Energi Nuklir ~Kebutuhan energi masa depan~

Kebutuhan akan energi merupakan sebuah isyu yang demikian mengemuka tidak hanya yang berkaitan dengan konsumsi energi untuk menjaga kelangsungan hidup manusia, tetapi juga berkaitan dengan keterbatasan sumber daya alam (SDA) dan efek penggunaan SDA penghasil energi tersebut. Berbagai kebijakan dan terobosan telah dilakukan guna terjadinya keseimbangan antara supply dan demand masyarakat dunia akan energi, ketersediaan SDA yang dapat memproduksi energi dan minimasi dampak exploitasi SDA terhadap lingkungan.

Kebijakan yang diambil dalam memilih opsi penggunakan energi nuklir tidak hanya karena teknologi yang establish, komersial dan kompetitif secara market ekonomi, akan tetapi juga karena sudah menjadi sebuah kebijakan negara dan bahkan sudah menjadi sebuah kebijakan global tingkat dunia dalam penerapkannya. Oleh karena itu, pembangunan reaktor nuklir harus dikaji dari berbagai aspek dan multidisiplin ilmu. Image yang selama ini terbangun dari nuklir adalah identik dengan senjata dan peperangan, atau berhubungan dengan kecelakaan dan radiasi nuklir. Hal ini mungkin tidak salah, tetapi kurang tepat kalau secara langsung menghubungkan seperti permasalahan di atas. Meskipun bahan bakar yang dipakai untuk senjata dan untuk sebuah reaktor itu berasal dari bahan bakar material nuklir yang sama, akan tetapi senjata dan reaktor nuklir adalah dua hal yang sangat berbeda. Tidak hanya tujuan pembuatan senjata dan reaktor nuklir yang berbeda, tetapi secara teknis teknologi dan pengembangannya pun berbeda. Energi nuklir yang dihasilkan reaktor nuklir dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik yang bisa menjadi kontributor kompetitif terhadap sumber energi listrik konvensional seperti batu bara, minyak, gas, air dan lainnya.

Penduduk dunia dan ketersediaan SDA

Pada tahun 1650, populasi dunia mencapai 0,5 milyar jiwa dan berkembang dengan laju mendekati 0,3 persen pertahun [1] dan pada tahun 1950, populasi dunia menjadi 2,5 milyar orang dan menjadi 3,6 milyar pada tahun 1970 dengan laju pertambahan 2,1 persen pertahun [1]. Pada tahun 2001, bumi yang cantik ini dihuni oleh 6 milyar orang dan berdasarkan medium projectnya United Nation Long-Range World Population Projections, populasi dunia akan bertambah menjadi 7,2 milyar pada tahun 2015, hampir 8 milyar jiwa pada tahun 2025 dan akan menjadi 9,3 milyar di tahun 2050 [2]. Berbicara mengenai komposisi populasi penduduk dunia, di akhir abad ini, 34% penduduk dunia berusia di atas 60 tahun dan yang paling ekstrim levelnya akan dicapai pada bagian pacific OECD (Jepang), dimana setengah dari populasi penduduk berumur di atas 60 tahun. Dengan komposisi seperti di atas, bisa dibayangkan berapa besar SDA yang harus dieksploitasi manusia untuk mendukung kehidupannya.

Konsekuensi logis pertumbuhan penduduk dunia yang pesat ini adalah penyusutan dengan cepat SDA non-renewable khususnya bahan bakar fosil. Seperti contohnya: minyak dengan kapasitas tersedia secara global adalah 1195 trilyun barrel, akan terpakai sampai 43 tahun. Batu bara, dengan cadangan global 1316 trilyun ton dan akan habis digunakan selama 231 tahun. Gas alam mempunyai cadangan global 144 trilyun m3, dapat digunakan tidak lebih dari 62 tahun. Hingga saat ini, kontribusi penggunaan sumber energi pada total konsumsi energi dunia adalah 87% untuk supply energi dan 63% untuk supply listrik berasal dari bahan bakar fosil [3].

Pemanfaatan bahan bakar nuklir

Kontribusi energi nuklir terhadap pasokan energi sekitar 6% dan pasokan listrik sekitar 17%. Densitas energi pada energi nuklir adalah sangat tinggi. Satu kg uranium dapat menghasilkan 50.000 kWh (3.500.000 kWh dengan beberapa proses) energi, sementara 1 kg batu bara dan 1 kg minyak hanya menghasikan 3 kWh dan 4 kWh. Kemudian pada sebuah reaktor berkekuatan 1000 MWe memerlukan: 2.600.000 ton batu bara (2.000 kereta angkut dengan daya angkut 1.300 ton), atau 2.000.000 ton minyak bumi (10 supertanker), atau 30 ton uranium (dengan teras reaktor 10 m3). Densitas energi bisa di ukur dengan areal lahan yang diperlukan per unit produksi energi. Fosil dan lahan reaktor nuklir membutuhkan 1-4 km2. Lahan solar termal atau photovoltaics (PV) memerlukan 20-50 km2. Areal bahan dari sumber angin memerlukan 50-150 km2. Biomass memerlukan 4.000 – 6.000 km2 [3].

Dalam aspek investasi dan faktor ekonomis, sebuah reaktor nuklir dapat bersaing secara kompetitif dengan sumber energi lainnya, hal ini di tunjukan pada gambar berikut:

Limbah bahan bakar fosil

Sebuah pembangkit listrik batu bara tanpa teknologi pemrosesan pengurangan limbah, biasanya secara rata-rata menghasilkan 44.000 ton sulfur oxida (SOx) dan 22.000 ton of nitrous oxides (NOx) yang akan tersebar ke atmosfir. Reaktor nuklir 1000 MWe tidak menghasilkan gas noxious atau polutan lainnya dan akan menghasilkan 30 ton dari hasil bahan bakar dengan high-level radioaktif bersama dengan 800 ton low dan intermediate level radioaktif. Kemudian pertimbangan lainnya dalam berhubungan dengan bahan bakar fosil (minyak bumi, batu bara dan gas alam) adalah deteorientasi lingkungan dengan greenhouse dari gas keluaran. Karbon dioksida (CO2), metana (CH4) dan NOx adalah gas-gas utama yang meningkatkan efek greenhouse hasil aktifitas manusia menggunakan bahan bakar fosil. Gambar di bawah ini menunjukan pengaruh pemanfaatan air dan nuklir terhadap pengurangan produksi CO2.

Perkembangan pembangkit tenaga nuklir

(NPP, Nuclear Power Plant)

Periode pertama penggunaan energi nuklir adalah untuk tujuan militer seperti halnya sebuah reaktor pendorong kapal selam (submarine) [4] milik US “Nautilus” dan senjata mematikan seperti bom atom yang pernah dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki pada akhir perang dunia II. Pengembangan energi nuklir untuk tujuan sipil seperti reaktor nuklir untuk pembangkit daya dimulai secara intensif setelah konferensi genewa “On the peaceful uses of atomic energy” yang di sponsori oleh UN (PBB) tahun 1955. Pada tulisan ini akan dijelaskan beberapa jenis reaktor nuklir dalam skala komersial.

Reaktor dapat dikategorikan menjadi 2 jenis, yaitu (1) reaktor nuklir dengan proses reaksi fisi yang diakibatkan oleh neutron termal, reaktor ini disebut reaktor termal, dan (2) reaktor nuklir dengan proses fisi yang terjadi pada energi neutron yang tinggi (fast neutron), reaktor ini disebut (fast reactor) reaktor cepat. Reaktor cepat tidak memerlukan moderator, sementara reaktor termal membutuhkan moderator untuk mengurangi energi neutron cepat menjadi neutron termal. Tipe reaktor termal yang ada banyak sekali, seperti reaktor berpendingin air ringan (light water moderated reactor atau LWR), reaktor berpendingin air berat (heavy water moderated reactor atau HWR), Reaktor berpendingin gas (gas-cooled reactor), dan Reaktor temperature tinggi berpendingin gas (high temperature gas-cooled reactor atau HTGR). Ada 2 tipe dari LWR yaitu presurrized water reactor (PWR) dan boiling water reactor (BWR). HWR untuk tujuan komersial ada 2 tipe utama, kadang kala di sebut pressurized heavy water reactor (PHWR) dan boiling light water reactors (BLWR). Reaktor Canadian Deuterium Uranium (CANDU) di Canada termasuk ke dalamm dua tipe itu dan untuk steam-generating heavy water reactor (SGHWR) ada di Inggris dengan versi jenis BLWR. Reaktor FUGEN Jepang bisa di kategorikan sebagai BLWR, karena penggunaan moderator dari air berat (heavy water) dan pendidinginnya air ringan (light water). Gas cooled-reactors termasuk Magnox gas cooled reactor (GCR) dan advanced gas cooled-reactor (AGR). Kelompok HTTR terdiri dari HTGR dengan bahan bakar uranium disebut HTR dan HTGR dengan berbahan bakar uranium dan thorium (THTR). Jenis lainnya terdapat di rusia yaitu graphite moderated light water reactor (RBMK)[5,6]. Sejak tidak digunakannya moderator di reaktor jenis reaktor cepat yaitu fast breeder reactor (FBR), ukuran reaktor menjadi kecil, dengan laju transfer panas yang tinggi pada pendingin dengan logam cair (liquid metal) sebagai pendinginnya dan dengan peluang penggunaan gas helium bertekanan tinggi (high-pressure helium gas) [5,6].

Reaktor berjenis LWR (PWR dan BWR) memberikan profile yang baik, dari faktor ekonomis dalam reaktor komersial, reliable dan mempunyai sistem keamanan reaktor yang cukup establish. Di dunia sudah terdapat banyak reaktor nuklir dibangun dan telah lama beroperasi dengan berbagai tipe [6]. Pada tahun 2000, sekitar 60% (256 dari 438 unit) dari Pembangkit tenaga nuklir terdiri dari reaktor PWR. BWR terdapat 21 % (92 dari 438 unit) pembangkit tenaga nuklir dunia. Lebih detail, Jepang mempunyai 52 NPP dalam operasi, 23 adalah reaktor berjenis PWR dan 28 unit berjenis BWR. USA mempunyai 104 NPP yang beroperasi, 69 unit NPP berjenis PWR dan 35 berjenis BWR. Perancis mempunyai 57 NPP dalam operasi, 56 adalah berjenis PWR. Dalam informasi di atas tergambarkan bahwa LWR di dunia ini masih terdepan dalam abad ini. Beberapa negara yang mempunyai NPP telah memberikan kontribusi energi listrik bagi kebutuhan negaranya, yang tergambarkan pada gambar berikut.(edit…aksesor)

Dalam hubungannya dengan cadangan global sumber alam, untuk cadangan global uranium diperkirakan sekitar 4.36 juta ton. Kalau mengadopsi skenario saat ini dari daur ulang bahan bakar nuclear (nuclear fuel cycle) Amerika Serikat (US), yaitu dengan sistem daur ulang once through, dimana setelah bahan bakar yang telah di gunakan di reaktor, akan dibuang ke sebuah daerah pembuangan khusus, oleh karenanya apabila digunakan sistem ini maka penggunaan uranium ini hanya dapat seluruhnya digunakan sampai 72 tahun. Akan tetapi jika kita mengadopsi dengan mendaur ulang atau memproses ulang bahan bakar yang telah digunakan dan dengan ditambah kontribusi FBR (Fast Breeder Reactor) dengan jumlah yang signifikan terhadap jumlah NPP di dunia, semua sisa uranium dapat menjadi supply energi untuk ribuan tahun. Kemudian juga diketahui terdapat 4 milyar ton uranium dalam konsentrasi rendah di lautan dan terdapat thorium sebanyak tiga kali jumlah uranium, dimana thorium ini bisa menjadi sumber bahan bakar nuklir yang lain di bumi ini. Oleh karena itu, energi nuklir bisa digunakan selama jutaan tahun.

Terdapat isu penting secara global yang kita harus berkonsentrasi kesana dalam pemanfaatan energi nuklir. Ada tiga isu utama yaitu, isu mengenai “Nuclear Safety” atau keselamatan reaktor nuklir, “nuclear non-proliferation” atau pembatasan penggunaan bahan nuklir, dan “radioactive waste management“ atau pengaturan sampah radioaktif. Untuk isu keselamatan reaktor nuklir, estimasi resiko pada kecelakaan reaktor yang beresiko tinggi menjadi resiko yang rendah dibandingkan dengan semua resiko pada kehidupan manusia umumnya. Kemajuan dalam keselamatan reaktor ini dapat diperoleh dengan usaha keras untuk mempertinggi dan pemeliharaan keselamatan reaktor, manajemen keselamatan dan sumber daya manusia. Nuclear non-proliferation yang berkaitan dengan pengaturan dan pembatasan penggunaan bakar nuklir harus dijamin tidak hanya pengukuran dan optimasi secara teknis tapi juga semua hal yang berkaitan dengan politik internacional [7]. Meskipun jumlah sampah radio aktif per unit produksi listrik dari NPP adalah relatif sangat kecil, toxic pada sampah radioaktif harus direduksi serendah mungkin, dalam rangka mendapatkan penerimaan publik secara lebih baik lagi dan mengurangi resiko dari serangan terror.

Referensi

[1] Donella H. Meadows, et. al., The Limits to Growth, New American Library, New York, 1972

[2] United Nation, World Population Projections:, United Nations, New York, ESA/P/WP.xxx, 1998

[3] IAEA, Sustainable Development and Nuclear Power, IAEA, Vienna, 1997

[4] J.M West and W.K. Davis, The creation and beyond: Evolutions in US nuclear power development, Nuclear News, June 2001, 2001

[5] W. Marshall, Nuclear Power Technology, Vol. 1, Reactor Technology, Clarendon Press, Oxford, 1983

[6] ANS, World list of nuclear power plants, Nuclear News, March 2001, 2001.

[7] S. Matsuura, Future Perspective of Nuclear Energy in Japan and the OMEGA Program, Nucl. Phys. A654, 417c, 1999.

Sumber : Dimensi vol. 6 no. 2 edisi Januari 2005 Warta Sains dan Teknologi ISTECS-Japan

Sidik Permana

Diakses oleh : arifin_pararaja

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s