Paradoks Energi Terbarukan Tenaga Air

Paradoks Energi Terbarukan Tenaga Air

Pada awalnya, energi terbarukan tenaga air, yang biasa disebut Hydropower, dianggap sebagai sebuah teknologi karbon netral, yaitu teknologi yang tidak menambah jumlah bersih CO2 di atmosfer. Pemahaman tersebut muncul karena cara kerja teknologi ini cukup sederhana, yaitu dengan memanfaatkan energi potensial air di ketinggian tertentu yang dikonversi menjadi energi kinetik untuk menggerakkan turbin penghasil listrik. Selain itu, instalasi teknologi Hydropower tergolong cukup sederhana, seperti dengan membuat waduk atau memanfaatkan run-of-river. Hal ini membuat teknologi Hydropower merupakan salah satu energi terbarukan pembangkit listrik yang aplikasinya cukup popular di dunia.

”Energi terbarukan tenaga air atau yang sering kita sebut dengan Hydropower ternyata mengeluarkan emisi Greenhouse Gas (GHG) dalam jumlah yang cukup besar jika dibandingkan dengan perkiraan sebelumnya”

Akan tetapi studi terbaru menunjukan bahwa teknologi Hydropower tidak termasuk golongan teknologi karbon netral, atau dalam arti lain, teknologi ini menambah jumlah bersih GHG ke atmosfer. Studi tersebut didasarkan pada metode penilaian kuantitatif yang lebih komprehensif, yaitu Lifecycle Assessment (LCA). Metode ini bertujuan untuk membandingkan berbagai jenis dampak lingkungan suatu produk atau jasa (Hydropower) dari semua proses dalam kurun waktu tertentu. Beragam proses yang umumnya dilakukan dalam LCA untuk Hydropower adalah:

  1. Konstruksi: GHG mulai dikeluarkan saat proses konstruksi Hydropower Contohnya adalah proses produksi dan transport material (semen, baja, dsb.), serta penggunaan peralatan konstruksi dan material, seperti mesin diesel.
  2. Operasi dan pemeliharaan: Pada tahap ini, GHG dihasilkan dari kegiatan operasi dan pemeliharaan Hydropower, seperti system pendingin/pemanas bangungan, unit-unit mesin diesel, dan transportasi pegawai selama aktivitas pemeliharaan berlangsung. Sebagai tambahan, perubahan lahan akibat pembangunan waduk untuk Hydropower juga termasuk penghasil GHG. Hal ini dikarenakan adanya produksi gas methane selama operasi berlangsung (khusus untuk operasi reservoir Hydropower).
  3. Pembongkaran: Proses pembongkaran biasanya terjadi untuk waduk Hydropower. Pada saat proses pembongkaran, alat-alat yang digunakan turut menyumbang emisi GHG. Pembongkaran instalasi umumnya terjadi karena isu lingkungan atau keamanan. Namun pada prakteknya, proses pembongkaran sangat jarang terjadi.

Gambar 1 Contoh cakupan studi LCA untuk hydropower (Pang et al., 2015)

Agar valid, metode LCA harus memiliki satuan unit yang seragam, misalnya quantifikasi GHG menggunakan satuan gCO2eq/KWh (gram karbon dioksida ekivalensi per kilowatthour). Artinya gas-gas yang mengakibatkan efek rumah kaca seperti CH4, CFC, dikonversikan ke satuan berat CO2. Sebagai contoh, satu gram gas methane (CH4) sama dengan 25 gram CO2. Dengan begitu, seluruh emisi GHG dari proses konstruksi hingga pembongkaran dapat terkuantifikasi dengan baik.

Salah satu dampak negatif dari Hydropower terhadap lingkungan di skala besar (pemanfaatan waduk) adalah emisi gas methane dari pembusukan materi organik. Hal ini dikarenakan waduk merupakan titik pengumpulan berbagai zat dari area hulu. Sebagai bagian siklus alami, zat-zat organik terbawa ke waduk melalui anak sungai. Hal ini tidak menutup kemungkinan bagi air limbah domestik, air limbah industri, dan polutan agrikultur untuk dapat ikut terbawa ke waduk.

Produk utama emisi GHG di waduk adalah CO2 dan gas methane (CH4). Proses keluarnya GHG dari waduk umumnya terjadi melalui dua proses, yaitu diffusive flux dari permukaan air, bubbling dan degassing (gambar 2). Proses keluarnya gas methane melalui bubbling disebabkan adanya methanogenesis di dalam air, yaitu proses konversi zat-zat organik menjadi gas methane oleh mikroorganisme pada kondisi minim oksigen. Pada kedalaman yang lebih jauh, zat GHG dapat keluar melalui proses degassing. Namun, pada kedalaman yang dangkal dengan kondisi oksigen yang memadai, gas methane dikonversi menjadi gas karbon dioksida (CO2) yang pada akhirnya akan dilepas ke atmosfer melalui diffusive flux. Sebagai tambahan, zat phosphorus yang terakumulasi di waduk juga dapat menstimulasi munculnya macarophyte, yakni tanaman air yang dapat membantu proses pelepasan gas metan ke atmosfer. Proses kimiawi yang diuraikan sebelumnya dapat dengan mudah terstimulasi oleh iklim/cuaca khususnya pada area tropis. Hal ini mengakibatkan jumlah ekivalansi CO2 yang dikeluarkan dari waduk di negara-negara tropis  menjadi lebih tinggi.

Gambar 2 Proses kimiawi yang terjadi di waduk (Guerin, 2006)

Hydropower yang berukuran lebih kecil, yakni Pyco Hydropower, ternyata belum dapat menjadi alternatif untuk meminimalisasi emisi GHG. Berbeda dengan Hydropower skala besar yang memanfaatkan waduk, instalasi Pyco Hydropower umumnya memanfaatkan run-off sungai dan ukuran generatornya cukup kompak, sehingga Hydropower skala kecil ini sering dimanfaatkan di area pedesaan (gambar 3). Akan tetapi, Hydropower penghasil listrik dibawah 5 Kw ini belum tentu mengeluarkan emisi GHG lebih sedikit dibandingkan Hydropower skala besar. Hal ini disebabkan oleh kualitas material (jalur transmisi, turbin, powerhouse, dsb), proses instalasi, keadaan area, dan akses transportasi yang kurang baik. Sebagai contoh, dibutuhkan lebih dari satu jenis kendaraan untuk mentransportasikan generator listrik dari distributor ke lokasi perdesaan, dikarenakan lokasi dan akses menuju lokasi yang terpencil. Hal ini mengakibatkan pengeluaran emisi GHG yang lebih besar dikarenakan banyaknya jenis kendaraan bermotor untuk membawa ke lokasi desa yang jalur transportasinya tidak baik. Hal ini berbanding terbalik dengan jalur transportasi ke area waduk, sehingga proses transportasi material ke area waduk mengeluarkan relatif lebih sedikit emisi GHG. Faktor yang lebih menentukan besarnya pengeluaran emisi GHG adalah rentang hidup instalasi Pyco Hydro tersebut. Instalasi ini biasanya memiliki rentang hidup 10-70 tahun lebih pendek dibandingkan dengan Hydropower skala besar. Faktor yang menentukan rentang hidup instalasi Pyco Hydro salah satunya adalah jalur transmisi listrik. Jalur transmisi listrik di pedesaan umumnya berumur pendek, dikarenakan rawan akan kerusakan seperti korsleting. Selanjutnya, proses produksi dan pengiriman material untuk kabel dan instalasi transmisi yang baru juga dapat menambah emisi GHG.

 

Gambar 3 Contoh instalasi pycohydropower (Pascale et al., 2011)

Rentang emisi GHG yang dikeluarkan oleh Hydropower adalah sekitar 2-390 gCO2eq/KWh. Namun, Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, banyak faktor yang terlibat untuk membangun instalasi Hydropower, mulai dari proses konstruksi, operasi, perawatan, hingga dekonstruksi. Faktor-faktor tersebut juga mempengaruhi hasil perhitungan LCA Hydropower. Oleh karena itu, hasil perhitungan emisi GHG Hydropower sangat bervariasi jika dibandingan teknologi lainnya (gambar 4).

 

Gambar 4 Grafik perbandingan emisi CO2ekivalensi dari beberapa sumber energy (Scherer dan Pfister, 2016)

Hydropower adalah salah satu energi terbarukan yang dapat menghindari eksploitasi sumber daya natural bumi secara berlebihan. Terlebih, teknologi ini mengeluarkan emisi GHG yang rata-rata lebih sedikit dibandingkan dengan teknologi konvensional lainnya, seperti minyak, gas alam, dan batu bara. Akan tetapi, saat dikaji lebih jauh, GHG yang dikeluarkan oleh Hydropower ternyata lebih tinggi dibandingkan teknologi terbarukan lainnya, seperti tenaga surya, biomasa, dan tenaga angin.

Diperlukan upaya-upaya untuk meminimalisasi dan mengontrol emisi GHG yang dikeluarkan dari teknologi Hydropower. Beberapa solusi untuk mengurangi emisi GHG dapat dirumuskan berdasarkan pemetaan permasalahan yang telah disebutkan, yaitu dengan cara integrasi dan optimasi. Gas methane yang dikeluarkan dari waduk dapat diintegrasikan dengan teknologi biogas untuk menghasilkan listrik. Selain itu, lokasi waduk juga dapat dimanfaatkan untuk instalasi teknologi tenaga surya dan tenaga angin yang bertujuan untuk mengurangi emisi GHG secara keseluruhan. Upaya-upaya optimasi yang dapat dilakukan antara lain, dibutuhkan praktik konstruksi yang baik serta penggunaan material yang berkualitas agar rentang umur instalasi Hydropower dapat berlangsung lebih lama. Selanjutnya, optimasi generator juga diperlukan untuk meningkatkan efisiensi. Tidak hanya itu, perbaikan jalur transportasi agar tercipta akses ke lokasi yang lebih mudah juga dapat mengurangi emisi gas GHG.

Referensi

Pang, M., Zhang, L., Wang, C., & Liu, G. (2015). Environmental life cycle assessment of a small hydropower plant in China. The International Journal of Life Cycle Assessment20(6), 796-806.

Pascale, A., Urmee, T., & Moore, A. (2011). Life cycle assessment of a community hydroelectric power system in rural Thailand. Renewable Energy36(11), 2799-2808.

Scherer, L., & Pfister, S. (2016). Hydropower’s Biogenic Carbon Footprint. PloS one11(9), e0161947

Guérin, F. (2006). Emission de gaz à effet de serre (CO2, CH4) par une retenue de barrage hydroélectrique en zone tropicale (Petit-Saut, Guyane Française): expérimentation et modélisation (Doctoral dissertation, Université Paul Sabatier-Toulouse III).

Edenhofer, O., Pichs-Madruga, R., Sokona, Y., Seyboth, K., Kadner, S., Zwickel, T., & Matschoss, P. (Eds.). (2011). Renewable energy sources and climate change mitigation: Special report of the intergovernmental panel on climate change: Chapter 5 Hydropower. Cambridge University Press.

 

Artikel ini ditulis oleh Dias Mandala Nurhutama dan Dilafitria Fauza

1Comment
  • Cicip Hadisucipto
    Posted at 09:18h, 02 Mei Balas

    Perairan laut Indonesia memiliki luas (a) sekitar 6.65 juta km2 termasuk ZEE, kedalaman air (h) rata-rata 2.24km dan volume air (Q = a*h) sekitar 14.9 juta km3. Berdasarkan massa jenis air (rho) 1025 kg/m3 dan gaya/percepatan gravitasi (g) 9.81 m/s2, perairan laut Indonesia memiliki tekanan air statis/hidrostatis (rho*g*h) rata-rata 22.52 MPa dan menyimpan energi potensial (rho*g*h*Q) sekitar 335 trilliun GW (335 x 10^15 MW) – besar sekali, belum termasuk energi potensial yang tersimpan di perairan darat (waduk, danau, sungai, kanal, dll).
    Di lain pihak, massa air (rho*Q) umumnya mengalir sebagai arus air dengan kecepatan (V) sangat rendah, sehingga memberikan tekanan air dinamis (0.5*rho*V^2) dan energi kinetik (0.5*rho*V^2*Q) yang juga sangat rendah – bukti kasih sayang Allah SWT, tidak memberi tusnami/;banjir bandang setiap waktu. Tanpa peningkatan energi hidrokinetik ini belum ada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) atau pun tenaga arus laut/sungai (PLTAL/PLTAS) yang terbukti komersial di negara mana pun.
    Dalam pembangkit listrik tenaga hidro-kinetik (PLTHK) invensi penuliis, Paten: ID.P000035093, peningkatan energi hidrokinetik yang sebanding dengan pengurangan energi potensial memenuhi hukum kekekalan energi diadakan langsung dalam tubuh/wilayah perairan menggunakan sepasang corong kembar lateral bolak-balik menggantikan fungsi waduk/bendung di daratan yang mahal.. Tenaga hidrokinetik maksimum yang otomatis berada pada leher sepasang corong memutarkan turbin dan generator listrik, sehingga dapat dihasilkan energi listrik rendah biaya.
    Energi listrik rendah biaya dari PLTHK yang dibangun secara luas di seluruh pelosok perairan Indonesia dapat digunakan sebagai infrastruktur energi hilir, misalnya untuk pengisian ulang baterai bagai kendaraan perairan dan daratan yang digerakkan dengtan listrik baterai. Dengan demikian Indonesia berpeluang lebih mandiri di bidang energi, tidak akan terlalu tergantung kepada BBM impor. YAYAYAN I CARE INDONESIA DIHARAPKAN DAPAT MEWUJUDKAN KONSEP SOLUSI INI.

Post A Comment