MAKALAH ANALISIS ENERGI ALTERNATIF
PENGGANTI BAHAN BAKAR FOSIL:
TENAGA SURYA/ENERGI MATAHARI DAN TENAGA
HIDROGENSMA NEGERI 1 MEDAN2014/2015
DISUSUN OLEH:
ADINDA AHZARI ROSKA SIREGAR
SALSABILA YASMINE DYAHPUTRI
XI IPA 3
BAB I
TENAGA SURYA
1.1. PENGANTAR
Saat ini kebutuhan energi, khususnya energi listrik (energi listrik adalah energi yang
mudah dikonversikan ke dalam bentuk energi yang lain) terus meningkat dengan pesat,
bahkan di luar estimasi yang diperkirakan. Hal ini sudah selayaknya sebagai dampak
meningkatnya seluruh aktivitas kehidupan yang menggunakan energi listrik.
Selama ini kebutuhan energi bahkan kebutuhan dunia masih mengandalkan minyak bumi
sebagai penyangga utama kebutuhan energi. Sementara itu tidak dapat dihindarkan bahwa
sumber energi ini semakin langka dan mahal harganya. Bagi Indonesia masalah energi
menjadi lebih penting lagi artinya dan perlu mendapatkan penanganan yang khusus karena :
Lebih kurang 80 % kebutuhan energi di Indonesia dipenuhi oleh minyak bumi (data
2002)
Harga minyak dan Konsumsi minyak bumi yang cenderung meningkat dengan pesat
setiap tahun.
Banyaknya sumber-sumber alternatif di Indonesia yang perlu dikembangkan.
Pokok-pokok mengenai energi telah dicantumkan dalam Kebijakan Energi Nasional yang
tujuan dari kebijakan tersebut adalah penghematan bahan bakar minyak bumi dan
pengembangan sumber-sumber energi alternatif lainnya.
Untuk mengatasi hal itu selanjutnya presiden menekankan penghematan bahan bakar
minyak dalam negeri terutama untuk kebutuhan yang tidak dapat digantikan dengan bentuk
energi yang lain seperti transportasi, industri dan lain-lain serta pemanfaatan seoptimal
mungkin sumber-sumber energi alternatif lain, seperti Tenaga Air, panas bumi, Tenaga
Matahari dan sebagainya. Dengan mempertimbangkan permasalahan-permasalahan energi
tersebut maka diperlukan langkah-langkah serta strategi untuk pengembangan energi lebih
lanjut seperti tertuang dalam Kebijakan Energi Nasional.
Energi memegang peran yang sangat penting dalam kehidupan manusia sejak jaman
dahulu dan kebutuhan energi khususnya energi tak terbarukan bertolak belakang dengan
persediaanya di alam. Karena ketergantungan kehidupan manusia terlebih manusia moderen
terhadap energi sangat besar, maka sumber-sumber energi yang digunakan dewasa ini telah
mengalami krisis. Energi tak terbarukan adalah energi yang diperoleh dari sumber daya alam
yang waktu pembentukannya sampai jutaan tahun. Contoh dari energi tak terbarukan yang
sangat dikenal, yaitu minyak bumi. Pemicu penggunaan energi dalam skala besar terjadi
karena orang-orang masih euforia terhadap penggunaan energi terlihat dari ‘mesin-mesin’
yang diciptakannya.
Eksplorasi dan eksploitasi sumber-sumber energi yang tidak dapat diperbarui ini
masih terus berlangsung. Krisis energi ini membawa dampak pada perekonomian dunia.
Energi fosil khususnya minyak bumi, merupakan sumber energi utama dan sumber devisa
negara. Krisis BBM baru-baru ini menunjukkan bahwa cadangan energi fosil yang dimiliki
Indonesia terbatas jumlahnya. Fakta menunjukkan konsumsi energi terus meningkat sejalan
dengan laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Terbatasnya sumber energi
fosil menyebabkan perlunya pengembangan energi terbarukan dan konservasi energi yang
disebut pengembangan energi hijau. Yang dimaksud dengan energi terbarukan di sini adalah
energi non-fosil yang berasal dari alam dan dapat diperbaharui. Bila dikelola dengan baik,
sumber daya itu tidak akan habis.
Salah satu solusi yang digunakan untuk mengatasi keterbatasan energi tak terbarukan
ini adalah dengan memanfaatkan energi matahari. Pemancaran sinar matahari ke planet bumi
jauh lebih besar dibandingkan dengan ketersediaan energi tak terbarukan ini. Cahaya
matahari yang merupakan pancaran gelombang elektromagnet adalah salah satu contoh dari
sekian banyak bentuk energi yang dapat kita rasakan di bumi dan telah kita manfaatkan
sumber dayanya berabad-abad. Indonesia sendiri, sebuah negara yang dilewati oleh garis
khatulistiwa dan menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain dan
persediaannya tidak terbatas.
Pemanfaatan tenaga surya ini masih jarang diterapkan apalagi di Indonesia.
Pengembangan energi matahari sebagai sumber energi baru rupanya tidak lepas dari berbagai
tantangan yang membuat pengembangannya menjadi sedikit terhambat. Pengembangan
energi matahari sebagai sebuah energi alternatif masih membutuhkan biaya yang relatif besar
karena harga untuk membuat perlengkapannya masih mahal.
1.2. PEMBAHASAN
1.2.1. TENAGA SURYA
Matahari merupakan sumber energi utama yang memancarkan energi yang luar biasa
besarnya ke permukaan bumi. Pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi menerima sekitar
1000 watt energi matahari per-meter persegi. Sebagian dari energi tersebut dipantulkan
kembali ke angkasa, sebagian lagi dikonversikan menjadi panas, yang lainnya digunakan
untuk seluruh sirkulasi kerja yang terdapat di atas permukaan bumi, sebagian kecil ditampung
angin, gelombang dan arus dan masih ada bagian yang sangat kecil disimpan melalui proses
fotosintesis di dalam tumbuh-tumbuhan yang akhirnya digunakan dalam proses pembentukan
batu bara dan minyak bumi (bahan bakar fosil, proses fotosintesis yang memakan jutaan
tahun) yang saat ini digunakan secara ekstensif dan eksploratif bukan hanya untuk bahan
bakar tetapi juga untuk bahan pembuat plastik, formika, bahan sintesis lainnya.Sehingga bisa
dikatakan bahwa sumber segala energi adalah energi matahari. Energi matahari dapat
dimanfaatkan dengan berbagai cara yang berlainan bahan bakar minyak adalah hasil
fotosintesis, tenaga hidro elektrik adalah hasil sirkulasi hujan tenaga angin adalah hasil
perbedaan suhu antar daerah dan sel surya (sel fotovoltaik) yang menjanjikan masa depan
yang cerah sebagai sumber energi listrik.
Menurut Wikipedia, tenaga surya atau biasa disebut juga energi surya adalah tenaga
atau energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya matahari melalui peralatan
tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain.
Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air, uap,angin,
biogas, batu bara, dan minyak bumi. Teknik pemanfaatan energi surya awalnya menggunakan
kristal silikon untuk mengkonversi radiasi matahari. Sel silikon yang dipergunakan untuk
mengubah energi surya menjadi sumber daya mulai diperhitungkan sebagai metode baru,
karena dapat digunakan sebagai sumber daya bagi satelit angkasa luar.
Karena sel surya sanggup menyediakan energi listrik bersih tanpa polusi, mudah
dipindah, dekat dengan pusat beban sehingga penyaluran energi sangat sederhana serta
sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai karakteristik cahaya matahari yang baik
dibanding tenaga angin seperti di negara-negara 4 musim, utamanya lagi sel surya relatif
efisien, tidak ada pemeliharaan yang spesifik dan bisa mencapai umur yang panjang serta
mempunyai keandalan yang tinggi.
Indonesia yang merupakan daerah sekitar katulistiwa dan daerah tropis dengan luas
daratan hampir 2 juta km2, dikaruniai penyinaran matahari lebih dari 6 jam sehari atau sekitas
2.400 jam dalam setahun. Energi surya dimuka bumi Indonesia mempunyai intensitas antara
0.6-0.7kW/m2, betapa melimpahnya energi yang sebagian besar terbuang sia-sia ini.
Tantangan, bagaimana mengembangkan pemanfaatan sumber energi ini.
Teknologi ini masih relatif baru di Indonesia , hal ini dimungkinkan karena ilmu
pengetahuan dan teknologi Indonesia masih sangat terpengaruh oleh teknologi dari negara-
negara Barat yang pada umumnya negara-negara tersebut mempunyai 4 musim, sehingga
kurang mendapatkan sinar matahari kalupun mendapat sinar namun dengan jumlah yang
tidak terlalu besar.
Sedang di Indonesia seharusnya sel surya ini mendapatkan perhatian khusus, sebab
Indonesia yang merupakan daerah tropis dan di daerah katulistiwa maka Indonesia
mempunyai karakteristik angin yang kurang baik (sangat fluktuatif) dibanding dengan
karakteristik angin di negara –negara Barat namun sangat menguntungkan untuk energi
matahari yang rata-rata mendapat sinar matahari 6 jam dalam sehari dengan cuaca yang
sangat mendukung.
Sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya dengan radiasi
harian matahari rata-rata 4,8 kWh/mý. Untuk memanfaatkan potensi energi surya ada dua
macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu energi surya fotovoltaik dan energi surya
termal.
1. Energi surya fotovoltaik
Energi surya fotovoltaik dihasilkan dengan mengubah energi matahari
menggunakan sel surya yang terdiri dari rangkaian panel unsur semikonduktor,
misalnya lapisan unsur silikon yang tipis. Lempengan silikon itu dipasang dengan
posisi sejajar dalam sebuah panel yang terbuat dari aluminium atau baja anti karat
dan dilindungi oleh kaca atau plastik. Lempengan silikon itu kemudian dirangkaikan
secara seri menggunakan kisi-kisi kabel penghantar arus listrik. Bila sel surya itu
terkena matahari maka pada lapisan silikon terjadi pemisahan elektron dari atom
silikon sehingga dibangkitkan arus listrik.
Berbeda dengan energi surya termal, sel fotovoltaik tergantung pada jumlah
energi cahaya yang mencapai lapisan semikonduktor dan luas permukaan sel.
Ketergantungan pada jumlah energi matahari yang menyinari sel ini lah merupakan
kelemahan sumber energi surya fotovoltaik. Untuk mengatasi kekurangan ini,
peneliti Amerika telah menciptakan modul fotovoltaik yang secara otomatis bergerak
mengikuti arah matahari. Setiap modul dilengkapi computer yang memperhitungkan
posisi matahari di lokasi sel surya. Analisa tersebut diteruskan pada motor penggerak
yang mengatur posisi sel surya sehingga mendapat penyinaran matahari secara
optimal.
Efisiensi sel surya fotovoltaik komersial berkisar antara sepuluh sampai 17
persen. Artinya, hanya 10 sampai 17 persen energi matahari yang diubah menjadi
arus listrik. Untuk menghasilkan energi dalam skala besar diperlukan lahan yang
luas. Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik terbesar di dunia saat ini berada
di Jerman. Sebanyak 38.000 modul sel fotovoltaik tersebar di atas lahan seluas 24
hektar yang dapat mengasilkan daya listrik sebesar enam megawatt. Jumlah ini
mencukupi kebutuhan listrik 4.000 rumah tangga Jerman dalam setahun.
Saat ini, kendala dalam penggunaan sistem surya fotovoltaik adalah harga
panel surya yang masih tinggi. Hal ini dapat diatasi misalnya dengan mengganti
lapisan semikonduktor dengan unsur yang lebih kompetitif. Sedangkan keuntungan
pembangkit energi surya fotovoltaik adalah dalam pembangkitan listrik tidak
dihasilkan emisi CO2 atau gas berbahaya lainnya. Selain itu, Pembangkit Listrik
Tenaga Surya untuk kebutuhan individu dapat dikembangkan di daerah yang
terpencil sekalipun.
2. Energi surya termal
Energi surya termal menggunakan tenaga matahari untuk menghasilkan
listrik secara tidak langsung. Salah satu caranya adalah dengan pemanasan
rangkaian pipa secara langsung. Atau dengan menggunakan cermin untuk
memfokuskan sinar matahari pada pipa berisi cairan penghantar panas seperti
misalnya minyak sintetis. Cara lain adalah dengan mengatur cermin mengelilingi
menara yang di puncaknya terdapat tabung kolektor cahaya matahari. Sinar
matahari yang dipantulkan terfokus pada satu titik dan memanaskan cairan dalam
tabung tersebut. Energi panas yang dihasilkan dalam kedua proses ini
menggerakkan turbin uap yang pada akhirnya akan menghasilkan listrik.
Efisiensi kerja energi surya termal mencapai 30 persen. Sama dengan
energi surya fotovoltaik, pembangkit listrik tenaga surya termal tidak
menghasilkan emisi CO2. Sementara kelemahannya adalah pembangkit listrik ini
hanya dapat digunakan pada siang hari karena membutuhkan penyinaran langsung
matahari. Pemanfaatan energi surya termal yang bersifat komersial belum tersebar
luas.
1.2.2. CARA KERJA TENAGA SURYA
Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya mirip dengan alat semikonduktor dioda.
Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor, terjadi
pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-
konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya
tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan
elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik.
Bahan dan cara kerja yang aman terhadap lingkungan menjadikan sel surya sebagai salah satu
hasil teknologi pembangkit listrik yang efisien bagi sumber energi alternatif masyarakat di
masa depan.
1.2.3. PEMAKAIAN TENAGA SURYA SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF
Panel Surya Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Untuk membangkitkan listrik sendiri di rumah bisa dengan cara pemasangan
panel surya - solar cell. Panel surya - solar cell mengubah sinar matahari menjadi
listrik. Listrik tersebut disimpan di dalam aki,dan aki akan menghidupkan lampu.
Kompor Matahari
Penggunaan energi matahari dapat dijadikan sebagai salah satu alternatif
untuk memasak sebagai pengganti minyak tanah atau gas. Mengingat harga minyak
tanah dan gas terus menaik.
Pendingin Ruangan dengan Tenaga Surya
Air conditioning adalah system pengaturan suhu dan kelembaban untuk
kenyamanan thermal manusia. Penggunaan sistem air conditioning yang semakin
meningkat di berbagai pertokoan, kantor-kantor,kendaraan pribadi, gedung
sekolah, dan kampus menjadi hal yang biasa dalam kehidupan sehari-hari.
Sayangnya, konsumsi energi listrik pada sisitem air conditioning konvesional
relatif sanagt tinggi. Konsumsi energi listrik yang begitu besar menuntut daya
listrik yang besar pula. Mengingat listrik yang pada umumnya masih menggunakan
bahan bakar fosil, penggunaan air conditioning secara tidak langsung juga
berkotribusi secara signifikan terhadap emisi gas rumah kaca. Emisi gas rumah
kaca menyebabkan peningkatan efek pemanasan global. Karena suhu lingkungan
makin panas, makin banyak industry dan rumah tangga yang menggunakan
Panel Surya
Kompor Matahari
perangkat AC dan menyebabkan emisi gas rumah kaca yang semakin banyak. Hal
ini membuat siklus emisi dan pemborosan energi yang tiad habisnya.
Mengingat bahwa menghambat laju penggunaan system air conditioning
adalah hal yang mustahil, diperlukan solusi ramah lingkungan untuk sebuah sistem
air conditioning baik dari segi proses maupun dari sumber energi yang digunakan.
Salah satu sistem yang memiliki prospek kedepan dalam hal air conditioning
dengan energi terbarukan adalah system solar thermal cooling, pendinginan
ruangan dengan menggunakan energi panas matahari. Cara kerjanya adalah
menghasilkan udara yang dingin dengan menggunakan panas matahari. Pada
umumnya matahari dikenal sebagai sumber panas. Namun dengan menggunakan
teknologi modern, ada beberapa proses thermal yang dapat menggunakan enegi
panas matahari untuk menggerakkan suatu proses pendinginan. Salah satu proses
thermal yang dapat digunakan untuk menggerakkan proses pendinginan adalah
proses refrigerasi yang dikenal sebagai absorption chilling. Secara umum, suatu
sistem refrigerasi bertugas untu memindahkan energi panas dari suatu ruangan
tertutup ke lingkungan, agar suhunya lebih rendah dari suhu lingkungan.
1.2.4. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN DARI PEMANFAATAN TENAGA
SURYA SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF
Energi surya disebut-sebut oleh banyak orang sebagai sumber energi utama di masa
depan. Energi surya memiliki kelebihan yang lebih banyak dibandingkan dengan
kelemahannya, tapi kelemahan ini masih merupakan batu sandungan utama untuk pemakaian
energi surya yang lebih luas. Sekarang pertama-tama kami akan membahas keunggulan dari
energi surya.
Kita sudah mengetahui, bahwa energi surya merupakan sumber energi terbarukan.
Matahari hampir tak terbatas sebagai sumber energi, dan energi surya tidak dapat habis, tidak
seperti bahan bakar fosil yang akhirnya akan habis. Setelah bahan bakar fosil habis, dunia
akan memerlukan alternatif sumber energi yang baik, dan energi surya jelas terlihat sebagai
salah satu alternatif terbaik.
Energi surya merupakan sumber energi yang ramah lingkungan karena tidak
memancarkan emisi karbon berbahaya yang berkontribusi terhadap perubahan iklim seperti
pada bahan bakar fosil. Setiap watt energi yang dihasilkan dari matahari berarti kita telah
mengurangi pemakaian bahan bakar fosil, dan dengan demikian kita benar-benar telah
mengurangi dampak perubahan iklim. Penelitian terbaru melaporkan bahwa rata-rata sistem
rumah surya mampu mengurangi 18 ton emisi gas rumah kaca di lingkungan setiap tahunnya.
Energi surya juga tidak memancarkan oksida nitrogen atau sulfur dioksida yang berarti tidak
menyebabkan hujan asam atau kabut asap.
Matahari merupakan sumber energi yang benar-benar bebas untuk digunakan oleh
setiap orang. Tidak ada yang memiliki Matahari, jadi setelah Anda menutupi biaya investasi
awal, pemakaian energi selanjutnya dapat dikatakan gratis. Lebih banyak energi matahari
yang kita gunakan maka semakin sedikit kita bergantung pada bahan bakar fosil. Ini berarti
akan meningkatkan ketahanan dan keamanan energi, karena akan mengurangi kebutuhan
impor minyak dari negara asing.
Dalam jangka panjang energi surya akan menghemat pengeluaran uang untuk energi.
Biaya awalnya memang cukup signifikan, namun setelah beberapa waktu Anda akan
memiliki akses ke energi yang benar-benar gratis, dan jika sistem rumah tenaga surya
menghasilkan energi yang lebih dari yang Anda butuhkan, di beberapa negara perusahaan
listrik dapat membelinya dari Anda, yang berarti ada potensi keuntungan ekstra terlibat. Ada
juga banyak negara yang menawarkan insentif keuangan untuk menggunakan energi surya.
Panel surya beroperasi tanpa mengeluarkan suara (tidak seperti turbin angin besar)
sehingga tidak menyebabkan polusi suara. Panel surya biasanya memiliki umur yang sangat
lama, minimal 30 tahun, dan biaya pemeliharaannya sangat rendah karena tidak ada bagian
yang bergerak. Panel surya juga cukup mudah untuk diinstal. Energi surya adalah salah satu
pilihan energi terbaik untuk daerah-daerah terpencil, karena tidak memerlukan transmisi
energi maupun transportasi sumber energi.
Bagi Indonesia, energi ini tersedia dengan jumlah yang besar di Indonesia. Sangat
mendukung kebijakan energi nasional tentang penghematan, diversifikasi dan pemerataan
energi.
Kelemahan utama dari energi surya adalah biaya awal yang tinggi. Panel surya terbuat
dari bahan mahal, bahkan dengan penurunan harga yang terjadi hampir setiap tahun,
harganya tetap terasa mahal.
Panel surya juga perlu untuk ditingkatkan efisiensinya. Untuk mencapai tingkat
efisiensi yang memadai dibutuhkan lokasi instalasi yang luas, dan panel surya ini idealnya
diarahkan ke matahari, tanpa hambatan seperti pohon dan gedung tinggi, untuk mencapai
tingkat efisiensi yang diperlukan.
Energi surya membutuhkan solusi penyimpanan energi murah dan efisien karena
matahari adalah sumber energi yang tidak kontinu. Proyek-proyek energi surya skala besar
(pembangkit listrik tenaga surya yang besar) akan membutuhkan lahan yang luas, dan banyak
air untuk tujuan pendinginan.
Intensitas cahaya berpengaruh terhadap besar kecilnya listrik yang dihasilkan panel
surya, sehingga jika cuacanya mendung maka proses pengisian energi membutuhkan waktu
yang lama.
Banyak daerah di dunia yang tidak memiliki cukup sinar matahari untuk menjadikan
energi surya bernilai ekonomis. Karena itu, solusi yang lebih maju sangat diperlukan untuk
membuat energi surya menjadi komersial di daerah-daerah tersebut
BAB II
TENAGA HIDROGEN
2.1 PENGANTAR
Saat ini sekitar 80 sampai 90 persen kebutuhan energi dunia berasal dari pembakaran
bahan bakar fosil seperti minyak bumi, batubara dan gas alam. Bahan bakar fosil ini
merupakan sumber-sumber tak terbarukan karena pembentukannya membutuhkan waktu
jutaan tahun bahkan melebihi 650 juta tahun. Eksploitasi terus-menerus terhadap bahan bakar
ini bukan saja menyebabkan persediaannya yang semakin menipis, yang berujung pada
kenaikan harga, tetapi juga meningkatkan dampak buruk bagi lingkungan akibat gas-gas
yang diemisikannya. Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan karbondioksida dan
oksida nitrogen dengan level tinggi yang merupakan kontributor efek rumah kaca dan
selanjutnya menyebabkan terjadinya pemanasan global yang memberikan dampak tidak
sedikit bagi kehidupan manusia. Di sisi lain, energi yang tersedia saat ini, pendistribusiannya
masih tidak merata bagi setiap negara dan wilayah di muka bumi ini. Di wilayah tertentu,
energi, listrik khususnya, dapat dinikmati secara berlimpah sementara di wilayah lainnya
listrik dan bahan bakar minyak merupakan barang langka atau tidak tersedia sama sekali.
Diperkirakan dari 6 miliar penduduk dunia, 2 miliar diantaranya belum menikmati
listrik. Kondisi ini mendorong para peneliti untuk menemukan energi-energi alternatif yang
sumbernya berlimpah, tidak berdampak buruk bagi lingkungan dan dapat diproduksi secara
lokal. Energi-energi alternatif ini sering disebut dengan istilah energi bersih atau energi
terbarukan. Energi bersih (clean energy ) adalah energi yang dalam proses produksi dan
penggunaannya tidak berdampak buruk pada aspek sosial, budaya, kesehatan dan lingkungan
atau yang dampaknya minimal. Energi bersih dikenal juga dengan istilah energi hijau (green
energy ), energi terbarukan, atau energi yang berkelanjutan karena mereka dihasilkan dari
sumber-sumber yang terbarukan seperti tenaga air, angin, radiasi matahari, panas bumi dan
biomassa.
Hidrogen adalah unsur paling sederhana. Setiap atom hidrogen hanya memiliki satu
proton. Ia juga merupakan gas yang paling banyak di alam semesta. Bintang-bintang, seperti
matahari, penyusun utamanya adalah hidrogen. Gas hidrogen jauh lebih ringan dari udara
sehingga naik dengan cepat dan keluar dari atmosfer Inilah sebabnya mengapa hidrogen tidak
ditemukan di bumi dengan sendirinya, tetapi hanya ditemukan dalam bentuk senyawa dengan
unsur-unsur lainnya. Apabila hidrogen digabungkan dengan oksigen akan menghasilkan air,
sedangkan jika digabungkan dengan karbon akan membentuk senyawa lainnya seperti
metana, batubara, dan minyak bumi. Hidrogen juga ditemukan dalam segala sesuatu yang
“tumbuh”, misalnya biomassa.
Hidrogen adalah salah satu pembawa energi (energy carrier ). Pembawa energi
mengalirkan energi dalam bentuk yang bisa digunakan dari satu tempat ke tempat lain. Listrik
adalah pembawa energi paling dikenal. Kita menggunakan listrik untuk memindahkan energi
dalam batu bara, uranium, dan sumber energi lain dari pembangkit listrik ke rumah-rumah
dan bisnis. Kita juga menggunakan listrik untuk memindahkan energi dalam air yang
mengalir dari bendungan ke konsumen. Untuk berbagai kebutuhan energi, jauh lebih mudah
untuk menggunakan listrik daripada menggunakan sumber energi itu secara langsung. Seperti
listrik, hidrogen merupakan pembawa energi dan harus dihasilkan dari zat lain. Hidrogen saat
ini tidak banyak digunakan, tetapi memiliki potensi sebagai pembawa energi di masa depan.
Hidrogen dapat dihasilkan dari berbagai sumber daya (air, bahan bakar fosil, atau
biomassa) dan merupakan produk sampingan dari proses kimia lainnya. Hidrogen memiliki
kandungan energi tertinggi dibandingkan bahan bakar umum lainnya menurut beratnya
(sekitar tiga kali lebih banyak dari bensin), tetapi kandungan energi terendah menurut volume
(sekitar empat kali lebih sedikit daripada bensin). Hidrogen juga disebut sebagai pembawa
energi bersih karena pembakarannya hanya menghasilkan air sebagai produk sampingnya.
2.2 PEMBAHASAN
2.2.1 Tenaga Hidrogen
Hidrogen (bahasa latin: hydrogenium, dari bahasa yunani: hydro: air, genes:
membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol h dan nomor atom
1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam,
bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa
atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan di dunia.
Hidrogen juga adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari
total massa unsur alam semesta. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan
plasma. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di bumi, dan
biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana.
Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara
komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam.
Senyawa ionic hidrogen dapat bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion).
Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai dalam air
dan senyawa-senyawa organik. Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam basa yang mana
banyak rekasi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut.
Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4%
H2 di udara bebas. Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen
meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur 560 °c. Lidah
api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni memancarkan gelombang ultraviolet dan
hampir tidak terlihat dengan mata telanjang. Oleh karena itu, sangatlah sulit mendeteksi
terjadinya kebocoran hidrogen secara visual. Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah
nyala api cenderung menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan
hidrogen lebih ringan dari ledakan hidrokarbon.
Hidrogen diperlukan dalam jumlah yang besar pada industri perminyakan, kimia dan
pengolahan makanan. Hidrogen biasa digunakan sebagai agen pereduksi biji logam dan
penghalogenasi yang biasa diaplikasikan pada industri-industri tersebut. NASA (National
Aeronautics and Space Administration) adalah pengguna utama dari hidrogen sebagai bahan
bakar energi selama bertahun-tahun dalam program ruang angkasa mereka. Bahan bakar
hidrogen cair mengangkat pesawat ulang-alik NASA ke orbit. Baterai hidrogen, yang disebut
sel bahan bakar (fuel cell ), merupakan daya sistem listrik pesawat itu dengan produk
samping air murni yang digunakan sebagai air minum oleh kru pesawat tersebut. Sel bahan
bakar hidrogen menghasilkan listrik dengan sangat efisien, tapi mahal untuk dibangun. Sel
bahan bakar yang kecil dapat menggerakkan mobil listrik dan yang besar bisa menyediakan
listrik di tempat-tempat terpencil yang tidak memiliki akses listrik. Karena biayanya yang
tinggi, sel bahan bakar ini belum digunakan secara luas, hanya digunakan di tempat-tempat
tertentu untuk keadaan darurat seperti untuk keperluan rumah sakit. Sel bahan bakar portable
sudah mulai dijual untuk menambah daya pada komputer laptop, ponsel dan aplikasi militer.
2.2.2 Fuel Cells (sel bahan bakar)
Di zaman modern seperti sekarang ini, listrik bukanlah hal yang baru lagi bagi kita.
Energi multifungsi ini sangat berperan besar dalam kehidupan. Terutama untuk manusia.
Bahkan mungkin, kita tak akan bisa hidup walau sehari tanpa listrik. Sebaliknya, hal itu tidak
berlaku pada zaman dulu, ketika listrik belum ditemukan. Penerangan di malam hari saja, saat
itu sudah cukup dengan mengandalkan api. Beruntung, kita hidup di zaman yang canggih
seperti sekarang. Segala alat, sarana, dan prasarana penunjang dan pemanja hidup sudah
lengkap tersedia. Tentu kita masih ingat bagaimana evolusi energi listrik terjadi hingga
seperti sekarang. Salah satu tahapnya adalah penggunaan accumulator atau yang biasa kita
sebut sebagai accu atau aki. Alat penghasil listrik ini dulu sering kita jumpai sebagai
penghidup televisi.
Seorang berkebangsaan inggris yang bernama Sir William Obert Grove, manusia
pertama pembuat alat sederhana yang belakangan disebut sebagai fuel cell. Seorang hakim
pengadilan, penemu, dan ahli fisika lahir tanggal 11 juli 1811 di Swansea, South Wales dan
meninggal di london pada tanggal 1 Agustus 1896. Setelah menyelesaikan pendidikan
privatnya, Grove masuk Brasenose College, Oxford hingga mendapatkan gelar b.a. Di tahun
1832. Beliau juga belajar hokum pada lincoln inn. Kariernya dalam bidang ilmu pengetahuan
dimulai sejak dia membuat voltaic battery yang dijelaskannya pada pertemuan The British
Association for the Advancement of Science di tahun 1839. Fuel cell yang dibuatnya terdiri
atas elektrolit asam, keeping platina serta tabung gas oksigen dan hidrogen, dan
menggunakan prinsip reaksi balik terbentuknya air, di mana hidrogen dan oksigen akan
bereaksi dalam larutan asam dan menghasilkan air dan listrik dengan arus sebesar 12 ampere
dan tegangan 1,8 volt. Sel ini kemudian disebut sebagai Grove`s battery atau baterai Grove
atau sel grove. Sejak saat itu sel Groove banyak digunakan. Akan tetapi, karena listrik yang
dihasilkan sedikit dan tidak mencukupi lagi untuk kebutuhan listrik yang semakin besar,
lambat laun sel Grove mulai tergeser. Namun, sel grove tetap menjadi dasar acuan
pengembangan fuel cell selanjutnya. Temuan-temuan fuel cell selanjutnya bermunculan. Di
tahun 1889, kata fuel cell Pertama kali diperkenalkan oleh Ludwig Mond dan Charles Langer
yang mencoba membuat fuel cell yang dipakai untuk industri batu bara. Walaupun sumber
lain ada juga yang mengatakan bahwa kata fuel cell pertama kali dipakai oleh William White
Jaques. Jaques juga adalah peneliti pertama yang memakai asam fosfat sebagai elektrolit.
Di tahun 1920 penelitian fuel cell di jerman membuka jalan bagi pembuatan siklus
karbonat dan fuel cell oksida padat seperti yang ada sekarang ini. Di tahun 1932, seorang
insinyur Francis T. Bacon memulai penelitian penting dalam fuel cell. Dulunya fuel cell
menggunakan elektroda platina dan asam sulfat sebagai elektrolit di mana platina sangat
mahal dan asam sulfat sangat korosif (membuat cepat berkarat). Di sini bacon
mengembangkan katalis platina yang sangat mahal itu dengan sel oksigen dan hidrogen yang
memakai elektrolit alkali yang tidak korosif serta elektroda yang tidak mahal. Penelitiannya
berlangsung hingga tahun 1959. Dalam pendemonstrasian model desainnya menghasilkan
5.000 watt yang dapat menghidupkan mesin pengelas. Fuel cell tersebut akhirnya disebut
sebagai Bacon Cell.
Seorang insinyur Allis-Chalmers manufacturing company, di bulan Oktober tahun
1959 mendemonstrasikan 20 traktor bertenaga kuda yang merupakan mesin pertama
menggunakan fuel cell. Sebuah produsen alat elektronik terkenal di amerika, selama tahun
1960-an memproduksi tenaga listrik berbasis fuel cell untuk nasa sebagai tenaga pesawat
ruang angkasanya yaitu gemini dan apollo. Sistem fuel cell yang dipakai dalam alat ini
berdasar pada sel bacon. Sampai sekarang, tenaga yang dipakai dalam pesawat ruang angkasa
tetap memakai fuel cell karena dengan fuel cell energi yang dipakai tidak terlalu ribet seperti
baterai atau tenaga nuklir yang cukup riskan. Dalam hal penelitian teknologi fuel cell, nasa
telah mendanai lebih dari 200 riset.
Bus yang memakai teknologi fuel cell pertama kali diluncurkan pada tahun 1993 dan
untuk mobil biasa di Eropa dan Amerika kini telah banyak dipakai. Sejumlah produsen mobil
mewah dan produsen mobil kelas menengah juga mulai mengembangkan mobil yang
memakai fuel cell ini, sejak tahun 1997. Sejak saat itu bermunculan temuan-temuan yang
lebih mutakhir tentang mobil yang bertenaga fuel cell ini. Promosi yang dilakukan besar-
besaran dengan mengedepankan ramah dan amannya emisi yang dihasilkan kendaraan
sehingga lingkungan yang bebas polusi dan takkan mengganggu lingkungan, kemudian juga
dapat diperbaruinya bahan bakar yang akhirnya mengurangi pemakaian BBM.
Ditambah lagi bermunculannya tempat-tempat penjualan bahan bakar ini, seperti
adanya pom-pom hidrogen. Tak hanya itu, teknologi fuel cell yang ditemukan juga menjadi
bervariasi, seperti ditemukannya fuel cell yang lebih efisien dalam menghasilkan gas
hidrogen hingga jumlahnya semakin berlipat. Teknologi ini bahkan melibatkan proses
fermentasi oleh mikroba yang sebelumnya sangat mustahil sekali di dalam produksi bahan
bakar. Teknologi ini berkembang sejak tahun 2.000 yang kita kenal sebagai MFC atau
Microbial Fuel Cell. MFC ini selain menghasilkan hidrogen yang banyak hingga 4 kali lipat
dari fuel cell biasa, substrat yang dipakai mikroba dalam berfermentasi adalah limbah rumah
tangga, industri ataupun limbah pertanian yang tidak terpakai sehingga selain yang dihasilkan
adalah gas hidrogen juga didapatnya produk akhir berupa air bersih yang tentu saja dapat
dipakai untuk berbagai macam kebutuhan. Dan jelas hal ini bisa mengurangi sejumlah dana
yang dipakai untuk pembersihan air limbah. Walaupun memang MFC ini belum dapat
dipakai di dalam menghidupkan mobil seperti fuel cell sebelumnya, sejumlah pakar peneliti
merasa optimistis hal itu dapat terwujud karena penelitian ke arah itu sedang dalam
pengembangan.
2.2.3 Cara kerja
Prinsip kerja fuel cell adalah proses elektrokimia di mana hidrogen dan oksigen
digunakan sebagai bahan bakar. Komponen utama fuel cell terdiri dari elektrolit berupa
lapisan khusus yang diletakkan di antara dua buah elektroda. Proses kimia yang disebut
pertukaran ion terjadi di dalam elektrolit ini dan menghasilkan listrik serta air panas. fuel cell
menghasilkan energi listrik tanpa adanya pembakaran dari bahan bakarnya, sehingga tidak
ada polusi.
2.3. PEMAKAIAN TENAGA HIDROGEN
. Fuel cell yang merupakan penghasil tenaga listrik dari hidrogen.Pemakàian fuel cell
yang baru dikembangkan adalah sebagai pengganti bahan bakar untuk transportasi.
Pemakaiannya adalah :
Salah satu mobil fuel cell Toyota yang sudah diperkenalkan ke publik adalah Toyota
Highlander FCHV (Fuel Cell Hydrogen Vehicle). Mobil ini sudah teruji melakukan
perjalanan jauh. Di Jepang, Toyota Highlander FCHV terbukti mampu melakukan
perjalanan Tokyo-Osaka sejauh 560km dengan satu tangki hydrogen. Sampai saat ini
teknologi fuel-cell masih mahal karena teknologi yang dipakai dan fakta bahwa masih
belum ada teknologi yang bisa menyimpan hydrogen dalam mobil agar mobil ini
memiliki daya jelajah sejauh mobil konvensional.
Saat ini ada lebih dari 300 kendaraan berbahan bakar hidrogen di Amerika Serikat.
Sebagian besar adalah bus dan mobil dengan motor listrik. Kendaraan tersebut
menyimpan gas atau cairan hidrogen dan mengubahnya menjadi listrik untuk motor
menggunakan sel bahan bakar. Hanya beberapa kendaraan ini membakar hidrogen
secara langsung.
Digunakan untuk bis di Los Angeles, Chicago, Vancouver dan Jerman
Prototipe hampir semua perusahaan otomoif di U.S dan pasar global
Pembangkit tenaga
Digunakan di perumahan dan perkantoran
Digunakan dalam aplikasi kendaraan militer
2.4. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN PEMAKAIAN TENAGA HIDROGEN
SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF
Kelebihan :
1 . Tidak Mengeluarkan Emisi Berbahaya
Sebuah sistem fuel cell hanya akan mengeluarkan uap air apabila memakai hidrogen
murni. Tetapi ketika memakai hidrogen hasil dari reforming hidrokarbon / fosil (misal : batu
bara , gas alam, dll ) maka harus dilakukan uji emisi untuk menentukan apakah sistem
tersebut masih dapat dikategorikan zero emission . Sebuah sistem fuel cell dapat
dikategorikan zero emission ketika mengeluarkan emisi pencemar udara yang sangat rendah
2 . Efisiensi Tinggi
Karena fuel cell tidak menggunakan proses pembakaran dalam konversi energi , maka
efisiensinya tidak dibatasi oleh batas maksimum temperatur operasional Hasilnya, efisiensi
konversi energi pada fuel cell melalui reaksi elektrokimia lebih tinggi dibandingkan efisiensi
konversi energi pada mesin kalor (konvensional ) yang melalui reaksi pembakaran.
3 . Temperatur Operasional Rendah
Sistem fuel cell sangat baik diaplikasikan pada industri otomotif yang beroperasi pada
temperatur rendah . Keuntungannya adalah fuel cell hanya memerlukan sedikit waktu
pemanasan (warm up time).
5 . Reduksi Transformasi Energi
Ketika fuel cell digunakan untuk menghasilkan energi listrik maka fuel cell hanya
membutuhkan sedikit transformasi energi , yaitu dari energi kimia menjadi energi listrik.
Bandingkan dengan mesin kalor yang harus mengubah energi kimia menjadi energi panas
kemudian menjadi energi mekanik yang akan memutar generator untuk menghasilkan energi
listrik. Fuel cell yang diaplikasikan untuk menggerakkan motor listrik memiliki jumlah
transformasi energi yang sama dengan mesin kalor , tetapi transformasi energi pada fuel cell
memiliki efisiensi yang lebih tinggi.
6 . Waktu Pengisian Hidrogen Singkat
Sistem fuel cell tidak perlu penyetruman (recharge) layaknya baterai . Tetapi sistem
fuel cell harus diisi ulang dengan hidrogen , dimana prosesnya lebih cepat dibandingkan
penyetruman baterai . Selain itu , baterai tidak dapat dipasang dalam jumlah besar pada mesin
otomotif untuk meningkatkan performance karena akan semakin menambah beban pada
kendaraan tersebut .
Kekurangan:
1 . Hidrogen
Hidrogen sulit untuk diproduksi dan disimpan . Saat ini proses produksi hidrogen
masih sangat mahal dan membutuhkan input energi yang besar (artinya: efisiensi produksi
hidrogen masih rendah ). Untuk mengatasi kesulitan ini , banyak negara menggunakan
teknologi reforming hidrokarbon /fosil untuk memperoleh hidrogen . Tetapi cara ini hanya
digunakan dalam masa transisi untuk menuju produksi hidrogen dari air yang efisien .
2 . Sensitif pada Kontaminasi Zat- asing
Fuel cell membutuhkan hidrogen murni, bebas dari kontaminasi zat- asing. Zat- asing
yang meliputi sulfur , campuran senyawa karbon , dll dapat menonaktifkan katalisator dalam
fuel cell dan secara efektif akan menghancurkannya.
3 . Harga Katalisator Platinum Mahal
Fuel cell yang diaplikasikan pada industri otomotif memerlukan katalisator yang
berupa Platinum untuk membantu reaksi pembangkitan listrik. Platinum adalah logam yang
jarang ditemui dan sangat mahal. Berdasarkan survei geologis ahli USA, total cadangan
logam platinum di dunia hanya sekitar 100 juta kg. Dan pada saat ini , diperkirakan teknologi
fuel cell berkapasitas 50 kW memerlukan 100 gram platinum sebagai katalisator. Misalkan
penerapan teknologi fuel cell berjalan baik (meliputi : penghematan pemakaian platinum
pada fuel cell , pertumbuhan pasar fuel cell rendah , dan permintaan platinum rendah ) maka
sebelum tahun 2030 diperkirakan sudah tidak ada lagi logam platinum. Untuk itulah
diperlukan penelitian untuk menemukan jenis katalisator alternatif yang memiliki
kemampuan mirip katalisator dari platinum.
4 . Pembekuan
Selama beroperasi , sistem fuel cell menghasilkan panas yang dapat berguna untuk
mencegah pembekuan pada temperatur normal lingkungan . Tetapi jika temperatur
lingkungan terlampau sangat dingin (- 10 s / d - 20 C) maka air murni yang dihasilkan akan
membeku di dalam fuel cell dan kondisi ini akan dapat merusak membran fuel cell. Untuk itu
harus didesain sebuah sistem yang dapat menjaga fuel cell tetap berada dalam kondisi
temperatur normal operasi.
BAB III
KESIMPULAN
Sebagai alternative penggunaan energy dari bahan bakar fosil, dapat digunakan energi
yang bersumber dari tenaga surya dan energy hydrogen. Tenaga surya mampu mengubah
energi panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk
lain sehingga mampu mengatasi masalah keterbatasan energi tak terbarukan. Sedangkan
Hidrogen adalah salah satu unsur terbanyak yang menyusun alam semesta tetapi tidak dapat
didapat secara langsung, tetapi harus melalui proses produksi. Keduanya, panas matahari dan
hydrogen, berjumlah banyak di alam semesta ini.
Untuk penggunaan tenaga surya sebagai alternative dari bahan bakar fosil,
keunggulannya adalah jumlahnya (jumlah sinar matahari) yang tidak terbatas, tidak ada
kepemilikan dari sinar matahari, ramah lingkungan karena tidak menghasilkan gas emisi yang
dapat menimbulkan polusi, tidak menimbulkan polusi suara, mudah instalasinya bahkan pada
daerah terpencil sekaligus, dan cocok untuk diterapkan di Indonesia karena Indonesia
mendapat banyak sinar matahari setiap harinya. Sedangkan kekurangannya adalah biaya awal
yang sangat tinggi tetapi untuk kelanjutannya tidak banyak memakan biaya lagi, efisiensi
penyimpanan energy masih harus ditingkatkan, dan intensitas cahaya yang fluktuatif
mempengaruhi besar kecil jumlah energy yang dihasilkan.
Sedangkan dalam penggunaan tenaga hydrogen keunggulannya adalah ramah
lingkungan karena tidak menghasilkan gas emisi, efisiensi tinggi, dapat mereduksi
transformasi energy, dan pengisian ulangnya berlangsung cepat. Kekurangan dari sumber
energy alternative ini adalah proses produksi dan pengimpanan hydrogen yang sangat mahal
dan membutuhkan banyak energy, mudahnya zat hydrogen terkontaminasi oleh zat lain, dan
harga katalisator yang mahal dan langka.
Dari hasil analisis kami, kami menyimpulkan bahwa tenaga surya lebih tepat
diterapkan sebagai sumber energy alternative di Indonesia daripada tenaga hidrogen karena
beberapa sebab, antara lain sebagai berikut:
1. Indonesia mendapat banyak pancaran sinar matahari setiap harinya
2. Tenaga surya dapat didapatkan secara langsung dari pancaran sinar matahari dan
tanpa proses produksi
3. Di Indonesia sudah banyak orang-orang yang merintis penggunaan tenaga surya
sebagai energy alternative sehingga hanya dipelukan pengembangan lebih lanjut
4. Tenaga surya hanya membutuhkan biaya besar di awal saja, perawatan dan
pemakaian lebih lanjut tidak memakan biaya yang besar
5. Banyaknya daerah terpencil di Indonesia yang belum mendapatkan listrik karena
sulitnya sarana, tapi tenaga surya dapat menjad salah satu solusinya.
Sedangkan alasan kami mengenyampingkan penggunaan tenaga hidrogen sebagai
sumber energy alternative di Indonesia adalah karena teknologi di Indonesia yang masih
kurang memadai dalam proses produksi hydrogen, biaya dalam produksi dan penyimpanan
hydrogen yang sangat besar dan sulit, serta belum terlalu tampak adanya perintis penggunaan
tenaga hydrogen sebagai energy alternative di Indonesia sehingga pengembangan lebih lanjut
masih membutuhkan usaha yang lebih besar.
BAB IV
DAFTAR PUSTAKA
http://www.indoenergi.com/2012/04/keunggulan-dan-kelemahan-energi-surya.html
http://eprints.undip.ac.id/1722/1/solarseeker.pdf
http://d3elektro.undip.ac.id/index.php/publikasi-full/26-energi-matahari-sumber-energi-
alternatif-yang-effesien-handal-dan-ramah-lingkungan-di-indonesia.html
http://palembang.tribunnews.com/2014/03/30/sumber-energi-alternatif-yang-ramah-
lingkungan
http://www.kelas-mikrokontrol.com/jurnal/iptek/bagian-6/sumber-energi-terbarukan-untuk-antisipasi-krisis-bbm.html
https://kopralgadget.wordpress.com/kumpulan-news-gadget-dan-artikel/pembangkit-energi-alternatif/
http://www.forumsains.com/artikel/aplikasi-sel-surya-sebagai-sumber-energi-alternatif/
http://industri09martindoank.blog.mercubuana.ac.id/
http://www.tapeketan.com/en/artikel/pengetahuans/94-membuat-kompor-matahari-sebagai-alternatif-bahan-bakar-minyak-dan-gas.html
Top Related