ENERGI

Semua makhluk hidup memerlukan energi untuk melakukan

aktivitas hidupnya. Energi tersebut dapat diperoleh dari

makanan. Proses konsumsi makanan merupakan proses transfer

atau perpindahan energi.

Secara sederhana, energi adalah hal yang membuat segala

sesuatu di sekitar kita terjadi - kita menggunakan energi

untuk semua hal yang kita lakukan. Energi ada disemua benda:

manusia, tanaman, binatang, mesin, dan elemen-elemen alam

(matahari, angin, air dsb). Secara lebih ilmiah, energi

menentukan kapasitas dimana semua obyek yang ada harus

melakukan tugasnya. Energi dapat berubah menjadi bentuk lain,

seperti energi kimia, energi mekanik, energi listrik, dan

energi panas. Perubahan bentuk energi menjadi bentuk lain ini

dinamakan transformasi energi

1. Produktivitas Ekosistem

Sumber energi utama bagi kehidupan adalah cahaya Matahari.

Energi cahaya Matahari masuk ke dalam komponen biotik

melalui produsen (organisme fotoautotropik) yang diubah menjadi

energi kimia tersimpan di dalam senyawa organik. Energi

kimia mengalir dari produsen ke konsumen dari berbagai

tingkat tropik melalui jalur rantai makanan. Energi kimia

tersebut digunakan organisme untuk pertumbuhan dan

perkembangan. Kemampuan organisme-organisme dalam ekosistem

untuk menerima dan menyimpan energi dinamakan produktivitas

1

ekosistem. Produktivitas ekosistem terdiri dari produktivitas

primer dan produktivitas sekunder.

a. Produktivitas Primer

Produktivitas primer adalah kecepatan organisme autotrof

sebagai produsen mengubah energi cahaya Matahari menjadi

energi kimia dalam bentuk bahan organik. Hanya sebagian

kecil energi cahaya yang dapat diserap oleh produsen.

Produktivitas primer berbeda pada setiap ekosistem, yang

terbesar ada pada ekosistem hutan hujan tropis dan

ekosistem hutan bakau

b. Produktivitas Sekunder

Produktivitas sekunder (PS) adalah kecepatan organisme

heterotrof mengubah energi kimia dari bahan organik yang

dimakan menjadi simpanan energi kimia baru di dalam

tubuhnya. Energi kimia dalam bahan organik yang berpindah

dari produsen ke organisme heterotrof (konsumen primer)

dipergunakan untuk aktivitas hidup dan hanya sebagian

yang dapat diubah menjadi energi kimia yang tersimpan di

dalam tubuhnya sebagai produktivitas bersih.

2. Sumber Energi

Ada banyak sumber-sumber energi utama dan digolongkan menjadi

dua kelompok besar, yaitu sebagai berikut:

a. Energi Konvensional

Energi konvensional adalah energi yang diambil dari sumber

yang hanya tersedia dalam jumlah terbatas di bumi dan tidak

dapat diregenerasi. Sumber-sumber energi ini akan berakhir

cepat atau lambat dan berbahaya bagi lingkungan.2

Sumber-sumber energi konvensional tidak dapat tergantikan

dalam waktu singkat, itulah mengapa disebut dengan tidak

terbarukan.Sumber-sumber energi konvensional tidak ramah

lingkungan; karena menimbulkan polusi udara, air, dan tanah

yang berdampak kepada Penurunan tingkat kesehatan dan standar

hidup.

Gambar 1. Sumber-sumber energi

Sektor energi adalah salah satu sektor terpenting di Indonesia

karena merupakan dasar bagi semua pembangunan lainnya. Ada

banyak tantangan yang terkait dengan energi, dan salah satu

hal yang menjadi perhatian pemerintah Indonesia adalah

bagaimana memperluas jaringan listrik, terutama dengan

membangun infrastruktur pasokan listrik ke daerah perdesaan.

Masih ada banyak daerah perdesaan yang sering mengalami

pemadaman listrik oleh karena infrastruktur yang tidak

memadai. Banyak tempat yang tidak memiliki akses terhadap

3

infrastruktur listrik, sehingga masyarakat menggunakan sumber-

sumber energi yang mahal dan tidak efisien, seperti lampu

minyak tanah dan genset, atau kayu untuk memasak.

Gambar 2. Sumber energi primer konensional

Sumber-sumber energi konvensional primer (lihat Gambar 2)

diambil dari tanah dalam bentuk cair (minyak & petroleum), gas

(gas alam) dan padat (batubara & uranium).Sumber-sumber energi

yang ada di indonesia saat ini terdiri dari sumber minyak

yang terbatas, sumber gas alam yang cukup, dan sumber batubara

yang melimpah, serta energi panas bumi. Gambar 3

memperlihatkan bahwa minyak adalah sumber energi primer utama

di Indonesia.

Gambar 3. Konsumsi energi primer

4

b. Energi Terbarukan

Energi terbarukan adalah energi yang dihasilkan dari sumber

alami seperti matahari, angin, dan air dan dapat dihasilkan

lagi dan lagi. Sumber akan selalu tersedia dan tidak merugikan

lingkungan.

Ada beragam jenis energi terbarukan, namun tidak semuanya bisa

digunakan di daerah-daerah terpencil dan perdesaan.Tenaga

Surya, Tenaga Angin, Biomassa dan

Tenaga Air adalah teknologi yang paling sesuai untuk

menyediakan energi di daerah-

daerah terpencil dan perdesaan. Energi terbarukan lainnya

termasuk Panas Bumi dan Energi Pasang Surut adalah teknologi

yang tidak bisa dilakukan di semua tempat. Indonesia memiliki

sumber panas bumi yang melimpah; yakni sekitar 40% dari sumber

total dunia. Akan tetapi sumber-sumber ini berada di tempat-

tempat yang spesifik dan tidak tersebar luas. Teknologi energi

terbarukan lainnya adalah tenaga ombak, yang masih dalam tahap

pengembangan.

Manfaat energi terbarukan:

1. Tersedia secara melimpah

2. Lestari tidak akan habis

3. Ramah lingkungan (rendah atau tidak ada limbah dan polusi)

5

4. Sumber energi bisa dimanfaatkan secara cuma-cuma dengan

investasi teknologi yang sesuai

5. Tidak memerlukan perawatan yang banyak dibandingkan dengan

sumber-sumber energi konvensional dan mengurangi biaya

operasi.

6. Membantu mendorong perekonomian dan menciptakan peluang

kerja

7. 'Mandiri' energi tidak perlu mengimpor bahan bakar fosil

dari negara ketiga

8. Lebih murah dibandingkan energi konvensional dalam jangka

panjang, bebas dari fluktuasi harga pasar terbuka bahan

bakar fosil

9. Beberapa teknologi mudah digunakan di tempat-tempat

terpencil

10. Distribusi Energi bisa diproduksi di berbagai tempat,

tidak tersentralisir.

Kerugian dari energi terbarukan

1. Biaya awal besar

2. Kehandalan pasokan, sebagian besar energi terbarukan

tergantung kepada kondisi cuaca.

3. Saat ini, energi konvensional menghasilkan lebih banyak

volume yang bias digunakan dibandingkan dengan energi

terbarukan.

4. Energi tambahan yang dihasilkan energi terbarukan harus

disimpan, karena infrastruktur belum lengkap agar bisa

dengan segera menggunakan energi yang belum terpakai,

6

dijadikan cadangan di negara-negara lain dalam bentuk akses

terhadap jaringan listrik.

5. Kurangnya tradisi/pengalaman, energi terbarukan merupakan

teknologi yang masih berkembang

6. Masing-masing energi terbarukan memiliki kekurangan teknis

dan sosialnya sendiri.

Sumber-sumber energi Konvensional dan Terbarukan bisa

dikonversikan menjadi sumber-sumber energi sekunder, seperti

listrik. Listrik berbeda dari sumber-sumber energi lainnya dan

dinamakan sumber energi sekunder atau pembawa energi Karen

dimanfaatkan untuk menyimpan, memindahkan atau

mendistribusikan energi dengan nyaman. Sumber energi primer

diperlukan untuk menghasilkan energi listrik.

3. Energi Dalam Ekosistem

Menurut nicianya/jabatannya makhluk hidup dibedakan menjadi

produsen, Konsumen, dan Pengurai

1. Produsen berperan sebagai pengubah senyawa anorganik

menjadi senyawa organik melalui proses fotosintesis.

Produsen biasanya adalah organisme berklorofil seperti

tanaman hijau dan ganggang/ algae. Karena mampu menyusun

makanan sendiri maka produsen disebut juga organisme

autotrof.

2. Konsumen berperan sebagai pengubah senyawa organik menjadi

senyawa organik yang lain dalam peristiwa makan dimakan.

Karena tergantung organisme lain maka konsumen disebut

organisme heterotrof. Konsumen terdiri dari, herbivore

7

(pemakan tumbuhan), karnivora (pemakan daging), omnivora

(pemakan segala) dan detritivora/detritus/pemakan sisa

organisme. Sisa organisme : kotoran , sampah, dan bangkai).

3. Pengurai/ Dekomposer berperan sebagai pengubah senyawa

organik menjadi anorganik dan dikembalikan ke alam (tanah,

air, dan udara) untuk dimanfaatkan oleh produsen. Yang

termasuk pengurai adalah bakteri, protozoa, dan jamur.

Aliran energi dalam ekosistem dapat digambarkan dengan rantai

makanan dan jaring makanan.

a. Rantai Makanan

Rantai makanan adalah perpindahan energi makanan dari sumber

daya tumbuhan melalui seri organisme atau melalui jenjang

makan (tumbuhan - herbivora - carnivora - omnivora). Pada

setiap tahap pemindahan energi, 80%–90% energi potensial

hilang sebagai panas, karena itu langkah-langkah dalam rantai

makanan terbatas 4-5 langkah saja. Dengan perkataan lain,

semakin pendek rantai makanan semakin besar pula energi yang

tersedia.

Komponen rantai makanan meliputi produsen, konsumen, dan

pengurai. Rantai makanan dibedakan menjadi 2 tipe, yaitu :

1. Tipe herbivora/ tipe perumput yang diawali dengan

produsen. Misalnya: tumbuhan - herbivora - carnivora - omnivora

8

2. Tipe detritivora/detritus yang dimulai dari sisa organisme

(kotoran,  sampak , bangkai). Bahan mati mikroorganisme

(detritivora: organisme pemakan sisa) predator dan bangkai.

3. Pada tipe rantai makanan parasit, terdapat organisme

lebih kecil yang

memangsa organisme lebih besar.

b. Jaring Makanan

Setiap organisme memakan lebih dari satu makanan. Sehingga

hubungan makan dan aliran energi pada ekosistem alami lebih

kompleks dibandingan hanya sekedar lantai makanan. Interaksi

ini disebut dengan jaring makanan. Jaring-jaring makanan

adalah kumpulan dari rantai makanan yang saling berhubungan

dan membentuk skema mirip jaring. Kelangsungan hidup organisme

membutuhkan energi dari bahan organik yang dimakan. Bahan

organik yang mengandung energi dan unsur-unsur kimia  transfer

9

dari satu organisme ke organisme lain berlangsung melalui

interaksi makan dan dimakan. Peristiwa makan dan dimakan antar

organisme dalam suatu ekosistem membentuk struktur trofik yang

bertingkat-tingkat.

Gambar 4. Jaring makanan

Setiap tingkat trofik merupakan kumpulan berbagai organisme

dengan sumber makanan tertentu. Tingkat trofik pertama adalah

kelompok organisme autotrop yang disebut produsen. Organisme

autotrof adalah organisme yang dapat membuat bahan organik

sendiri dari bahan anorganik dengan bantuan sumber energi.

Bila  dapat menggunakan energi cahaya seperti cahaya, matahari

disebut fotoautotrof, contohnya tumbuhan hijau dan

fitoplankton. Apabila menggunakan bantuan energi dari reaksi-

reaksi kimia disebut kemoautotrof, misalnya, bakteri sulfur,

bakteri nitrit, dan bakteri nitrat. Tingkat tropik kedua

ditempati oleh berbagai organisme yang tidak dapat menyusun

bahan organik sendiri yang disebut organisme heterotrof.

10

Organisme heterotrof ini hanya menggunakan zat organik dari

organisme lain sehingga disebut juga konsumen.

4. Proses Aliran Energi dalam Ekosistem

Aliran energi dalam ekosistem mengalami tahapan proses sebagai

berikut :

1)   Energi masuk ke dalam ekosistem berupa energi matahari,

tetapi tidak semuanya dapat digunakan oleh tumbuhan dalam

proses fotosintesis. Hanya sekitar setengahnya dari rata-

rata sinar matahari yang sampai pada tumbuhan diabsorpsi

oleh mekanisme fotosintesis, dan juga hanya sebagian kecil,

sekitar 1-5 %, yang diubah menjadi makanan (energi kimia).

Sisanya keluar dari sistem berupa panas, dan energi yang

diubah menjadi makanan oleh tumbuhan dipakai lagi untuk

proses respirasi yang juga sebagai keluaran dari sistem.

2)   Energi yang disimpan berupa materi tumbuhan mungkin

dilakukan melalui rantai makanan dan jaring-jaring makanan

melalui herbivora dan detrivora. Seperti telah diungkapkan

sebelumnya, terjadinya kehilangan sejumlah energi diantara

tingkatan trofik, maka aliran energi berkurang atau menurun

ke arah tahapan berikutnya dari rantai makanan. Biasanya

herbivora menyimpan sekitar 10 % energi yang dikandung

tumbuhan, demikian pula karnivora menyimpan sekitar 10 %

energi yang dikandung mangsanya.

3)   Apabila materi tumbuhan tidak dikonsumsi, maka akan

disimpan dalam sistem, diteruskan ke pengurai, atau

diekspor dari sistem sebagai materi organik.

11

4)   Organisme-organisme pada setiap tingkat konsumen dan juga

pada setiap tingkat pengurai memanfaatkan sebagian energi

untuk pernafasannya, sehingga terlepaskan sejumlah panas

keluar dari sistem

5)   Dikarenakan ekosistem adalah suatu sistem terbuka, maka

beberapa materi organik mungkin dikeluarkan menyeberang

batas dari sistem. Misalnya akibat pergerakan sejumlah

hewan ke wilayah, ekosistem lain, atau akibat aliran air

sejumlah gulma air keluar dari sistem terbawa arus.

5. Siklus Materi dalam Ekosistem

Keberadaan makhluk hidup di dunia ini  tergantung pada aliran

energi dan siklus materi melalui ekosistem. Kedua proses tadi

mempengaruhi jumlah dari organisme-organisme, kecepatan proses

metabolisme, dan kompleksitas dari komunitas. Energi dari

materi mengalir melalui ekosistem bersama-sama sebagai materi

organik, satu sama lainnya tidak bisa dipisah-pisahkan. Tetapi

aliran energi adalah satu arah, sekali dimanfaatkan oleh

ekosistem akan hilang keluar dari sistem. Sedangkan materi,

dalam hal ini berupa materi, melakukan suatu siklus. Tumbuhan

merupakan komponen yang sangat penting, dalam proses aliran

energi dan siklus materi, sehingga terjadinya keterpautan

antara komponen biotik dengan komponen abiotik dalam

ekosistem.

Ada dua hal yang termasuk ke dalam siklus materi, yaitu :

1. Kepentingan Nutrisi dalam Ekosistem

Makhluk hidup memerlukan minimal 30 sampai 40 unsur kimia,

dari sekitar 92 unsur-unsur kimia yang diketahui, untuk

12

keperluan hidup dan pertumbuhannya. Nutrisi juga dikenal

sebagai garam-garam biogenik yang dapat dikelompokkan dalam

dua kelompok utama, yaitu nutrisi makro dan nutrisi mikro.

a. Nutrisi makro, nutrisi ini diperlukan relatif dalam

jumlah yang banyak, dan mempunyai peranan kunci dalam

pembentukan protoplasma makhluk hidup. Nutrisi-nutrisi

penting yang termasuk kelompok ini adalah hidrogen, karbon,

oksigen dan nitrogen.

b. Nutrisi mikro, nutrisi ini diperlukan dalam jumlah yang

jauh lebih sedikit, tetapi sangat penting untuk kehidupan.

Minimal ada sepuluh nutrisi mikro yang diperlukan oleh

tumbuhan. Beberapa nutrisi mikro seperti besi, tembaga,

seng, karbon, dan boron, berasal dari batuan yang terlepas

akibat proses penghawaan.

2. Siklus Biogeokimia

Berbeda dengan energi, materi kimia yang berupa unsur-unsur

penyusun bahan organik/nutrisi dalam ekosistem, berpindah ke

trofik-trofik rantai makanan tanpa mengalami pengurangan,

melainkan berpindah kembali ke tempat semula. Unsur-unsur

tersebut masuk ke dalam komponen biotik melalui udara, tanah

atau air. Perpindahan unsur kimia dalam ekosistem melalui daur

ulang yang melibatkan komponen biotik dan abiotik ini dikenal

dengan sebutan daur biogeokimia.

a.   Siklus air

Semua organisme hidup memerlukan air untuk melakukan aktivitas

hidupnya. Oleh karena itu, ketersediaan air di lingkungan

sangat mutlak bagi organisme hidup. Hewan mengambil air,

langsung dari air permukaan, tumbuhan dan hewan yang dimakan,

13

sedangkan tumbuhan mengambil air dari air tanah dengan

menggunakan akarnya. Manusia menggunakan sekitar seperempat

air tanah yang ada di daratan. Air keluar dari hewan dan

manusia berupa urin dan keringat, sedangkan pada tumbuhan

melalui proses transpirasi.

Gambar 5. Siklus air

b.  Siklus sulfur (Belerang)

Sulfur merupakan bahan penting untuk pembuatan semua protein

dan banyak terdapat di kerak bumi. Tumbuhan mengambil sulfur

dalam bentuk dari tanah, sedangkan hewan dan manusia

mendapatkannya dari tumbuhan yang mereka makan.

Gambar 6. Siklus sulfur/belerang

c.   Siklus fosfor

Fosfor merupakan unsur kimia yang jarang terdapat di alam dan

merupakan faktor pembatas produktivitas ekosistem, serta

14

merupakan unsur yang penting untuk pembentukan asam nukleat,

protein, ATP dan senyawa organik vital lainnya. Fosfor satu-

satunya daur zat yang tidak berupa gas, sehingga daurnya tidak

melalui udara. Sebagian besar fosfor mengalir ke laut dan

terikat pada endapan di perairan atau dasar laut. Begitu

sampai di laut hanya ada dua mekanisme untuk daur ulangnya ke

ekosistem darat, salah satunya melalui burung-burung laut yang

mengambil fosfor melalui rantai makanan laut dan mengembalikan

ke darat melalui kotorannya kemudian masuk ke rantai makanan.

Gambar 7. Silkus fosfor

d.   Siklus Nitrogen

Semua organisme memerlukan unsur nitrogen untuk pembentukan

protein dan berbagai molekul organik esensial lainnya. Unsur

nitrogen sebagian besar terdapat di atmosfer dalam bentuk gas

nitrogen (N2) dan kadarnya 78% dari semua gas di atmosfer. Gas

nitrogen ini di atmosfer masuk ke dalam tanah melalui fiksasi

nitrogen oleh bakteri (Rhizobium, Azotobacter, Clostridium),

alga biru (Anabaena, Nostoc) dan jamur (Mycorhiza) nitrogen

yang masuk ke tanah melalui fiksasi diubah menjadi amonia

15

(NH3) oleh bakteri amonia. Proses penguraian nitrogen menjadi

amonia disebut amonifikasi. Nitrogen yang masuk ke tanah

bersama kilat dan air hujan berupa ion nitrat (NO3−),

sedangkan nitrogen yang ada di dalam tubuh tumbuhan dan akan

hewan melalui proses mineralisasi oleh bakteri pengurai

menjadi amonia. Amonia yang dihasilkan melalui proses

amonifikasi dan mineralisasi oleh bakteri nitrit (nitrosomonas

dan nitrosococcus) dirombak menjadi ion nitrit (NO2−),

selanjutnya ion nitrit dirombak bakteri nitrat (nitrobacter)

menjadi ion nitrat (NO3−). Perombakan amonia menjadi ion

nitrit, ion nitrit menjadi ion nitrat disebut nitrifikasi.

Tumbuhan umumnya menyerap nitrogen dalam bentuk ion nitrat,

sedangkan hewan mengambil nitrogen dalam bentuk senyawa

organik (protein) yang terkandung pada tumbuhan dan hewan yang

dimakan. Sebagian ion nitrat dirombak oleh bakteri

denitrifikasi (Thiobacillus denitrificans, Pseudomonas

denitrificans) menjadi nitrogen. Nitrogen yang dihasilkan akan

kembali ke atmosfer. Proses penguraian ion nitrat menjadi

nitrogen disebut denitrifikasi.

Gambar 8. Daur nitrogen

16

e.    Siklus karbon dan oksigen

Unsur karbon di atmosfer dalam bentuk gas karbon dioksida

(CO2), sedangkan unsur oksigen dalam bentuk gas oksigen (O2).

Konsentrasi (CO2) di atmosfer diperkirakan 0,03%. Karbon

dioksida masuk ke dalam komponen biotik melalui organisme

fotoautotrop (tumbuhan hijau) dan kemoautotrop (bakteri

kemoautotrop) dalam proses fotosintesis dan kemosintesis.

Karbon kemudian tersimpan sebagai zat organik dan berpindah

melalui rantai makanan, respirasi dan ekskresi ke lingkungan.

Sedangkan, oksigen (O2) masuk ke komponen biotik melalui

proses respirasi untuk membakar bahan makanan, lalu dihasilkan

karbon dioksida (CO2). Daur karbon berkaitan erat dengan daur

oksigen di alam kita ini.

Gambar 10. Siklus Karbon dan oksigen

17