1

NASKAH AKADEMIK

PROSPEK MSR UNTUK PENGUNAAN SUMBER DAYA THORIUM DI

INDONESIA

Andang Widi Harto

A. PENDAHULUAN Penggunaan energi nuklir di Indonesia merupakan hal yang sangat mendesak untuk

pemenuhan kebutuhan listrik di Indonesia. Hal ini berkaitan dengan peningkatan kebutuhan

listrik di Indonesia dari tahun ke tahun, semakin menipisnya sumber daya energi

konvensional (batubara, minyak dan gas), dampak lingkungan akibat penggunaan sumber

daya energi konvensional (emisi CO2, emisi senyawa-senyawa SOx dan NOx), serta

ketidaksiapan penggunaan sumber daya energi terbarukan untuk mensuplai kebutuhan energi

dalam jumlah besar, kontinyu dan murah. Sumber daya energi nuklir berpotensi mampu

menggantikan sumber daya energi konvensional untuk mensuplai energi secara masih,

kontinyu dan murah.

Sumber daya energi nuklir meliputi sumber daya energi nuklir fisi dan sumber daya

energi nuklir fusi. Karena alasan kematangan teknologi, maka sumber daya energi fusi nuklir

yang meliputi deuterium (D) dan litium-6 (Li-6) belum dapat dimanfaatkan. Sumber daya

energi fisi nuklir merupakan sumber daya energi nuklir yang sekarang dapat dimanfaatkan.

Sumber daya energi nuklir terdiri dari uranium dan thorium. Uranium alam terdiri dari dua

isotope, yaitu U-235 dengan fraksi mol sebesar 0,71 % dan U-238 dengan fraksi mol sebesar

99,29 %. Sedangkan thorium alam terdiri dari hanya satu isotope yaitu Th-232.

Dari ketiga isotop tersebut, hanya U-235 yang dapat digunakan secara langsung untuk

menghasilkan reaksi fisi (pembelahan nuklir) dengan induksi neutron. Reaksi tersebut dapat

dituliskan sebagai berikut [1] :

EnXXnU  1021 1

0

235

92  (1)

Dalam hal ini, 1X dan 2X adalah nuklida hasil pembelahan sedangkan E adalah

energi yang nilainya adalah 200 MeV per reaksi. Karena reaksi fisi menghasilkan neutron

dengan jumlah yang lebih banyak daripada jumlah neutron yang dipergunakan untuk

menginduksi reaksi tersebut, maka dimungkinkan untuk dibuat reaktor dengan reaksi fisi

berantai.

Sementara itu, U-238 dan Th-232 merupakan isotop fertil. Dalam hal ini, kedua isotop

tersebut tidak bisa membelah ketika ditembak dengan neutron. Akan tetapi kedua isotop ini

akan menghasilkan isotop lain yang dapat berfisi jika dikenai neutron. Dalam hal ini U-238

akan menghasilkan Pu-239 dan Th-232 menghasilkan U-233. Reaksi semacam ini disebut

sebagai reaksi pembiakan (breeder), yang dapat ditulis sebagai berikut :

239

92

1

0

238

92 UnU  (2) 0

1

239

93

239

92 eNpU  (3) 0

1

239

94

239

93 ePuNp  (4)

dan : 233

90

1

0

232

90 ThnTh  (5) 0

1

233

91

233

90 ePaTh  (6)

1 Lamarsh, J.R., 1966, Introduction to Nuclear Reactor Theory

2

0

1

233

92

233

91 eUPa  (7)

Uranium-233 dan Plutonium-239 merupakan nuklida fisil yang dapat berfisi ketika ditembak

neutron.

EnXXnU  1021 1

0

233

92  (8)

EnXXnPu  1021 1

0

239

94  (9)

Proses pembiakan Pu-239 dari U-238 lebih efektif dilakukan dengan menggunakan

spectrum neutron cepat sedangkan proses pembiakan U-233 dari Th-232 lebih efektif

dilakukan dengan menggunakan spectrum neutron termal.

Karena U-235 merupakan isotope alam yang mampu berfisi, maka wajar jika

teknologi reactor nuklir awal menggunakan U-235. Lebih dari 99 % dari reactor nuklir yang

telah beroperasi dan sedang dibangun sekarang menggunakan U-235 sebagai bahan bakar

fisilnya.

Akan tetapi hal ini di kemudian hari menimbulkan masalah. Uranium 235 hanya

merupakan fraksi kecil dari uranium alam (0,71 %). Dengan demikian, reactor yang

menggunakan U-235 pada dasarnya hanya menggunakan 0,7 % dari sumber daya uranium.

Sebagian besar reactor nuklir sekarang tidak menggunakan uranium alam, melainkan

uranium diperkaya. Fraksi mol U-235 perlu ditingkatkan hingga menjadi 3 % sampai 5 %.

Reaktor berdaya 1000 MWe membutuhkan sekitar 21 ton uranium diperkaya 5 %

selama satu tahun. Untuk memperoleh 21 ton uranium diperkaya 5 %, dibutuhkan sekitar 180

ton hingga 200 ton uranium alam (tergantung tail product dari proses pengayaan). Karena

reactor nuklir sekarang hanya mampu menggunakan 0,7 % sumber daya uranium, maka

ketersediaan dari sumber daya uranium terbukti akan mengalami kelangkaan kurang lebih 50

tahun mendatang. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.1. dam Gambar 4.2.

Gambar 4.1. Estimasi sumber daya uranium terbukti [2]

2 Energy Watch Group, 2006, EWG Paper No 1-06, Uranium Resources and Nuclear Energy 03Dec2006 pdf

3

Permasalahan lainnya adalah produksi limbah radioaktif. Uranium-235 yang berfisi

menimbulkan nuklida hasil fisi yang memiliki tingkat radioaktifitas tinggi dengan umur

puluhan tahun. Akan tetapi uranium-238 yang menyerap neutron tetapi tidak secara sempurna

berhasil menjadi Pu-239 akan menjadi nuklida-nuklida yang disebut sebagai aktinida minor

(minor actinide, disingkat sebagai MA) yang memiliki aktivitas tinggi dan berumur sangat

panjang hingga puluhan ribu tahun. Teknologi reactor nuklir sekarang menghasilkan limbah

MA yang berumur panjang dan hingga sekarang belum ada pemecahannya.

Gambar 4.2. Estimasi kelangkaan sumber daya uranium terbukti [3]

B. PERLU PENGEMBANGAN TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR ALTERNATIF.

Dengan adanya masalah kelangkaan (shortage) uranium serta limbah radioaktif

berumur sangat panjang yang timbul akibat teknologi reactor nuklir sekarang yang

menggunakan U-235 sebagai bahan fisil, maka diperlukan pengembangan teknologi reactor

nuklir alternative yang mampu menggunakan bahan bakar non fisil (U-238 dan Th-232).

Reaktor semacam ini disebut sebagai reactor pembiak (breeder). Hal ini karena reactor harus

mampu melakukan proses pembiakan bahan fisil, yaitu mengubah U-238 menjadi Pu-238

atau mengubah Th-232 menjadi U-233.

Siklus bahan bakar nuklir yang menggunakan U-235 sebagaimana digunakan pada

teknologi reactor nuklir sekarang disebut sebagai siklus bahan bakar uranium terbuka.

Disebut terbuka karena siklus ini masih menyisakan sejumlah besar U-238 dan MA yang

seharusnya dapat dijadikan sebagai nuklida fisil dan dapat difisikan.

Siklus alternative yang perlu dikembangkan adalah siklus bahan bakar uranium

tertutup dan siklus bahan bakar thorium tertutup. Siklus uranium tertutup adalah siklus bahan

bakar yang mampu memanfaatkan U-238 melalui proses pembiakan U-238 menjadi Pu-239.

Siklus bahan bakar thorium tertutup adalah siklus bahan bakar nuklir yang mampu

memanfaatkan Th-232 melalui proses pembiakan Th-232 menjadi U-233.

Dengan demikian, terdapat tiga siklus bahan bakar nuklir fisi, yaitu :

- Siklus bahan bakar nuklir uranium terbuka - Siklus bahan bakar nuklir uranium tertutup

3 Energy Watch Group, 2006, EWG Paper No 1-06, Uranium Resources and Nuclear Energy 03Dec2006 pdf

4

- Siklus bahan bakar nuklir thorium tertutup. Siklus bahan bakar nuklir uranium terbuka diaplikasikan pada teknologi reactor nuklir

sekarang. Siklus bahan bakar nuklir uranium tertutup diaplikasikan dengan menggunakan

reactor nuklir pembiak dengan spectrum neutron cepat (Fast Breeder Reactor / FBR). Siklus

bahan bakar nuklir thorium tertutup diaplikasikan dengan menggunakan reactor pembiak

yang menggunakan spectrum neutron termal (Thermal Breeder Reactor / TBR).

Pada reactor FBR dan TBR, semua material fertile minor actinide (MA) yang

terbentuk pada akhirnya dapat dikonversi menjadi nuklida fisil sehingga terjadi reaksi fisi.

Dengan demikian, baik FBR dan TBR secara potensial mampu menggunakan seluruh sumber

daya nuklir alamiah (uranium untuk FBR dan thorium untuk TBR) secara keseluruhan. Jika

reactor sekarang memerlukan sekitar 180 ton hingga 200 ton uranium alam per GWe-tahun,

maka baik reactor FBR dan TBR hanya memerlukan 1 ton sumber daya nuklir alamiah

(uranium untuk FBR dan thorium untuk TBR) per GWe-tahun.

Jika rentang ketersediaan sumber daya uranium terbukti diestimasikan hanya bertahan

hingga 50 tahun ke depan dengan menggunakan reactor sekarang, maka rentang ketersediaan

sumber daya uranium dan torium terbukti bisa mencapai ribuan tahun ke depan dengan

menggunakan reactor FBR dan TBR.