Energi Terbarukan

Pengertian Usaha dan Energi

Dalam fisika, usaha merupakan proses perubahan Energi dan usaha ini selalu dihubungkan dengan gaya (F) yang menyebabkan perpindahan (s) suatu benda. Dengan kata lain, bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan suatu benda, maka dapat dikatakan gaya tersebut melakukan usaha terhadap benda.

Sedangkan energi dihubungkan dengan gerak, yaitu kemampuan untuk melakukan kerja mekanik. Energi di alam adalah besaran yang kekal, dengan sifat-sifat sebagai berikut:

• Transformasi energi: energi dapat diubah menjadi energi bentuk lain, tidak dapat hilang misal energi pembakaran berubah menjadi energi penggerak mesin
• Transfer energi: energi dapat dipindahkan dari suatu benda kebenda lain atau dari sistem ke sistem lain, misal kita memasak air, energi dari api pindah ke air menjadi energi panas, energi panas atau kalor dipindah lagi ke uap menjadi energi uap
• Kerja: energi dapat dipindah ke sistem lain melalui gaya yang menyebabkan pergeseran, yaitu kerja mekanik
• Energi tidak dapat dibentuk dari nol dan tidak dapat dimusnahkan

Bentuk-bentuk Energi

Mari besama-sama mengulas bentuk-bentuk energi

• Energi Kinetik

Energi yang dimiliki oleh benda bergerak lurus disebut energi kinetik. Secara matematis, dinyatakan dengan persamaan:

dengan
EK = energi kinetik (J)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)

Untuk menentukan energi kinetik dari suatu benda, Sobat memerlukan informasi massa benda dan kecepatan benda.
Kecepatan benda dinyatakan dengan persamaan:

dengan
delta s = perpindahan benda (m)
delta t = selang waktu (s)

Pada kasus kincir air, tabung bambu yang berada pada ujung-ujung kincir bergerak pada lintasan lingkaran. Jarak yang ditempuh tabung bambu saat berputar adalah sebagai berikut:

substitusikan ke rumus kecepatan benda

Persamaan energi kinetik untuk kincir air yang berotasi adalah sebagai berikut:

dengan
EK = energi kinetik kincir yang berotasi (J)
m = massa kincir air (kg)
n = banyaknya putaran
r = jari-jari roda kincir (m)
t = waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu putaran (s) 

• Energi Potensial Gravitasi

Di bawah pengaruh gaya gravitasi Bumi, benda akan memiliki energi yang tersimpan. Energi tersebut biasanya disebut dengan istilah Energi Potensial Gravitasi:

EP = mgh

dengan
EP = energi potensial gravitasi (J)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (10m/s²)
h = posisi benda pada ketinggian tertentu (m) 

• Kalor

Ketika terjadi perubahan suhu pada benda, terdapat energi yang diserap atau dilepaskan oleh benda, yaitu kalor. Secara matematis kalor dinyatakan dengan persamaan berikut ini:

dengan
Q = kalor (J)
c = kalor jenis (J/kg.K)
m = massa benda (kg)
delta T = perubahasan suhu (K) 

• Energi Listrik

Muatan listrik Q memiliki medan listrik, kemudian muatan listrik lainnya q dipindahkan dari satu tempat ke tempat yang lain dalam pengaruh medan listrik Q, maka muatan listrik q memiliki energi. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan:

W = V I t

pada persamaan tersebut, berlaku Hukum Ohm

V = I R

dengan
W = energi listrik (J)
V = beda potensial atau tegangan listrik (volt)
I = kuat arus listrik (A)
R = hambatan listrik (ohm)
t = selang waktu (s)

Energi Mekanik dan Efisiensi Energi

Energi mekanik dalam sistem mekanik mematuhi Hukum Kekekalan Energi. Energi mekanik merupakan energi yang terlibat pada suatu benda yang berada pada posisi tertentu dan bergerak pada keadaan tertentu.

Sederhananya, energi mekanik dinyatakan dengan persamaan berikut ini:

EM = EK + EP

Dengan
EM = Energi Mekanik (J)
EK = Energi Kinetik (J)
EP = Energi Potensial Gravitasi (J)

Hukum Kekekalan Energi berbunyi:

“Energi bersifat kekal, artinya energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, energi dapat berubah bentuk”

Pernyataan tersebut dinyatakan secara sederhana dengan persamaan berikut ini:

Energi Awal = Energi Akhir
Energi pada posisi A = Energi pada posisi B
EP_A + EK_A = EP_B + EK_B
EP_A + 0 = 0 + EK_B
EP_A = EK_B

Sebagai contoh pada peristiwa apel jatuh, energi potensial berubah bentuk menjadi energi kinetik. Perubahan bentuk energi seperti yang dialami oleh apel jatuh biasanya disebut dengan istilah konversi energi. Konversi energi dimanfaatkan manusia untuk menunjang pekerjaan manusia dalam memenuhi kebutuhannya sehari-hari.

Namun dalam kenyataannya, dalam konversi energi, energi akhir yang dihasilkan tidak seluruhnya terkonversi dalam bentuk energi yang diharapkan, sehingga energi akhir yang dihasilkan bisa terdiri atas dua, yaitu energi yang diharapkan (yang dapat dimanfaatkan) atau energi yang tidak diharapkan. Misalnya Kalian menjatuhkan bola basket ke lantai.

Seberapa efektif energi yang dapat dimanfaatkan dinyatakan dalam persentase perbandingan antara energi yang dihasilkan (dapat dimanfaatkan) dengan energi yang diterima atau biasa disebut dengan istilah efisiensi. Secara sederhana, efisiensi dinyatakan dalam persamaan berikut ini:

dengan
efisiensi energi (%)
E dihasilkan = energi yang dihasilkan (J)
E diterima = energi yang diterima (J)
 

Urgensi Isu Kebutuhan Energi

Pada era teknologi industri dan digital ini, energi telah menjadi kebutuhan dasar untuk kelangsungan hidup manusia. Hal tersebut terjadi karena manusia sudah memiliki ketergantungan terhadap teknologi yang mempermudah pekerjaannya, sehingga kebutuhan energi ini sangat penting untuk dipenuhi. Dampaknya adalah kebutuhan akan energi listrik meningkat. Hal tersebut terlihat dari data berikut:

Masalah tidak hanya sampai pada bagaimana kebutuhan energi listrik dapat tercukupi, pada rapat terbatas yang diselenggarakan pada 3 April 2019 melalui video conference, Presiden Joko Widodo menyampaikan bahwa terdapat 433 desa di Indonesia yang belum mendapatkan aliran listrik. Secara lengkapnya, Sobat dapat melihat datanya pada gambar berikut:

Menurut Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM), Arifin Tasrif, dan Direktur Utama PLN, Zulkifli Zaini, faktorfaktor yang menjadi kendala elektrifikasi 433 desa tersebut adalah adanya hambatan di sisi keamanan, masalah infrastruktur karena berada di daerah terpencil, sehingga sumber-sumber energi pada desa tersebut yang harus dimanfaatkan.

Sumber Energi

Terdapat berbagai jenis sumber energi yang dapat dimanfaatkan saat ini:

• Energi dari Bahan Bakar Fosil

Bahan bakar fosil terbentuk dari proses ilmiah yang dialami oleh sisasisa hewan dan tanaman purba dalam kurun waktu yang sangat lama dengan orde jutaan tahun. Bahan bakar fosil tersusun atas senyawa Hidrokarbon. Contoh bahan bakar fosil adalah batubara, minyak bumi, gas alam, dan lain-lain.

• Energi Biogas

Energi biogas berasal dari limbah organik yang diolah melalui proses anaerobic digestion dengan bantuan bakteri tanpa oksigen, contohnya kotoran sapi, sampah dedaunan, dan sampah-sampah lain yang berasal dari organisme yang belum lama mati atau organisme hidup.

• Energi Air

Energi air merupakan salah satu energi paling banyak digunakan untuk keperluan pembangkit energi listrik, khususnya di Indonesia. Air ada dimana-mana, jumlahnya tidak pernah habis, dan tetap. Prinsip kerjanya adalah aliran air di permukaan Bumi dibendung kemudian dialirkan menuju ke tempat yang lebih rendah untuk memutar turbin sehingga menghasilkan energi listrik.

• Energi Angin

Energi angin merupakan sumber energi yang memanfaatkan angin untuk memutar kincir angin sehingga dihasilkan energi listrik.

• Energi Matahari

Energi matahari merupakan sumber energi yang memanfaatkan matahari untuk menyinari atau memberi energi pada perangkat lempengan logam sel surya, sehingga menghasilkan energi listrik.

• Energi Gelombang Laut

Energi gelombang laut atau ombak merupakan energi yang bersumber dari gerak naik turunnya gelombang air laut. Gerakan naik turun gelombang air tersebut memberikan tekanan pada turbin, hingga turbin dapat berputar dan mengahasilkan energi listrik. Sebagai negara maritim, Indonesia memiliki potensi tinggi yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi dari gelombang laut. Namun, sumber ini masih dalam taraf pengembangan di Indonesia.

• Energi Pasang Surut

Energi pasang surut merupakan energi yang bersumber dari proses pasang surut air laut. Terdapat dua jenis sumber energi pasang surut air laut, yaitu perbedaan tinggi rendah air laut saat pasang dan surut, dan arus pasang surut terutama pada selat-selat yang kecil. Tekanan yang dihasilkan oleh air laut memutar turbin sehingga menghasilkan energi listrik. Seperti energi gelombang laut, Indonesia sebagai negara maritim memiliki potensi dalam pemanfaatan energi pasang surut air laut, namun masih dalam taraf pengembangan.

• Energi Panas Bumi

Salah satu sumber energi yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah geothermal atau panas bumi. Indonesia merupakan negara dengan sistem hidrotermal untuk sumber geotermal terbesar di dunia dengan potensi lebih dari 17.000 MW yang dapat menghemat 40 persen sumber daya panas bumi dunia. Kondisi geologis Indonesia yang terletak pada pertemuan tiga lempeng tektonik utama (Lempeng Eurasia, Indo-Australia dan Pasifik) memberikan
dampak banyaknya energi panas bumi di Indonesia. Indonesia menempati urutan keempat di dunia, bahkan dari variabel suhu tinggi, Indonesia menempati urutan kedua. Jumlah potensi energi panas bumi di Indonesia sangat besar yaitu lebih dari 252 lokasi yang tersebar di Sumatera, Jawa, Nusa Tenggara, Bali, Sulawesi hingga Maluku.

Dampak Keterbatasan dan Pemanfaatan Energi Alternatif

Seiring dengan peningkatan kebutuhan sumber energi yang meningkat drastis, inovasi baru mengenai sumber energi berkembang dengan cepat. Di Indonesia, makin berkurangnya ketersediaan sumber energi fosil, khususnya minyak bumi yang sampai saat ini merupakan komponen utama penghasilan energi di Indonesia.

Namun tahukah kalian, kalau Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki potensi energi terbarukan yang sangat melimpah, loh! tapi, pada kenyataannya potensi sumber energi terbarukan masih belum dimanfaatkan secara maksimal.

Sumber-sumber energi terbarukan di Indonesia yang dapat dimanfaatkan menjadi :

• Biomassa, yaitu bahan organik yang dihasilkan proses fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan. Contohnya tanaman, rumput, pohon, limbah pertanian, ubi, limbah hutan, tinja, dan kotoran hewan.
• Biofuel atau bahan bakar hayati, yaitu sumber energi terbarukan yang berupa bahan bakar baik cair, padat, maupun gas yang dihasilkan dari bahan organik.
• Panas bumi atau geothermal, yaitu sumber energi terbarukan berupa energi termal (panas) yang dihasilkan dan disimpan di dalam bumi.
• Tenaga air, energi air merupakan salah satu alternatif bahan bakar fosil yang paling umum. Sumber energi ini diperoleh dengan cara memanfaatkan energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki air.
• Energi angin, angin adalah gerakan udara yang terjadi ketika naik udara hangat dan udara angin. Energi angin telah digunakan selama berabad-abad untuk kapal layar, kincir angin, dan penggiling gandung. Energi angin ditangkap oleh turbin angin, kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik.
• Tenaga nuklir, proses reaksi nuklir yang terkendali dapat menjadi sumber energi alternatif yang berpotensi sangat besar, tetapi pendirian pembangkit listrik tenaga nuklir ini sering diprotes oleh masyarakat.
• Tenaga surya, matahari adalah sumber energi yang paling kuat. Energi surya dapat digunakan untuk pemanasan rumah, pencahayaan dan pendinginan , pembangkit listrik, pemanasan air, dan berbagai proses industri lainnya.
• Gelombang laut, Energi gelombang laut adalah energi yang dihasilkan oleh pergerakan gelombang laut menuju daratan sebaliknya.
• Pasang Surut Air Laut, Energi pasang surut adalah energi terbarukan yang dihasilkan oleh pergerakan air laut akibat perbedaan pasang surut.

Penggunaan sumber energi tentu memiliki dampak bagi kehidupan. Beberapa dampak tersebut adalah:

Dampak Positif

1. Sebagai energi atau bahan bakar, misalnya gas, minyak bumi, dan batu bara
2. Sebagai bahan jenis industri, seperti industri pesawat, kendaraan bermotor, persenjataan, dan lain-lain
3. Untuk bahan konstruksi
4. Bahan untuk membuat perhiasan, seperti emas, intan, dan lain-lain

Dampak Negatif

1. Kerusakan lingkungan pada lahan galian memberikan dampak berupa tingginya laju erosi
2. Lokasi pertambangan kadang berada di tengah hutan, sehingga merusak ekosistem hutan
3. Tercemarnya sungai dan wilayah perairan lainnya oleh bahan-bahan kimia berbahaya dan beracun dari proses pengolahan hasil tambang

SDGs

Berbagai upaya telah dilakukan untuk memenuhi kebutuhan energi masyarakat, namun seluruh kebutuhan tersebut belum dapat terpenuhi seluruhnya, sehingga dampaknya dapat meluas pada bidang lainnya, seperti sosial, ekonomi, dan lingkungan.

Untuk mengatasi berbagai masalah pemenuhan kebutuhan energi, para pemimpin dunia, termasuk Indonesia, berkumpul dan bersepakat hingga dihasilkan sebuah program yang disebut Sustainable Development Goals (SDGs). Program tersebut berisi rumusan 17 target untuk mengatasi kemiskinan dan kesenjangan sosial, serta masalah lingkungan. Harapannya, target-target tersebut dapat dicapai pada 2030.

Salah satu program SDGs kaitannya dengan energi dan dampaknya pada lingkungan adalah SDG7, affordable and clean energy, yaitu memastikan ketersediaan energi yang ramah lingkungan bagi seluruh masyarakat.