NASKAH AKADEMIK PROSPEK MSR UNTUK PENGUNAAN NASKAH AKADEMIK PROSPEK MSR UNTUK PENGUNAAN SUMBER DAYA

download NASKAH AKADEMIK PROSPEK MSR UNTUK PENGUNAAN NASKAH AKADEMIK PROSPEK MSR UNTUK PENGUNAAN SUMBER DAYA

of 31

  • date post

    12-Jan-2020
  • Category

    Documents

  • view

    0
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of NASKAH AKADEMIK PROSPEK MSR UNTUK PENGUNAAN NASKAH AKADEMIK PROSPEK MSR UNTUK PENGUNAAN SUMBER DAYA

  • 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.