ini foto salah satu contoh tulisan yang tertera di belakang bungkus makanan kemasan:

AKG di belakang bungkus Royco

Jadi, kita bisa menggunakan asumsi tersebut untuk menghitung berapa kebutuhan energi kita dari makanan, yaitu sekitar 2.000 kilo kalori.

Nah, berhubung 1 kal = 4,2 Joule, berarti berapa Joule sih Energi yang kita habiskan dalam satu hari? Kita bisa hitung dengan persamaan berikut ini:

kalori

Berikutnya, kita bisa menghitung juga berapa kira-kira daya rata-rata (P) yang kita konsumsi. Masih ingat konsep daya?

Daya itu adalah jumlah energi yang kita habiskan tiap satuan waktu.

Suatu perangkat elektronik yang dayanya 300 Watt misalnya, itu berarti perangkat tersebut menghabiskan 300 Joule setiap detiknya. Nah, kalau gitu, untuk mencari tahu berapa Daya rata-rata yang kita konsumsi, tinggal hitung aja begini:

daya

Yah, kira-kira setara dengan daya yang dipakai oleh satu bohlam 100 Watt lah. 🙂

konsumsi-daya-manusia-100-watt-kayak-bohlam

 

Dari mana datangnya Energi yang tubuh kita gunakan?

Bohlam bisa mendapatkan energinya melalui listrik. Kalau tubuh kita dari mana? Tentunya lo tahu bahwa jawabannya adalah dari makanan. Makanan yang kita konsumsi itu kita bakar di dalam tubuh dengan reaksi respirasi yang kira-kira bisa disederhanakan menjadi seperti ini:

respirasi

Reaksi respirasi tersebut terjadi di sel-sel tubuh kita (lebih tepatnya di mitokondria) untuk menghasilkan energi yang bisa kita gunakan untuk bergerak, berpikir, memanaskan badan dari kedinginan, dll.

Terus, energi dari makanan yang kita makan itu datangnya dari mana? Tinggal kita balik aja reaksi respirasi di atas menjadi reaksi ini:

fotosintesis

Familiar sama reaksi itu? Iya, itu reaksi fotosintesis. Dengan reaksi tersebut, tumbuhan bisa mengubah energi yang dia dapat dari matahari menjadi energi kimia dalam bentuk glukosa. Kalau ada hewan yang makan tumbuhan, energinya pindah ke hewan tersebut. Kalau lo makan hewan tersebut, energinya pindah ke elu.

Jadi ternyata semua energi yang lo konsumsi untuk beraktivitas sehari-hari itu datangnya ya dari matahari.

 

Energi yang bukan dari makanan

Man shall not live by bread alone” -siapa ya? 🙂

Kita hidup bukan hanya dari makanan yang kita makan. Lo bisa bayangin bahwa 100 Watt itu relatif kecil dibandingkan dengan alat-alat yang kita pakai. Coba perhatikan barang-barang elektronik yang lo pakai sehari-hari, berapa daya yang dihabiskan?

  • Komputer Desktop + Monitornya, 80-250 Watt.
  • TV, 80-400 Watt.
  • Microwave, 1200 Watt.
  • Kulkas, 100-200 Watt.
  • AC, 200-700 Watt.
  • dll

Catatan: Besar daya di atas hanya estimasi kasar ya, untuk memberikan gambaran bahwa alat-alat elektronik di rumah aja sudah menghabiskan banyak sekali energi.

Itu baru dari alat elektronik rumah loh, belum termasuk alat-alat transportasi yang juga membutuhkan daya yang besar.

Kalau kita bandingkan energi non-makanan dengan energi yang kita konsumsi dari makanan, kira-kira gimana?

Ada nih estimasi kasar dari International Energi Agency (IEA) tentang energi yang dikonsumsi manusia di seluruh dunia. Menurut estimasi IEA, pada tahun 2013, total konsumsi energi kita adalah sekitar 5,67 \times 10^{20} \text{ Joule}. Itu adalah konsumsi energi dalam satu tahun. Itu kira-kira setara dengan 18 terrawatt, atau 18.000.000.000.000 Watt!

Nah, dari informasi di atas, kita bisa hitung nih, berapa banyak sih daya yang dihabiskan oleh satu orang untuk yang non-makanan? Tinggal kita bagi aja dengan penduduk dunia, yaitu sekitar 7 miliar orang.

daya pendduk

Kalau gitu, kita bisa bandingkan energi yang kita habiskan dari makanan vs energi yang kita habiskan dari non-makanan, seperti ini:

energi dari makanan vs non-makanan

Coba bayangkan peradaban manusia sekarang itu kayak apa kalau kita cuma mengkonsumsi energi dari makanan aja; nggak ada tranportasi, nggak ada lampu, nggak ada TV, nggak ada komputer, nggak ada HP, dan sebagainya. Apa yang bikin hidup kita di jaman sekarang ini enak ya karena kita bisa “mengendalikan” energi tersebut. Lo juga bisa baca tulisan ini juga pakai energi kan. 🙂

Okay, kita udah bahas asal-muasal dari 3,7% energi yang kita gunakan. Nah, bagaimana dengan 96,3% sisanya? Coba yuk kita cari tahu!

 

Terdiri dari apa aja Energi non-makanan yang kita konsumsi?

Kalau mau melihat dari mana aja 96,3% energi yang kita konsumsi tersebut, kita bisa mulai dengan melihat grafik di bawah ini:

Total_World_Energy_Consumption_by_Source_2013

Dari grafik tersebut, kelihatan kan bahwa sebagian besar energi kita itu diambil dari 3 hal ini:

  • Minyak Bumi (Petroleum)
  • Batubara (Coal)
  • Gas Alam (Natural Gas)

Ketiganya itu sama-sama merupakan bahan bakar fosil. Sisanya Nuklir (PLTN) 2,6% dan energi terbarukan cuma 19%, terdiri dari PLTA, PLTB, dan sebagainya. Yuk kita lihat satu per satu.

 

Minyak Bumi, Batubara, dan Gas Alam - Energi dari Bahan Bakar Fosil

Dari seluruh energi non-makanan yang kita konsumsi, hampir 80%nya berasal dari bahan bakar fosil, yaitu Minyak Bumi, Batubara, dan Gas Alam. Bagaimana cara memakainya? Berhubung namanya juga “bahan bakar”, berarti cara memakainya adalah dibakar. Reaksi pembakarannya juga mirip dengan reaksi pembakaran yang terjadi di dalam tubuh kita, yaitu gugus karbon direaksikan dengan oksigen. Salah satu contohnya adalah pada reaksi pembakaran metana berikut ini:

metana

Reaksi pembakaran ini juga reaksi yang menghasilkan energi.

Dari mana asalnya Energi Bahan Bakar Fosil?

Dari namanya, bisa ditebak bahwa bahan bakar fosil itu berasal dari hewan dan tumbuhan yang mati jutaan tahun yang lalu. Sebagian besar bahan bakar fosil kita terbentuk dari jasad renik tumbuhan, binatang, dan alga yang hidup pada Periode Karbon (Carboniferous Period), sekitar 300 juta tahun tahun yang lalu (100 juta tahun lebih tua dari periode Dinosaurus). Jasad renik yang mati di dalam rawa dan tenggelam hingga ke dasarnya akan dengan cepat tertutup pasir dan tanah liat. Setelah ratusan juta tahun, semua organisme itu tergencet di bawah panas dan tekanan yang hebat dan terkonversi menjadi sumber energi yang berwujud padat, cair, atau gas, masing-masing adalah batubara (padat), minyak bumi (cair), dan gas alam (gas).

Nah, berarti dari mana asalnya energi bahan bakar fosil tersebut? Ya tentu dari energi yang dimiliki oleh hewan dan tumbuhan 300 juta tahun yang lalu itu. Kalau kita telusuri lebih jauh lagi, hewan dan tumbuhan itu dapat energinya dari mana? Sama dengan hewan dan tumbuhan di jaman sekarang, yaitu dari matahari.

Jadi, bahan bakar fosil yang kita gunakan itu sebenarnya berasal dari matahari 300 juta tahun yang lalu! Inilah sebabnya bahan bakar fosil itu disebut sebagai energi yang tak-terbarukan. Nggak mungkin kita pakai terus-menerus karena suatu saat pasti akan habis. Lagipula, sebelum habis, kita bisa mati duluan gara-gara global warming.

 

Energi Terbarukan (Renewable Energy)

Untuk saat ini, energi terbarukanbaru men-supply sekitar 19% dari energi non-makanan yang kita konsumsi. Tapi masa depan kita ada di sini nih. Umat manusia harus bisa mengembangkan potensi yang ada pada energi terbarukan ini. Karena kalau enggak, ya kita akan bergantung terus sama bahan bakar fosil, yang resikonya udah pernah dibahas di sini.

Nah, apa aja yang termasuk dalam energi terbarukan ini? Ada banyak. Kita akan coba lihat beberapa di antaranya, dan kita akan cari tahu dari mana energinya berasal.

1. PLTB

PLTB itu kepanjangannya adalah Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Bayu itu artinya angin (Bahasa Sansekerta). Jadi, PLTB adalah pembangkit listrik yang energinya berasal dari angin. Kincir angin biasanya digunakan untuk “menangkap” energi kinetik yang dimiliki angin, kemudian kincir tersebut memutar turbin. Dengan konsep yang serupa dengan yang dipakai untuk mengerjakan soal nomor 23 dan 24 di url ini, listrik bisa dibangkitkan.

kincir
Kiri: Kincir angin klasik di Belanda. Kanan: Kincir angin modern.

Okay, kita udah tahu bahwa energi yang dihasilkan dari PLTB itu berasal dari energi kinetik angin. Kalau gitu, dari mana angin bisa mendapatkan energinya?

Mungkin lo masih ingat di pelajaran SD bahwa definisi angin itu adalah “udara yang bergerak”. Nah, masih ingat juga nggak, udara itu bergerak dari mana ke mana? Ini pelajaran SD juga loh. 🙂 Kita coba bantu ingetin dengan gambar di bawah ini deh.

angin-bergerak-2
Kiri: Nelayan berangkat di malam hari pada saat angin bertiup dari darat ke laut. Kanan: Nelayan pulang di siang hari pada saat angin bertiup dari laut ke darat.

 

Jadi, angin itu bergerak dari yang rapat (tekanan udara tinggi) ke yang renggang (tekanan udara rendah). Nah, siapa yang menyebabkan adanya perbedaan tekanan udara tersebut? Well, lagi-lagi matahari. Perbedaan masing-masing tempat dalam menyerap panas dari matahari (karena perbedaan kapasistas kalor misalnya), menyebabkan adanya perbedaan tekanan udara. Perbedaan tekanan udara itulah yang mengakibatkan udara bergerak.

Selain karena perbedaan tekanan udara, rotasi bumi juga punya peran dalam mengubah arah angin, tapi ini nggak besar, apalagi di daerah khatulistiwa seperti di Indonesia.

 

2. PLTA

PLTA adalah kependekan dari Pembangkit Listrik Tenaga Air. Nah, kalau kita ngomongin PLTA, biasanya banyak yang langsung interpretasinya adalah pembangkit listrik yang menggunakan energi dari air terjun. Sebenarnya nggak harus begitu. Interpretasi PLTA secara umum adalah pembangkit listrik apapun yang memanfaatkan energi yang dimiliki air, biasa disebut Hydro Plant. Jadi untuk pembangkit listrik yang menggunakan tenaga ombak, arus laut, dan sebagainya, itu bisa juga disebut sebagai PLTA. Tapi supaya topiknya nggak terlalu melebar, yang kita bahas di sini hanya PLTA yang menggunakan energi dari air terjun aja deh ya.

bendungan-dan-air-terjun

Di Indonesia, PLTA udah dibangun sejak awal abad ke-20 oleh Belanda. Sekarang, PLTA terbesar di Indonesia adalah PLTA Cirata di Jawa Barat yang mampu memproduksi 1008 MW listrik. Pembangunan PLTA bisa makan waktu lama banget. Tahap studi kelayakan aja bisa sampai 20 tahun dan konstruksi bisa makan waktu 5-20 tahun, tergantung kapasitasnya. Pembangunan PLTA juga sedikit merusak lingkungan karena mengubah ekosistem sungai.

Nah, sekarang bagaimana dengan asal-muasal energi yang dibangkitkan dari PLTA ini? Prinsipnya kira-kira begini nih:

konversi-energi-PLTA

Supaya lebih kebayang lagi, coba kita kerjain soal di bawah ini deh:

air terjun

Pembahasannya ada di sini:

Video diambil dari soal no 31 di playlist latihan soal usaha dan energi di zenius.net

Setelah menonton pembahasan di atas, makin kebayang lah ya bagaimana prinsip kerja PLTA? Jadi ternyata energi listrik yang dihasilkan oleh PLTA itu berasal dari Energi Potensial air. Eh, tapi kalau gitu, Energi Potensial yang dimiliki oleh air itu datangnya dari mana? Kok bisa tiba-tiba air memiliki Energi Potensial? Kok bisa air yang tadinya ada di laut (awalnya ketinggiannya h = 0), tiba-tiba bisa ada di atas lagi, mengakibatkan Ep-nya ada (yaitu sebesar m.g.h)? Nah, jawabannya ada pada siklus air yang terlihat pada gambar di bawah ini:

siklus-air

Jadi air itu bisa naik dari lautan ke gunung melalui proses penguapan. Lagi-lagi matahari punya peran di sini. Energi matahari diserap oleh air di laut, yang membuat air tersebut bisa menguap ke udara mencapai ketinggian tertentu sehingga memiliki Energi Potensial (Ep = m.g.h).

 

3. OTEC

Air laut menyimpan potensi energi yang guede banget. Ada banyak cara manfaatinnya. Salah satu yang potensial di Indonesia adalah OTEC (Ocean Thermal Energy Converter). Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan perbedaan temperatur dasar dan permukaan laut yang kena sinar matahari. Karena itu, potensi OTEC banyaknya di negara-negara khatulistiwa termasuk Indonesia. Laut yang bisa dimanfaatkan untuk OTEC adalah laut dengan kedalaman setidaknya 1000 meter. Pada kedalaman segitu, perbedaan temperatur dasar dan permukaan laut bisa sampai 20oC lebih.

Prinsip kerja OTEC itu bermacam-macam, tapi intinya nggak jauh-jauh dengan konsep mesin kalor yang lo pelajari di SMA, seperti contoh soal di bawah ini:

soal-mesin-carnot

Pembahasannya bisa lo lihat di soal nomor 20 di url ini. Tapi inget yah, contoh di atas itu menggunakan siklus Carnot, siklus ideal yang nggak ada di dunia nyata. Pada mesin kalor yang beneran, siklusnya nggak begitu, tapi konsep dasarnya sama, yaitu memanfaatkan perbedaan temperatur antara reservoir panas dan reservoir dingin untuk menghasilkan energi. Biasanya energi yang dihasilkan ini adalah energi kinetik untuk memutar turbin, yang kemudian menghasilkan energi listrik.

Nah, berhubung OTEC memanfaatkan perbedaan temperatur air laut di dasar dan di permukaan, berarti energinya dari mana dong? Ya jelas dari matahari. Karena sinar matahari inilah yang membuat temperatur air laut di permukaan lebih tinggi dibandingkan temperatur air laut di dasar. Jadi, lagi-lagi matahari. 🙂

 

4. PLTS

Setelah membahas berbagai jenis pembangkit listrik yang ujung-ujungnya selalu melibatkan matahari, kali ini kita akan membahas pembangkit listrik yang langsung dari matahari, PLTS, Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Yeah!

Energi surya bisa diubah jadi listrik dengan dua cara. Cara pertama dengan mengarahkan panas matahari pake cermin ke wadah air, kemudian air berubah jadi uap bertekanan tinggi dan mengalir lewat turbin, lalu memutar generator. Konsepnya serupa dengan mesin kalor pada OTEC, yaitu dengan memanfaatkan perbedaan temperatur. PLTS jenis ini dikenal dengan solar thermal energy.Cara kedua adalah dengan melakukan konversi energi matahari langsung menjadi energi listrik dengan menggunakan sel surya (photovoltaic cell).

PLTS
Kiri: Solar Thermal Energy. Kanan: Photovoltaic Cell.

Sel surya atau photovoltaic cell merupakan material yang elektronnya bisa lepas kalau tertabrak photon. Familiar sama konsep ini? Ini ada di pelajaran kelas 12 tentang fenomena efek fotolistrik, yaitu lepasnya elektron pada logam kalau disinari gelombang elektromagnetik dengan frekuensi tertentu, yang rumusnya kayak gini nih:

Ekmaxdi mana Ek max adalah Energi kinetik maksimum yang bisa dimiliki elektron di tepi logam setelah logam disinari oleh foton dengan frekuensi f (Energi foton = h.f), dan f0 adalah frekuensi ambang logam tersebut. Masih inget? Kalau lupa, boleh lah tonton lagi konsep efek fotolistrik di zenius.net.

Untuk PLTS, asal energinya udah jelas lah ya. Baik PLTS yang menggunakan solar thermal energy maupun yang menggunakan photovoltaic cell, energinya berasal langsung dari matahari.

 

Sumber Energi Lainnya

1. PLTP - Geothermal

PLTP adalah kependekan dari Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi, atau Geothermal. Dari namanya, kelihatan lah ya bahwa pembangkit listrik yang satu ini memanfaatkan perbedaan temperatur antara permukaan bumi dengan bagian dalam bumi. Jadi konsep Fisika yang digunakan serupa dengan OTEC, cuma bedanya pada OTEC, permukaan laut yang panas, sementara pada PLTP, bagian dalam bumi yang panas.

Untuk Indonesia, PLTP ini potensinya tinggi banget. Coba aja lihat peta geothermal di bawah ini:

geothermal

Bisa lihat Indonesia di peta itu? Hampir seluruh daerah di Indonesia itu warnanya merah di peta tersebut, artinya potensinya gede banget. Kabarnya, sekitar 40% potensi energi geothermal di dunia itu ada di Indonesia, yaitu sekitar 28 Gigawatt. Saat ini kebutuhan daya Indonesia hanya 24 Gigawatt, jadi masih lebih kecil dibanding potensi geothermal yang ada.

Geothermal ini asal energinya dari mana? Nah, energi yang satu ini bukan dari matahari, setidaknya bukan dari matahari yang ada sekarang ini. Energi Panas yang ada pada geothermal itu tersimpan di dalam bumi karena dua hal: (1) Peluruhan Radioaktif beberapa material di dalam bumi (2) Panas Purba yang masih tersimpan dari proses pembentukan bumi. Jadi panas bumi ini udah ada sejak dahulu kala, bahkan sejak belum ada kehidupan di muka bumi.

Kalau mau ditanya lebih jauh lagi dari mana energi yang tersimpan pada proses pembentukan bumi, bisa nyambung ke matahari dan bintang-bintang juga sih, tapi energi matahari sekitar 4,6 Miliar tahun yang lalu! Jadi, lagi-lagi matahari? Hmm… kali ini kita anggap enggak deh. 🙂

 

2. PLTN

Nah, sumber energi terakhir yang akan kita bahas adalah PLTN alias Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Bahan baku dari PLTN ini biasanya adalah Uranium-235. Pada reaktor nuklir, Uranium-235 ini dibombardir dengan sejumlah netron sehingga menghasilkan reaksi Fisi. Salah satu reaksi Fisi yang bisa terjadi adalah reaksi seperti ini:

fisi

Apa istimewanya reaksi di atas? Ada beberapa hal yang penting terkait reaksi tersebut:

  • Reaksi fisi di atas melepaskan sejumlah energi. Satu reaksi, sekitar 202 MeV atau 3,24 \times 10^{-11} Joule.
  • Lo bisa lihat bahwa 1 netron yang ditembakkan ke uranium (bagian kiri dari reaksi) menghasilkan 3 netron.
  • Ketiga netron hasil reaksi tersebut jika mengenai atom uranium lagi, akan menghasilkan reaksi fisi lagi dan melepaskan energi lagi.
  • Rentetan reaksi ini disebut reaksi berantai (nuclear chain reaction).

Nah, sekarang bayangin kalau lo punya 1 kg Uranium-235, kira-kira berapa energi yang bisa diproduksi dari reaksi di atas? Pertama-tama, kita hitung dulu, ada berapa banyak atom Uranium sih dalam 1 kg Uranium-235.

uranium

Berikutnya, kita hitung jumlah energi yang bisa dihasilkan dari 1 kg Uranium tersebut:

energi uranium

Lumayan gede itu. Kira-kira setara dengan kebutuhan Energi seluruh Indonesia selama 1 jam. Padahal cuma 1 kg doang loh. Berarti kalau ketemu Uranium-235 sejumlah 8.760 kg, kebutuhan energi seluruh Indonesia selama satu tahun bisa dipenuhi.

Nah, sekarang pertanyaannya adalah, dari mana energi nuklir ini berasal? Jawabannya ada di persamaan Einstein yang terkenal itu:

emc

Pada setiap reaksi Uranium di atas, ada sebagian massa yang hilang. Sejumlah massa yang hilang tersebut berubah menjadi energi. Kita bisa bilang bahwa hukum kekekalan energi tidak berlaku di sini karena energi ternyata bisa diciptakan melalui massa yang hilang dalam proses reaksi tadi.

Wah, jadi tenaga nuklir ini asik dong, bisa menciptakan energi dari massa! Seperti energi gratisan gitu? Nah, tunggu dulu. Untuk saat ini, nggak sembarang atom bisa dijadikan sumber tenaga nuklir. Yang bisa dijadikan sumber tenaga hanyalah atom-atom yang memiliki sifat radioaktif, seperti Uranium, Thorium, dan Plutonium. Mereka memiliki sifat radioaktif karena memiliki inti berat dan tidak stabil (masih meluruh menjadi nuklida bentuk lain). By the way, hal ini membuat nuklir tidak dapat digolongkan sebagai sumber energi terbarukan karena bahan bakunya yang bersifat radioaktif, seperti Uranium, itu terbatas. Nah, kalau dipikir-pikir, kenapa coba di bumi ini ada unsur-unsur yang bersifat radioaktif? Ya ini sebenarnya adalah sisa-sisa dari pembentukan bumi sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu. Hmm…. Okay. Jadi lo mau bilang kalau matahari punya peran lagi di sini? Ya, mungkin. 🙂

 

Dari mana Energi Matahari Berasal?

Okay, hampir semua energi yang kita konsumsi itu asalnya dari matahari. Kalau begitu, energi matahari itu sendiri asalnya dari mana? (seru nggak sih punya pertanyaan kayak gini kayak nggak habis-habis, hehehe…) Jawabannya adalah, dari reaksi nuklir. Jadi, di matahari itu terjadi reaksi nuklir juga. Bentuk reaksinya seperti reaksi yang terdapat di soal Ujian Nasional 2015 berikut ini:

nuklir matahari

Bisa ngerjainnya? Coba kita tonton pembahasannya di sini yah:

Video diambil dari soal no 39 di playlist Ujian Nasional SMA Fisika 2015

Jadi, reaksi yang terjadi di Matahari itu sama dengan reaksi yang ada pada soal di atas, yaitu:

fusi

Reaksi tersebut adalah reaksi Fusi, di mana dua atom hidrogen menyatu menjadi satu atom Helium. Dalam prosesnya, terdapat massa yang hilang. Massa tersebut berubah menjadi energi. Meskipun massa yang hilang itu kecil sekali, tetapi bisa menghasilkan energi yang besar sekali. Setiap detik, matahari kehilangan 4.260.000.000 kg massanya gara-gara reaksi ini. Massa yang hilang itulah yang mampu memberikan energi, bukan hanya ke Bumi, tapi ke seluruh planet di Tata Surya kita. Energi dari matahari itulah yang akhirnya bisa kita manfaatkan untuk makanan, pembangkit listrik, transportasi, dll.

Okay, kita udah tahu bahwa Energi matahari berasal dari reaksi fusi 2 atom hidrogen. Kalau gitu, dari mana asalnya hidrogen yang ada di matahari? Kenapa dia bisa ada di sana?

Hmmm…. Pada artikel ini, penyelidikan asal-usul energi kita hentikan sampai di sini deh. Jadi pertanyaan yang terakhir itu, nggak akan kita bahas di sini. Lo bisa cari tahu sendiri kalau memang penasaran. Lumayan juga kan untuk melatih kemampuan intelektual lo dalam mencari tahu sesuatu. 🙂

****

Oke deh, sekian dulu cerita kita tentang konsep fisika yang mendasari prinsip kerja penggunaan berbagai energi yang bakal jadi penyelamat kehidupan bumi di masa datang. Semoga lo sekarang udah ngeh dengan berbagai alternatif energi yang ada dan betapa kita berhutang banyak pada matahari. Di artikel selanjutnya, zenius akan mengajak lo lebih dalam menelusuri penerapan berbagai energi di atas, dan kenapa walaupun kita udah harus segera beralih, konsumsi kita terhadap energi tersebut masih kecil (lihat lagi pie chart di atas). See you next time 😉 

 

==========CATATAN EDITOR===========

Kalo ada yang penasaran dan mau nanya lebih lanjut ke Johan dan Wisnu tentang persamaan-persamaan fisika di atas, konsep energi, atau bahkan mau menjawab tantangan pertanyaan yang diajukan Johan dan Wisnu di bagian akhir, jangan malu-malu langsung aja tinggalin comment di bawah artikel ini.

Biar makin greget dan nyambung soal isu energi ini, zenius menyarankan buat lo yang pengen masuk jurusan pertambangan dan perminyakan atau buat lo yang emang peduli banget dengan isu lingkungan, untuk juga baca artikel kita dari seri Energi:

Tertarik belajar dengan zenius.net? Kamu bisa pesan vouchernya di sini.

  • Bang Wis itu video pembahasannya ga bisa di puter tuh.

    • Fanny Rofalina

      Hi Jefry, video pembahasan yang mana ya? Gue bisa nge-play nih

    • Mikel

      sama, gw juga kaya gini..

    • Dita Aisyiyah Larasati

      iya nih, vidionya pada gabisa di-play

      • Eh udah bisa kak @fannyrofalina:disqus, kemarin gw puter semua gabisa.

    • Sorry buat yang nggak bisa nonton videonya. Sementara kita cari tahu masalahnya di mana, kalau mau nonton, bisa langsung ke playlist di zenius.net-nya (link ada di bawah video).

      • Siap bang wis, bug yg mengganggu. wkwkw.

        Eh btw bang @wisnuops:disqus gw bingung, itu yg bikin suatu bintang bermassa segitu gede apa ya, i mean kan dia cuman terdiri dari hidrogen sama helium, dan kedua unsur itu juga berbentuk gas. Apa gara2 pemampatan ato apa ya?
        Terus yg bikin bintang berbentuk sphere apa sih? I mean pengisi bentuknya biar bisa sphere gitu? Kok gw liatnya kayak magma gitu bukan sih?

        Btw bang, bahas masalah fisika kuantum lebih dalam dong di zen blog. Hehehe partikel subatomik gitu bang.

        • J. A. Wibowo

          Gua coba bantu jawab ya.

          Kenapa massa bintang bisa gede? Ya karena partikel dan energinya banyak buanget. As simple as that kok. Jadi, walaupun penyusunnya cuman gas panas doang, massanya bisa gede. Padahal massa jenis matahari tuh kecil loh, cuman 0,255 kali massa jenis bumi. Tapi, jari-jarinya 109 kali jari-jari bumi. (sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Sun)

          Walaupun massa jenisnya sekecil itu, tapi 99,8% massa tata surya kita adalah matahari. Jadi kebayang kan seberapa gede ukurannya dan seberapa banyak partikel yang ada di sana?

          Nah, pertanyaan kedua lo soal kenapa bentuk matahari (sebenarnya ga cuman matahari, tapi hampir semua bentuk benda angkasa) adalah bola/sphere? Jawabannya adalah karena bentuk bola merupakan bentuk 3 dimensi yang paling stabil kalau kita bicara partikel yang saling mempengaruhi lewat gaya gravitasi.

          Begini. Coba lu bayangin kalo matahari bentuknya kubus. Kalau bentuknya kubus, tiap partikel terluar punya jarak yang berbeda ke pusat kubus kan? Akibatnya apa? Partikel di titik terluar itu (sudut-sudut kubus jaraknya lebih jauh ke pusat dibanding sisi kubus) kan tertarik ke arah pusat massa (pusat gravitasi), jadinya dia akan "longsor" ke titik yang lebih dekat. Dalam hal ini, partikel di sudut kubus itu tadi akan longsor ke bagian tengah permukaan kubus (titik pusat persegi permukaan kubus). Kebayang ga?

          Nah kalau proses itu terus berlangsung, lama-lama matahari yang kubus ini akan jadi bola kan? Setelah jadi bola, ga partikelnya ga bisa longsor lagi karena jarak tiap titik di permukaan ke pusat massa udah sama. Jadi, ga ada gaya yang menyebabkan perpindahan partikel di permukaan luar matahari. Kesimpulannya, bentuk bulat adalah bentuk "akhir" dari evolusi bentuk benda langit.

          Nah, pertanyaan gua, kenapa banyak benda langit kayak komet/asteroid yang bentuknya ga bulat? Hayo coba dipikirin dulu, jangan googling langsung.

          • Ya ya ya,,, i see. Thanks jawabannya kak @jawibowo:disqus. Hmm mengapa benda langit komet/asteroid bentuknya ga bulat. Kalo nurut gw sih itu karena gaya gravitasi yg dipunyainya tidak cukup kuat untuk menarik partikel disekelilingnya agar jadi sphere.

          • J. A. Wibowo

            Corret! Lebih spesifik lagi, gaya gravitasi ga cukup kuat untuk menyebabkan partikel bergerak melawan gaya gesek antar partikel itu sendiri. Ini sering terjadi di benda angkasa padat bermassa kecil.

  • Khusna Azizah

    bang, videonya kagak ada bang... T_T

  • adrian widyansyah

    gwa sangat suka dengan penjelasan zenius yang tadi nya awam jadi paham thank you banget zenius

  • Daoutlier

    Gila! keren abis! gk cuman mapel2 di sekolah dan macam2 ujian aja yg dibahas! tapi juga ada insight2 kerennnn 😀 pokoknya lu harus bertahan Zen! minimal sampe tujuh turunan dari tujuh turunannya 7 turunan cucu dari tujuh turunan gue XD

    • Ini menarik untuk dibahas:

      "tujuh turunan dari tujuh turunannya 7 turunan cucu dari tujuh turunan gue"

      Kita mulai dari sini:

      "tujuh turunan dari tujuh turunannya 7 turunan cucu dari tujuh turunan gue"

      Which is gampang, berarti 7 turunan aja. Lanjut ke sini:

      "tujuh turunan dari tujuh turunannya 7 turunan cucu dari tujuh turunan gue"

      Cucu itu 2 turunan. 7 turunan cucu itu berarti 9 turunan! Ditambah dengan 7 turunan lu sebelumnya, berarti 9+7 = 16!

      "tujuh turunan dari tujuh turunannya 7 turunan cucu dari tujuh turunan gue"

      Tambah tujuh lagi, jadi 16+7=23.

      "tujuh turunan dari tujuh turunannya 7 turunan cucu dari tujuh turunan gue"

      Tambah tujuh lagi, jadi 23+7=30!

      Kalau rata-rata setiap generasi punya selisih 25 tahun, berarti lo berharap bahwa zenius bisa bertahan selama 30x25=750 tahun! Hmmm... boleh lah ya 🙂

      Anyway, thanks ya. Hehehe....

      • Alfinsa EP

        ...dan keturunan gue bilang, "tuh liat dong kakek moyang gue belajarnya gokil pake zenius..." wkwkwk

        • Dan ketika 750 tahun dari sekarang, teknologi zenius net udah canggih banget. Belajar di zenius makek virtual reality gitu kali ya, ato makek hologram gitu. kwkw

      • Dwi Simbolon

        Wkakakak gokil banget sampe diitung XD

  • Wiryawan Abidin

    walaupun saya sma di jurusan ips saya suka ilmu fisika apalagi pembahasan seperti ini (^-^), terimakasih zenius.net

  • Alfinsa EP

    Dari tulisan keren Wisnu feat. Johann di atas, gue jadi mikir: seandainya di wilayah penduduk lagi mati listrik, apa ya energi alternatif biar listrik itu tetap ada dan bisa dipake?

    • Tergantung daerahnya. Sekarang sih kebanyakan masih bergantung sama bahan bakar fosil (contoh: bensin) untuk menyalakan listrik. Tapi untuk daerah terpencil yang transportasi ke sana susah, justru banyak yang udah pakai energi terbarukan, karena biaya mengangkut bensin ke sana mahal. Beberapa sekolah di Papua misalnya, banyak yang pakai sel surya untuk menyalakan listrik.

      • Alfinsa EP

        Biaya buat bikin sel surya gitu gede gak ya? Pengen aja gitu di wilayah Jabodetabek bisa ada sel surya, aktivitas gak berenti saat listrik mati di PLN. Btw alat genset atau diesel yang dipake di kebanyakan minimarket itu mahal dan efisien kah? Tapi keliatannya susah ya buat pake genset di pemukiman mah.

        • J. A. Wibowo

          Sel surya biayanya gede banget. Untuk ngebandingin harga listrik dari masing-masing sumber, bisa dihitung dengan membandingkan rasio "biaya yang dikeluarkan untuk pembangkit tersebut selama masa pakai" dan "jumlah energi listrik yang bisa dihasilkan selama masa pakai". Hasilnya adalah suatu bilangan yang menunjukkan berapa biaya yang dikeluarkan tiap-tiap pembangkit untuk menghasilkan satu unit energi listrik.

          Hasil perhitungan selama ini (sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Cost_of_electricity_by_source) menunjukkan bahwa harga listrik dari PLTS kasarnya 3-5x lipat harga listrik dari PLTU batubara. Kalau mau listrik ga mati kalau ada awan, berarti harus ada batere yang bisa bikin harga PLTS naik jadi 2x lipat.

          Kalau genset cadangan bahan bakar diesel mah ga efisien dan mahal juga. Misalnya harga solar Rp 5000/liter. Setiap liter solar bisa menghasilkan listrik sekitar 3 kWh. Artinya, harga listrik per kWh (kWh itu singkatan dari kilowatt hour, satuan energi listrik) sekitar Rp 1700. Harga listrik dari PLN sekitar Rp 1350.

          • Alfinsa EP

            Waduh berarti sel surya itu masih kolektif ya, kirain bisa dipakai untuk satu rumah. Bahkan genset pun mahal karena pake solar. Padahal udah saatnya gak ngamuk-ngamuk pas PLN matiin listrik.

  • Mikel

    nah gw penasaran sama yg namanya reaksi fusi ini kak.
    katanya udah ada ilmuwan di europa sana yg bikin pembangkit yg gunain reaksi fusi(mini) ini yah.. yang bentuknya kaya lingkaran berpilin itu.. well, emg aga susah bwt gw buat pahamin ini.

    btw reaksi fusi ini aman kan? lebih aman mana dari nuklir?
    btw gw mau nanya soal, bocornya reaktor nuklir itu sebenernya gimana sih? *CMIIW* nuklir ini bikin gw penasaran...
    ---- dari cek cok informasi yg gw liat, jurusan fisika UI sama UGM kayanya bahas teknik nuklir ini deh... //karena pandangan awam rata2 kalo belajar nuklir pasti ingetnya bom melulu 😀

    • Ini rada panjang sih bahasnya. Reaktor nuklir yang ada sekarang ini masih pakai reaksi Fisi. Salah satu bahan baku yang sering dipakai itu Uranium. Nah, uranium ini minimal ada dua kelemahan, satu, dia bersifat radioaktif, radiasinya bisa berbahaya memang. Kedua, dia juga terbatas kan. Suatu saat bisa habis juga.

      Nah, kalau kita bisa bikin reaktor nuklir yang pakai reaksi Fusi, itu berarti kemajuan signifikan. Tapi ini masih dalam tahap penelitian. Gue juga nggak tau progresnya udah sampai mana.

      • Mikel

        berarti ada buku yg secara detil ngebahas nuklir ini dong? atau dari macam2 referensi fisika + kimia modern? -- ada saran untuk buku dan penulis yg keren ga kak?
        well, gw tambah dibikin penasaran karena kata2 "Nah, uranium ini minimal ada dua kelemahan,..." berarti byk dong kelemahanya?
        trus seberapa signifikan sih kalo udah ganti ke reaksi fusi?

      • Mikel

        trus di matahari ada reaksi fusi gak sih? kalo ada apa massanya jadi nambah gara2 reaksi fusinya/ tetep berkurang? karena sama2 melepaskan energi kan..
        --- why fusion reaction can make energy more than fisi(on) reaction do??

        *grammar gw kacau...
        cek-cek gugel malah tambah ga ngerti.. :'v

  • Dita Aisyiyah Larasati

    kalo massa matahari terus berkurang, bisa dong suatu saat massa matahari beratnya sama atau bahkan kurang dari massa bumi, bisa juga dong suatu saat matahari ga bersinar lagi, jadi inget kiamat, inget mati deh x_x
    btw, esainya seru bang. boleh juga tuh kedepannya bahas renewable energy. gue yakin di masa depan yang paling dicari umat manusia itu bukan harta, uang, materi atau lainnya. gue yakin orang di masa depan pasti bakalan nyari yang namanya energi. lama kelamaan energy tak terbarukan bakalan abis, nah untuk menciptakan energi terbarukan sendiri butuh teknologi canggih yang butuh kost gede, dan disitu energi bakalan sangat mahal tapi itu dibutuhkan. ya singkat cerita mari hemat energy. yuk yuk

    • Iya. Suatu saat matahari akan nggak bersinar lagi. Tapi tenang aja, matahari diperkirakan masih bisa bertahan sampai 5 miliar tahun lagi.

      Nah, untuk artikel selanjutnya, tunggu ya. Setelah ini akan ada artikel lagi tentang renewable energy. 🙂

  • Mikel

    Buat pertanyaannya, helium di matahari itu berasal dari sisa2 ledakan big bang kah?

  • Zen gua denger denger di western teknologi reaktor fusi kayak yg di film iron man udh hampir kerealisasi zen,trus banyak negara" maju mulai pelan" ninggalin reaktor fisi uranium yg lebih banyak ngluarin residu yg bahaya buat kesehatan kayak DU,radiasi sinar gamma,apalagi reaktor gituan rawan bocor kan,dibandingin ama reaktor fusi yang lebih dikit ngluarin ampas yg nggak kita inginkan. Trus gua penasaran gimana bumi bisa mendingin secara dramatis dari awal pembentukannya kan masi kayak meteor gede yg dipanggang trus dinginan dikit tiba" nongol LUCA,yang malah evolusinya mecah jadi 2: sel bermembran ama bakteri yg mnurut si matt ridley di buku genom bakteri malah setingkat lebih superior daripada organisme bermembran sel,terlepas dari persaingan hidupnya yg gokil antar sesamanya. Plis jawaban en konfirmasi bener/salahnya

    • J. A. Wibowo

      Well, what do you mean by "kerealisasi"? Reaksi fusi itu butuh temperatur dan tekanan yang tinggi banget. Nah, tantangannya adalah gimana caranya bikin ruang dengan tekanan dan temperatur setinggi itu yang sustainable? Ada banyak perusahaan dan institusi riset yang sedang berusaha wujudin ini dengan ide mereka masing-masing. Beberapa dari mereka udah berhasil nyiptain ruangan dengan temperatur dan tekanan se-ekstrim itu, tapi cuman untuk beberapa saat doang (further reading: ITER, Tokamak, NIF). Jadi, untuk skala laboratorium pun reaktor fusi ini masih sulit untuk diwujudkan. Apalagi untuk skala industri/komersil.

      Kenapa banyak negara kayak Jerman dan Jepang nutup PLTN fisi mereka? Mereka banyak nutup reaktor-reaktor tua yang dibangun puluhan tahun lalu karena teknologinya udah jadul, jadi risiko operasinya tinggi dibandingkan reaktor baru. PLTN Fukushima yang bocor pas tsunami 2011 itu generasi pertama, dibangun tahun 1960an. Jerman banyak nutup PLTN selain karena udah tua, juga karena mau "unjuk gigi" di teknologi renewable energy (further reading: energiewende). Seperti yang kita tahu, Jerman adalah salah satu negara dengan industri renewable energy terbaik di dunia. Mereka juga mau pamer sehingga menguntungkan perusahaan-perusahaan mereka. Alasan lain bisa karena negara mereka ga mau tergantung sama uranium.

      • Kalo ngomong masalah energi si,gua taunya si syarat energi bisa dipake secara massal oleh masyarakat globaldari segi pandang ekonomi kan ada tiga: pertama ngambilnya ga ribet,trus transportasi bahan yang diambil aman dan efisien,trus transaksi ke konsumennya juga demikian. Selama ini,dari segi keefisienannya,non-renewable energy masih paling tinggi,terutama buat kendaraan transportasi berbahan bakar konvensional yang masih banyak apalagi di negara berkembang di dunia ketiga kayak indonesia,india. Walau gitu,gua juga udah nyadar lambat laun mobil bakalan ganti bahan bakar ke listrik,setelah elon musk dengan Tesla model X nya yang tergolong murah dan pemakaian bahan bakarnya yang efisie dan efektif. Ditambah lagi,renewable energy di negara maju kayak jerman udh tambah bagus,jadi gua prediksi kayak energi skala besar macem listrik rumahan,heater room bakalan keganti beberapa dekade kedepan. Tapi masih tetep aja pesawat dan infrastruktur semisal aspal masih butuh minyakbumi,blum lagi bidang lain yang mutlak butuh itu. Nah kalo renewable energi yang disebutin di artikel ini kebanyakan energi skala besar,yang biasanya buat memenuhi kebutuhan listrik dan kebutuhan teknis. Kalo masalah distribusinya,adakah kmungkinan salah satu dari renewable energi yg dijelasin di artikel bisa ngegusur posisi migas sebagai energi yg bisa mengeruk profit banyak dengan distribusi seefisien mungkin yang bisa menekan pengeluaran mendekati migas,selain energi listrik kak zen? Thanks

  • Dwi Simbolon

    Keren banget! Really need more articles like this, thanks Zen! 🙂

  • nadiar429

    asik nih, fisika itu di sekolah2nya harusnya di ajarinnya gini dari dulu2, bukan ngomongin rumus doang (lagi)

  • Silvia Khoirunnisa

    Ahh.. Zenius bener-bener bikin aku jatuh cintaaa :))

  • dhiaul

    mantap bang, pertanyaan gue dari kecil akhirnya terjawab juga.

  • Heryan Cahya Febriansyah

    Makasih wisnu dan johan. Dulu gue masih ngak yakin kalo energi itu kekal. Berkat penjelasan lo. Gur srkarang yakin bgt.
    thanks

  • Heryan Cahya Febriansyah

    Makasih wisnu dan johan. Dulu gue bingung banget. Apa iya energi itu kekal. Setelah elu jelasin panjang lebar diatas. Gue akhirnya yakin 😀 makasih yaa 😀

  • fachrizal dharmala

    Bang, gue pake zenius tapi kalo mau nyetel video yg latihan soal semuanya kaga bisa ya bang?? tapi kalo teori2 bisa bang.... kenapa ya??

  • Fakhrun Yumna

    Bang denger2 bimbel zenius-x ditiadakan tahun depan ya? Jadi tahun ini terakhir?

  • Selena Aura Puspita

    maaf oot ^^ saya mau ngasitau kalo pembahasan soal biologi di https://www.zenius.net/c/1013/set-02 yang nomer 7 isinya pembahasan soal sejarah hehehe

  • Prabowo Ongky

    DAAAMMNN i LOVE Thiiisss,makin ketagihan.makasih mas Wisnu & mas Johan atas ilmunya hehehe.

  • Dewa Swastika

    hay zen, mau ngejawab pertanyaan yg diatas sekaligus nanya lain boleh gak? hehe,,kan matahari itu terbentuk dari awan nebula yg kaya hidrogen, terus, hidrogen dari nebula itu datang dari mana? terus apakah reaksi persamaan einstein yg mengubah massa menjadi energi, bisa dibalik? kayak reaksi kesetimbangan kimia deh, hehe,, terimakasih

  • Sarah Evangelista

    Widihhhh, yg nge-quote “Man shall not live by bread alone” saat nulis blog Kak Wisnu atau Kak Johan?

  • Ekky Rufendhika

    OOT. Kalo kuliah di luar kaya NTU berapa batas usia
    maksimumnya?

  • Ekky Rufendhika

    OOT.Berapa batas usia maksimum untuk bisa kuliah di luar semisal NTU