Meteri Pembelajaran IPA: Energi dan Perubahannya, Sumber Energi tak terbarukan dan terbarukan

 

Pengertian Energi

energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Kerja atau daya yang dilakukan itu kemudian digunakan untuk melakukan berbagai proses kegiatan. Lebih mudahnya, kita dapat berlari, melompat, menulis itu karena memiliki energi. Itu artinya, energi adalah salah satu unsur kehidupan yang sangat penting bagi manusia. Lantas, apa saja bentuk energi dan menfaatnya bagi manusia? Yuk, kita cari tahu.

Bentuk-Bentuk Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja) dan mengalami perubahan. Dalam kehidupan sehari-hari, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Materi energi dan perubahannya mencakup pemahaman tentang berbagai bentuk energi dan bagaimana mereka berubah dalam berbagai situasi, seperti pada alat-alat elektronik, proses alami, dan kegiatan manusia

1. Energi Panas

Energi panas adalah energi yang dihasilkan atau dilepaskan oleh suatu benda yang memiliki suhu tertentu; ini juga disebut energi kalor (panas = kalor). Sumber energi panas terbesar adalah matahari; uap air, panas bumi, dan matahari adalah contoh sumber energi panas yang bergesekan.

No	Manfaat	Energi Panas
1	Menjemur pakaian	Matahari
2	Menghangatkan ruangan	Matahari
3	Mengeringkan ikan kerupuk	Matahari
4	Pembangkit tenaga Listrik	Matahari
5	Menghaluskan pakaian	Listrik
6	Memasak	Kompr

 

2. Energi Cahaya

Sumber energi cahaya terbesar adalah matahari; sumber lain seperti api, lampu listrik, bintang, dan matahari juga memancarkan energi cahaya, yang membuat tempat gelap menjaditerang.
Manfaat energi cahaya:

a.      Penerangan: Cahaya matahari menerangi bumi di siang hari, memungkinkan kita untuk melihat dan melakukan aktivitas. Lampu, lilin, dan sumber cahaya buatan lainnya memberikan penerangan di malam hari atau di tempat yang kurang cahaya.

b.      Fotosintesis (matahari): Tumbuhan menggunakan energi cahaya matahari untuk melakukan fotosintesis, proses mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk makanan (glukosa).

Fotosintesis adalah dasar dari rantai makanan dan sumber energi utama bagi sebagian besar kehidupan di Bumi. 

3. Energi Gerak

Energi gerak ada di sebuah benda ketika barang-barang tersebut mengalami gerakan atau menerima gerakan dari benda lain. Istilah energi gerak dalam studi fisika kerap juga disebut sebagai energi kinetik. Kata tersebut berasal dari bahasa Yunani, kinetikos yang mempunyai arti “bergerak”.

Oleh sebab itu, energi ini akan ada pada suatu benda jika benda tersebut memperoleh suatu gerakan. Lebih dari itu, bisa juga terdapat di benda tertentu jika benda itu memang mempunyai gerakannya sendiri.

4. Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang timbul karena adanya arus listrik yang mengalir melalui penghantar. Energi listrik sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Energi listrik digunakan untuk menyalakan lampu, TV, komputer, radio, kulkas dll. Sumber listrik adalah alat yang dapat menghasilkan energi listrik. Contoh sumber listrik adalah listrik, baterai, generator.

Energi listrik dapat diubah menjadi energi gerak (kinetik), contohnya motor listrik, kipas angin, dan mesin cuci. Energi listrik dapat diubah menjadi energi cahaya yaitu lampu listrik (pijar).

Selain itu, energi listrik juga dapat diubah menjadi energi kimia, contohnya pengisian aki, proses elektrolisis, dan penyepuhan.

Perubahan Energi dalam kehidupan sehari-hari

Perubahan energi ini merupakan proses penting yang memungkinkan manusia memanfaatkan berbagai sumber energi untuk memenuhi kebutuhan hidup. Mulai dari energi listrik yang menghidupkan alat elektronik hingga energi kimia dari makanan yang memberi kekuatan pada tubuh, semua melibatkan perubahan energi yang vital.

Contoh Perubahan Energi

Berikut adalah beberapa contoh perubahan energi yang dapat ditemui dalam aktivitas sehari-hari

1. Lampu Menyala
   Saat menyalakan lampu, terjadi perubahan dari energi listrik menjadi energi cahaya.
   Proses ini penting untuk menerangi rumah, kantor, atau ruang publik, dan merupakan salah satu contoh paling umum dari perubahan energi.
2. Kipas Angin
   Kipas angin adalah contoh konversi energi listrik menjadi energi gerak.
   Energi listrik yang mengalir ke motor kipas menyebabkan bilah kipas berputar, karena menciptakan aliran udara yang tepat bisa membantu mendinginkan ruangan.
3. Pembakaran Bensin pada Kendaraan
   Saat mengendarai kendaraan bermotor, energi kimia dalam bensin diubah menjadi energi panas dan energi gerak.
   Mesin kendaraan mengubah bahan bakar menjadi gerakan yang memungkinkan kendaraan bergerak maju atau mundur.
4. Kompor Gas
   Ketika kompor gas dinyalakan, energi kimia dari gas diubah menjadi energi panas. Energi ini digunakan untuk memasak makanan atau memanaskan air, dan proses ini terjadi di hampir setiap dapur rumah tangga.
5. Panel Surya
   Panel surya mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Proses ini menjadi semakin populer karena energi matahari adalah sumber energi terbarukan yang bersih dan tidak menyebabkan polusi.

SUMBER ENERGI TAK TERBARUKAN DAN TERBARUKAN

Sumber energi terbarukan dan tak terbarukan banyak kita manfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari energi angin, matahari, minyak bumi, dan sebagainya. Tapi tentunya, sumber energi yang paling banyak kita gunakan adalah energi listrik ya, Bapak dan Ibu guru. 

Energi listrik menjadi sangat penting sehingga semua sumber energi dikonversikan menjadi energi listrik. Hubungan antara energi dan kerja (pemanfaatan energi) dikenal juga dengan istilah efisiensi.

Efisiensi adalah rasio kerja yang berhasil dimanfaatkan manusia dengan potensi energi yang ada. Karena tidak semua sumber energi bisa dikonversi menjadi listrik, di sinilah diperlukan nilai efisiensi. Semakin besar efisiensi, semakin banyak sumber energi yang berhasil dikonversikan menjadi listrik.

Nah, pembahasan tentang sumber energi Fisika Kelas 12 ini di dalamnya meliputi sub bab sumber energi terbarukan dan sumber energi tak terbarukan.

Kenapa sih siswa dan juga kita semua perlu belajar tentang sumber energi yang ada? Materi ini bertujuan agar siswa dapat mengetahui tentang praktik energi terbarukan yang berpotensi menyelamatkan masa depan mereka.

Saat ini, 80% energi yang ada di dunia berasal dari bahan bakar fosil yang setiap penambangan dan penggunaannya berkontribusi terhadap perubahan iklim. Melalui materi sumber energi ini, siswa bisa mengetahui pentingnya pemanfaatan sumber energi yang ada agar nantinya bisa lebih peduli terhadap perubahan iklim yang terjadi.

 

Jenis-jenis Energi

Sumber energi terbagi ke dalam beberapa jenis yaitu menurut asalnya dan ketersediaannya. Menurut asalnya, energi dibagi lagi menjadi 2 jenis yaitu primer dan sekunder.

1. Energi primer adalah energi yang bisa ditemukan secara langsung di alam contohnya minyak bumi, batu bara, air, angin, dan nuklir.
2. Energi sekunder adalah energi yang diproses dari sumber energi primer contohnya listrik (bisa dihasilkan dari minyak bumi, batu bara, dsb) dan gas (bisa dihasilkan dari gas bumi).

Menurut ketersediaannya, energi terdiri dari sumber energi tak terbarukan dan sumber energi terbarukan.

1. Sumber energi tak terbarukan atau non-renewable adalah energi yang berasal dari sumber-sumber yang terbatas jumlahnya di bumi, prosesnya tidak berkelanjutan, dan pada saatnya energi itu bisa habis. Gue akan berikan 3 contoh energi yang tidak terbarukan, yaitu: minyak bumi, batu bara, dan nuklir.
2. Sumber energi terbarukan atau renewable adalah energi yang berasal dari sumber yang bisa cepat dipulihkan secara alami dan prosesnya berkelanjutan. Kata kunci utama dari sumber energi terbarukan adalah bisa cepat dipulihkan. Contoh sumber energi yang dapat diperbarui adalah panas bumi, matahari, air, angin, dan biomassa.

Supaya siswa lebih mudah memahaminya, Bapak dan Ibu guru bisa berikan gambar di bawah ini!

Pembagian jenis energi.

Sekarang, kita akan fokus ke jenis sumber energi menurut ketersediaannya yaitu sumber energi tak terbarukan dan sumber energi terbarukan. Yuk kita bahas contoh-contohnya sumber energinya satu per satu!

Sumber Energi Tak Terbarukan

Sumber energi tak terbarukan adalah energi yang berasal dari sumber daya alam yang jumlahnya terbatas, waktu pembentukannya membutuhkan jutaan tahun, dan prosesnya tidak berkelanjutan sehingga pada saatnya bisa habis karena terus menerus digunakan sementara butuh waktu yang lama untuk menggantikannya.

Sumber Energi Tak Terbarukan: Fosil

Energi fosil adalah sumber daya alam yang tersusun dari senyawa hidrokarbon yang mengalami proses pembentukan sangat lama. 

• Batu Bara

Batu bara adalah sumber daya alam yang paling banyak di Indonesia. Menurut data Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) tahun 2021, cadangan batu bara Indonesia mencapai 38,84 miliar ton dengan rata-rata produksi sebesar 600 juta ton per tahun.

Batu bara sendiri dibagi ke dalam empat jenis yaitu lignit, sub-bituminous, bituminous, dan antrasit.

1. Lignit, merupakan batu bara muda yang mempunyai energi 2250-4650 kkal/kg, dengan kandungan 25%-30% senyawa hidrokarbon.
2. Sub-bituminous, memiliki energi sebesar 4650-7250 kkal/kg dengan senyawa hidrokarbon sekitar 25%-45%.
3. Bituminous yaitu batu bara dengan sumber energi yang cukup tinggi yaitu 5850-8650 kkal/kg dan mengandung 45%-86% senyawa hidrokarbon.
4. Antrasit, merupakan jenis batu bara kelas tertinggi dengan lebih dari 8359 kkal/kg dan kandungan senyawa hidrokarbon sekitar 86%-89%.

• Minyak Bumi
  Kendaraan yang sehari-hari Bapak dan Ibu guru pakai seperti motor, mobil, atau bus pastinya menggunakan bahan bakar minyak bumi. Minyak bumi adalah bahan bakar fosil yang terdiri dari campuran berbagai hidrokarbon. Sumber energi ini umumnya diolah menjadi aspal, solar, bensin, kerosin, avtur, gas, dsb.
• Gas Alam
  Sumber energi tidak terbarukan berasal dari energi fosil yaitu gas alam. Gas alam terbentuk dari fosil tanaman, hewan, dan mikroorganisme lainnya yang sudah tersimpan selama ribuan atau jutaan tahun.

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Energi-energi fosil yang ada biasanya dimanfaatkan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Tahukah Bapak dan Ibu guru kalau sumber energi fosil yang paling banyak digunakan adalah batu bara atau BBM (Bahan Bakar Minyak)?

Menurut data BPPT di tahun 2016, kebutuhan PLTU di Indonesia mencapai angka yang sangat besar yaitu 427 juta SBM. Dari angka tersebut, energi yang paling besar digunakan adalah batu bara karena energi ini tidak perlu diimpor, berbeda dengan BBM. Meskipun Indonesia juga memproduksi BBM sendiri, tetapi jumlahnya belum mencukupi kebutuhan sehingga tetap harus melakukan impor. 

Bagaimana Cara Kerja PLTU?

Melihat besarnya kebutuhan PLTU di Indonesia, sekarang mari kita ketahui bagaimana cara kerjanya.

Pertama, air dari tandon dipompa ke pemanas. Sebelum dibakar, batu bara harus melalui proses penghancuran menjadi serbuk agar lebih mudah terbakar. Setelah serbuk dibakar dan terjadi proses pemanasan, air akan berubah menjadi uap air. Uap air dialirkan ke turbin dan memutar turbin yang dihubungkan dengan generator. Generator pun akan berputar dan menghasilkan listrik.

Dalam proses ini, terjadi hukum Faraday di mana ada perubahan fluks magnetik pada generator. Setelah itu, uap air akan dialirkan ke pendingin dan melalui proses pendinginan dan berubah kembali menjadi air lalu tertampung lagi di tandon.

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap.

Sumber Energi Tak Terbarukan: Nuklir

Energi nuklir dimanfaatkan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Di Indonesia sendiri, energi ini belum terlalu dieksplor dan digunakan sebagai pembangkit listrik. Sejauh ini hanya ada tiga reaktor nuklir di Indonesia yang ditujukan bukan sebagai PLTN melainkan sebagai reaktor penelitian oleh BATAN (Badan Tenaga Atom Nasional). Ketiga reaktor nuklir tersebut antara lain:

1. Reaktor Triga Mark II, Bandung
2. Reaktor Kartini, Jogja
3. Reaktor Siwabessy, Serpong

Kenapa sumber energi tak terbarukan nuklir belum terlalu dimanfaatkan padahal Indonesia memiliki potensi sumber daya nuklir sebesar 3000 MW? Hal ini dikarenakan nuklir sangat berbahaya, karena radiasinya bisa mengancam lingkungan jika keluar dari wilayah PLTN. Dibutuhkan waktu dan biaya yang besar untuk mengembangkan PLTN serta mempertimbangkan risikonya.

Cara Kerja PLTN

Pada PLTN, terdapat teras reaktor (sisi paling kiri pada gambar) yang merupakan tempat terjadinya reaksi fisi dari uranium. Batang uranium yang ada pada teras reaktor akan menghasilkan panas dan neutron. Reaksi tersebut bersifat berantai dan jika panas yang dihasilkan terlalu besar, ada batang pengendali yang berfungsi untuk menyerap panas. Kemudian, panas yang sudah dihasilkan disalurkan ke bagian pemanas untuk mengubah air menjadi uap. 

Uap akan digunakan untuk memutar turbin, lalu memutar generator yang akan menghasilkan listrik. Uap air kemudian didinginkan akan berubah lagi menjadi air. Sebenarnya, cara kerja dari PLTN ini mirip dengan konsep PLTU namun berbeda sumber energi atau pemanas yang digunakan dimana PLTN menggunakan uranium.

Masalah dalam Sumber Daya Energi Tak Terbarukan

Dalam menggunakan sumber energi, terutama energi tak terbarukan, pastinya kita menemukan beberapa masalah. Masalah-masalah yang muncul antara lain:

1. Ketersediaan energi tak terbarukan yang terbatas, menurut perkiraan energi minyak bumi kurang lebih dalam 40 tahun akan habis, batu bara sekitar 135 tahun, dan gas alam sekitar 70 tahun lagi. Tantangan inilah yang membuat kita harus mulai beralih ke energi baru terbarukan supaya tidak bergantung pada yang tidak terbarukan.
2. Sumber energi tak terbarukan membawa dampak buruk pada lingkungan. Pembangkit listrik mengubah sumber energi melalui proses pembakaran. Hasil pembakaran itu menghasilkan gas-gas yang cukup berbahaya contohnya Co2 yang terus meningkat dan menyebabkan efek rumah kaca, Nox dan Sox yang jika bereaksi dengan air akan menghasilkan asam yang berakibat mencemari air dan tanah, serta gas-gas lain yang berdampak buruk bagi lingkungan sekitar.
3. Kebocoran reaksi nuklir, seperti yang terjadi di beberapa negara dengan PLTN. Contohnya kebocoran radiasi nuklir yang terjadi di Jepang pada 11 Maret 2011 akibat gempa dan tsunami, serta di Rusia pada 26 April 1986. Karena itulah, penggunaan tenaga nuklir di Indonesia sendiri masih dibatasi.

Sumber Energi Terbarukan

Sumber energi terbarukan adalah energi yang bersumber dari alam yang prosesnya berkelanjutan. 

Sumber Energi Terbarukan: Panas Bumi

Sumber energi terbarukan panas bumi bukan berarti mengambil langsung panas dari panas bumi atau lava gunung berapi ya Bapak dan Ibu guru. Melainkan, energi panas dicari dari rembesan panas bumi yang ada di batuan dalam bumi. Tentu saja, cara mencari rembesan itu tidak mudah dan dibutuhkan penelitian yang matang untuk mengetahui titik dan besarnya panas yang ada.

Nah, Bapak dan Ibu guru tahu tidak berapa besar energi listrik yang dihasilkan Indonesia dari panas bumi? Di tahun 2018, Indonesia sudah bisa menghasilkan energi listrik dari panas bumi sebesar 1948 MW. Padahal, potensi yang dimiliki yaitu 29544 MW mengingat Indonesia berada di cincin api pasifik dan mempunyai banyak gunung berapi.

Sumber energi terbarukan panas bumi dimanfaatkan melalui Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP). Di Indonesia, PLTP tersebar di daerah Sumatera dan Jawa yaitu PLTP Sarulla (Sumatera Utara) dan PLTP Gunung Salak (Jawa Barat).

Bagaimana Cara Kerja PLTP?

Awalnya, pipa dimasukkan ke dalam tanah sampai ke daerah geotermal yang mempunyai panas tinggi. Di dalam daerah geothermal, akan muncul air dan uap panas yang dialirkan ke atas sampai ke separator.

Tugas separator adalah memisahkan uap panas dan air, dimana air akan dikembalikan ke geothermal melalui sumur injeksi 1 sementara uap air dialirkan ke turbin.

Turbin kemudian berputar dan menggerakkan generator, lalu dihasilkan listrik. Setelah itu, uap air masuk ke pendingin dan berubah menjadi air. Air tersebut lalu masuk ke sumur injeksi 2 dan masuk ke daerah geothermal. Begitulah siklus sumber energi panas bumi dalam PLTP.

Sumber Energi Terbarukan: Sinar Matahari

Sumber energi terbarukan sinar matahari dimanfaatkan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS).

Di Indonesia sendiri, PLTS belum banyak di antaranya PLTS di Karangasem Bali dan PLTS di Maluku NTT. Beberapa PLTS yang ada memang difokuskan untuk memberikan sumber energi ke daerah terpencil karena untuk mengalirkan listrik ke daerah tersebut dari kota membutuhkan biaya yang cukup mahal dan jarak yang jauh. Sehingga, masyarakat di daerah terpencil lebih banyak mengandalkan PLTS.

Contoh panel surya untuk pembangkit listrik (Foto dari Freepik)

Cara Kerja PLTS

Pengembangan PLTS membutuhkan biaya yang cukup besar karena panel surya yang digunakan sangat mahal. Panel surya terdiri dari 2 lapis yaitu silikon tipe S dan tipe N yang mengubah energi matahari menjadi listrik. Listrik yang dihasilkan panel surya kemudian disimpan dalam baterai yang kemudian dialirkan ke rumah-rumah atau konsumen.

Salah satu contoh penggunaan sumber energi terbarukan matahari adalah lampu lalu lintas di pinggir jalan.

Sumber Energi Terbarukan: Angin

Sumber energi angin dimanfaatkan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Jika dilihat dari letak geografisnya, Indonesia memiliki sumber energi angin yang menguntungkan karena berada di kepulauan, dilewati garis khatulistiwa, terdapat banyak pantai dan dataran tinggi.

PLTB sendiri mempunyai keunggulan dibandingkan pembangkit listrik dengan sumber energi lain karena PLTB tidak menghasilkan polusi. Sayangnya, kondisi angin yang tidak stabil menyulitkan pengembangan PLTB di Indonesia. Perlu dicari lokasi dengan energi angin yang besar untuk menghasilkan listrik yang stabil.

Beberapa negara maju telah berhasil mengembangkan PLTB contohnya Jerman, Belanda, Amerika Serikat, dan Denmark. Indonesia sendiri juga memiliki PLTB namun belum banyak, diantaranya PLTB Jeneponto dan PLTB Sidrap di Sulawesi Selatan. 

Bagaimana Kincir Angin Menghasilkan Listrik?

Alat utama dalam PLTB adalah kincir angin yang tingginya sekitar 80 m dan baling-balingnya sepanjang 57 m. Dengan tinggi dan panjang seperti itu, kapasitas listrik yang dihasilkan sekitar 2,5 MW untuk setiap kincir angin.

Proses kerjanya, kincir angin berputar karena energi dari angin. Di poros kincir terdapat turbin yang ikut berputar. Turbin kemudian memutar generator dan menghasilkan listrik. Listrik lalu disimpan atau dialirkan langsung ke pengguna. Begitulah cara kerja PLTB.

Sumber Energi Terbarukan: Air

Sudah jelas ya Bapak dan Ibu guru kalau sumber energi terbarukan air dimanfaatkan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Di Indonesia sendiri, PLTA sudah cukup banyak dan salah satu yang terbesar adalah PLTA Cirata, Jawa Barat yang memiliki kapasitas 1008 MW.

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Air.

Dalam PLTA, energi yang dipakai adalah energi potensial yang dijadikan energi gerak untuk memutar turbin dan akhirnya generator menghasilkan listrik.

Mulanya, air harus ditampung terlebih dahulu kemudian dialirkan melalui kanal-kanal kecil yang di dalamnya terdapat turbin. Saat air mengalir, turbin akan berputar dan membuat generator menghasilkan listrik. Listrik kemudian dikumpulkan atau langsung dialirkan ke konsumen.

Sumber Energi Terbarukan: Biomassa

Tahukah Bapak dan Ibu guru apa itu energi biomassa?

Biomassa adalah bahan organi siswa industri yang bisa menghasilkan energi saat dibakar. Contohnya cangkang kelapa sawit, batang tebu, sabut kelapa, dll.

Sumber energi terbarukan biomassa dimanfaatkan pada Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa (PLTBm). Salah satu PLTBm yang ada di Indonesia adalah PLTBm Siantan Kalimantan Barat yang menggunakan cangkang kelapa sawit, tandan, dan kayu karena di sekitarnya banyak perkebunan kelapa sawit.