Efisiensi Energi dan Exergi secara Optimal dengan Hukum TermodinamikaKata Kunci: efisiensi, energi, exergi, listrik, termodinamikaDitulis oleh Sinly Evan Putra pada 13-10-2008

Sepertinya telah menjadi kodrat manusia di dunia ini apabila sesuatu itu tersedia secara

melimpah dan murah, maka penggunaannya pun cenderung boros atau tidak memperhatikan

efisiensi. Hal tersebut juga berlaku dalam penggunaan di bidang energi terutama untuk

penggunaan jenis energi yang vital bagi manusia dan pembangunan yaitu energi listrik dan bahan

bakar minyak (BBM).

Di Indonesia, fenomena diatas pun telah lama terjadi. Selama ini rakyat Indonesia telah

dimanjakan dengan biaya listrik dan harga BBM murah, sehingga menimbulkan suatu argumen

bahwa energi berada dalam jumlah melimpah. Secara tidak langsung, hal ini telah menumbuhkan

perilaku pola konsumsi yang konsumtif/boros dan tidak terkendali dari sebagian besar rakyat

Indonesia terhadap penggunaan energi. Akibat dari pemborosan tersebut, Indonesia diprediksi

oleh para ahli energi pada kurun waktu 15-20 tahun mendatang akan mengalami krisis energi.

Ditengah prediksi yang mencemaskan itu, maka masalah energi secara umum menjadi krusial

untuk disiasati. Berbagai solusi dan alternatif telah ditawarkan oleh banyak para ahli, baik berupa

pendiversifikasian energi, penggunaan energi alternatif, ataupun dengan konservasi energi.

Secara umum semua solusi yang ditawarkan adalah tepat. Tetapi apabila tidak diikuti dengan

adanya efisiensi energi oleh masyarakat, pemerintah ataupun industri, maka semua solusi

tersebut bukanlah sebuah solusi pemecahan yang tuntas dan berkelanjutan.

Prinsip dasar dari efisiensi energi adalah menggunakan jumlah energi yang sedikit tetapi tujuan

atau hasil yang didapat sangat maksimal. Dalam upaya efisiensi energi ini, kajian kimia dan

fisika terutama pada hukum Termodinamika yang membahas masalah energi telah memberikan

konsep ilmiah yang berguna dalam upaya efisiensi energi secara tepat guna dan optimal. Namun

sayang terkadang para pembuat kebijakan energi di negeri ini sering melupakan tentang

fenomena tersebut.

Konsep Efisiensi dalam Hukum Termodinamika

Untuk merancang sebuah perencanaan yang optimal dalam memanfaatkan energi, berbagai

konsep telah dikembangkan, yang salah satunya adalah dengan analisis energi dan analisis exergi

yang berdasarkan pada hukum Termodinamika. Untuk analisis energi, konsepnya terfokus pada

hukum ke-1 Termodinamika sedangkan analisis exergi terfokus pada hukum ke-2

Termodinamika.

Disebutkan dalam hukum ke-1 Termodinamika bahwa energi tidak dapat diciptakan atau

dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Dalam pendekatan

hukum ke-1 ini, strategi efisiensi energi lebih cenderung pada pemanfaatan sumber daya energi

secara efisien. Efisien yang dimaksud disini adalah penggunaan sumber-sumber energi

disesuaikan dengan kualitas yang dibutuhkan. Dengan menyesuaikan sumber-sumber energi

dengan penugasannya sehingga dapat mencegah pemborosan penggunaan energi berkualitas

tinggi hanya untuk tugas yang berkualitas rendah. Kelemahan pada pendekatan hukum ke-1

Termodinamika ini terletak pada hukum ini tidak memperhitungkan terjadinya penurunan

kualitas energi.

Untuk itu, pendekatan hukum ke-2 Termodinamika telah memberikan konsep efisiensi yang

lebih baik. Dalam hukum ke-2 Termodinamika atau dikenal juga sebagai hukum degradasi

energi dikemukakan bahwa tidak ada proses pengubahan energi yang efisien sehingga pastilah

akan terjadi penurunan kualitas energi didalamnya. Kualitas energi ini disebut sebagai exergi.

Exergi ini dapat ditransfer di antara sistem dan dapat dihancurkan oleh irreversibiltas di dalam

sistem. Dalam pendekatan hukum ke-2 Termodinamika ini strategi efisiensi energi yang

direkomendasikan adalah pemanfaatan energi secara optimal termasuk di dalamnya pemanfaatan

exergi-exergi. Sehingga dalam pendekatan ini diharapkan tidak ada energi dan exergi yang

terbuang percuma ke lingkungan.

Dari kedua analisis diatas yaitu analisis energi dan exergi. Diketahui bahwa hasil dari analisis

exergi lebih mempunyai dampak secara signifikan dalam upaya efisiensi energi dan exergi secara

optimal dibandingkan analisis energi. Beberapa kelebihan analisis exergi dibandingkan analisis

energi menurut Agus Sugiyono (2000) adalah (1) lebih akurat dalam membuat desain yang

optimal bagi proses industri maupun pembangkit listrik, (2) lebih teliti dalam menentukan energi

yang hilang dalam proses maupun yang dibuang ke udara, dan terakhir (3) dapat menentukan

kualitas energi. Jelasnya adalah memaksimalkan efisiensi hukum ke-2 Termodinamika akan

mendorong strategi yang lebih baik daripada memaksimalkan efisiensi hukum ke-1

Termodinamika.

Contoh sederhana dalam membedakan kedua strategi antara hukum ke-1 dan 2 Termodinamika

adalah dalam hal evaluasi penggunaan listrik untuk pemanas ruangan. Pendekatan hukum ke-1

Termodinamika hanya akan memberikan strategi efisiensi energi dengan cara

merekomendasikan penggunaan peralatan pemanas ruangan yang efisien. Sedangkan hukum ke-

2 Termodinamika menilai bahwa penggunaan listrik untuk pemanas ruangan termasuk dalam

kategori pemborosan energi. Hal ini karena energi panas termasuk dalam kategori energi

berkualitas rendah. Tugas dan kebutuhan energi kualitas rendah seperti pemanas ruangan ini

dapat diperoleh lebih efisien dan murah dengan cara lain.

Di beberapa gedung perkantoran di beberapa negara maju, untuk memanaskan ruangan, energi

panas tersebut dapat diperoleh dengan cara menangkap limbah panas yang dipancarkan dari

peralatan kantor seperti komputer, mesin photocopy, dan lampu. Beberapa contoh lain yang

sejenis dari strategi hukum ke-2 Termodinamika mengenai energi panas adalah dalam hal

evaluasi penggunaan water heater(pemanas air), dimana untuk memanaskan air kita tidak lagi

perlu menggunakan listrik, tetapi memanfaatkan limbah panas dari mesin Air Conditioner (AC)

ataupun contoh lain adalah pemanfaatan limbah panas dari mesin generator listrik berbahan

bakar solar untuk memanaskan air di bak mandi. Jadi dalam hal ini energi listrik yang merupakan

energi dengan kualitas tinggi tetap dipertahankan untuk melakukan suatu kerja dengan kualitas

yang sepadan. Sedangkan energi-energi listrik yang telah terkonversi menjadi energi panas, tidak

begitu saja terbuang percuma ke lingkungan, tetapi dimanfaatkan untuk hal lain yang sepadan

dengan kualitas energinya. Sehingga dengan cara ini pemanfaatan energi benar-benar dikelola

secara optimal.

Lebih lanjut, dalam contoh skala yang lebih besar, semisal dalam suatu kota di pegunungan yang

memerlukan kapasitas pemanas ruangan, strategi hukum ke-1 Termodinamika akan terdiri dari

(1) penggunaan pemanas listrik yang sangat efisien, dan (2) membangun banyak pembangkit

listrik tenaga nuklir (PLTN). Hal yang berbeda akan diberikan oleh hukum ke-2 Termodinamika

yang akan terdiri dari (1) identifikasi sumber-sumber energi kualitas rendah dalam struktur lokal

yang bisa dipanaskan dan (2) cara-cara menyalurkan sumber-sumber tersebut. Dari kasus-kasus

diatas diketahui bahwa memaksimalkan efisiensi hukum ke-2 Termodinamika akan

menghasilkan dampak yang lebih baik terhadap penentuan kebijakan di bidang energi.

Sejauh ini, penggunaan analisis exergi yang berdasarkan pada hukum ke-2 Termodinamika ini

telah banyak diterapkan di berbagai proses industri maupun di pembangkit-pembangkit listrik.

Untuk membuat model dalam analisis exergi ini melibatkan variabel-variabel data yang sangat

banyak dan berinteraksi dengan persamaan yang kompleks. Penggunaan data-data primer tentang

energi yang rinci dan konsisten, sangatlah diperlukan dalam mendukung pembuatan model

exergi untuk kemudian dintreprestasi lebih lanjut untuk menentukan langkah-langkah efisiensi

yang harus dilakukan. Tetapi jika data-data tersebut sulit diperoleh maka penggunaan data-data

sekunder yang diturunkan dari data-data non energi dapatlah digunakan. Beberapa data yang

diperlukan adalah pendapatan daerah, pendapatan sektor industri, jumlah rumah tangga, jumlah

angkutan umum, penjualan listrik dari PLN dan data produksi dari sektor pertanian.

Penutup

Hukum Termodinamika yang telah kita pelajari dalam bangku-bangku perkuliahan secara tersirat

telah memberikan sebuah konsep yang unik dalam upaya efisiensi energi yang perlu terus kita

gali dan kembangkan. Geliat perkembangan di bidang termodinamika dewasa ini terus melaju

dan dinamis, termasuk diperkenalkannya konsep emergy (embodied energy) atau energi yang

telah disertakan dalam suatu benda oleh H. T Odum dari Environmental Enginering Sciences

University of Florida. Yang menurut beberapa pakar dibidang ini lebih baik daripada konsep

exergy terutama bila merujuk pada sifat heterogenitas dari sistem. Akan tetapi di Indonesia

sangat sedikit sekali bahkan bisa dikatakan tidak ada peneliti yang mengkaji dan menerapkan

konsep emergy ini. Sehingga penggunaan konsep exergy di Indonesia masih layak untuk tetap

diaplikasikan.