PEMANFAATAN BELERANG, GARAM AIR LAUT, DAN SINAR MATAHARI SEBAGAI ALTERNATIF ENERGI LISTRIK BERBASIS BATERAI NaS (SODIUM SULFUR)
Oleh: Ach. Haris Efendy
Kategori LKTI : Mahasiswa
UNIVERSITAS JEMBER
LKTI DINAS PEMUDA DAN OLAHRAGA KABUPATEN BANYUWANGI TAHUN 2013
PEMANFAATAN BELERANG, GARAM AIR LAUT, DAN SINAR MATAHARI SEBAGAI ALTERNATIF ENERGI LISTRIK BERBASIS BATERAI NaS (SODIUM SULFUR)
Oleh: Ach. Haris Efendy
Kategori LKTI : Mahasiswa
UNIVERSITAS JEMBER
LKTI DINAS PEMUDA DAN OLAHRAGA KABUPATEN BANYUWANGI TAHUN 2013 ii
1
BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan
energi
listrik
terus
mengalami peningkatan
sejalan
dengan
peningkatan pertumbuhan perekonomian di Indonesia. Rata-rata kebutuhan listrik di Indonesia tumbuh sebesar 6,5% per tahun dengan pertumbuhan listrik di sektor komersial yang tertinggi, yaitu sekitar 7,3% per tahun dan disusul sektor rumah tangga dengan pertumbuhan kebutuhan listrik sebesar 6,9% per tahun. Pemakaian energi listrik harus sesuai dengan kapasitas sumber energi listrik yang tersedia. Umumnya energi listrik dihasilkan dari tenaga disel, air, dan energi panas bumi. Namun, dalam pengembangannya masih terdapat banyak kendala. Sehingga diperlukan alternatif lain untuk pengembangan sumber listrik yang terbarukan dengan memanfaatkan sumber daya alam yang tersedia. Merurut data PLN (Prusahaan Listrik Negara) distribusi Jawa Timur tahun 2011 menyebutkan bahwa pemakaian energi listrik di Banyuwangi pada bidang rumah tangga sebesar 336.816 MWH, bidang sosial 16.170 MWH, bidang usaha 57.178 MWH, dan perindustrian sebesar 94.364 MWH. Data ini terus mengalami peningkatan setiap tahunnya. Disisi lain, Banyuwangi merupakan daerah dengan potensi sumber daya alam yang cukup besar. Salah satu hasil sumber daya alam di Banyuwangi adalah belerang. Banyuwangi juga memiliki panjang garis pantai sekitar memiliki panjang garis pantai 175,8 km yang membujur sepanjang batas selatan dan timur (BPS Kab. Banyuwangi, 2008). Sehingga potensi air laut dapat digunakan sebagai kebutuhan garam (NaCl). Berdasarkan permasalahan krisi energi listrik yang dialami, maka muncul ide kreatif untuk memanfaatkan belerang, garam, dan sinar matahari sebagai sumber energi listrik alternatif berbasis baterai NaS (Sodium Sulfur). Proses pembuatan baterai NaS membutuhkan empat tahapan pokok. Pertama, isolasi unsur natrium dari air laut. Kedua, proses ionisasi unsur belerang dan natrium. Ketiga, pembuatan baterai NaS dengan larutan ion natrium dan belerang. Kempat, proses pengisian dan pemakaian baterai dengan panel surya.
2
1.2 Tujuan Berdasrkan latar belakang diatas, tujuan karya tulis ini adalah: a. Mengetahui cara pembuatan baterai NaS (Sodium Sulfur). b. Mengetahui efektivitas baterai NaS (Sodium Sulfur). 1.3 Manfaat Manfaat yang dapat diperoleh antara lain: a. Memberikan solusi alternatif mengenai sumber energi listrik terbarukan berbasis sumber daya alam yang ada. b. Memberikan informasi kepada masyarakat dan sivitas akademika untuk lebih mengembangkan potensi belerang dan air laut sebagai material yang bernilai tambah. 1.4 Urgensi atau keutamaan kajian Kajian ilmiah ini penting dilakukan mengingat kebutuhan listrik semakin meningkat.
Dan
ketersediaan
sumber
daya
alam
yang
melimpah
perlu
dimanfaatkan secara maksimal untuk pemenuhan kebutuhan listrik. Sehingga dapat meningkatkan nilai tambah bagi sumber daya alam khususnya pada sinar matahari, belerang, dan garam (NaCl). BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proyeksi Kebutuhan Energi Listrik Hasil proyeksi kebutuhan listrik di Indonesia dari tahun 2003 sampai dengan 2020 yang dilakukan Dinas Perencanaan Sistem PT PLN (Persero) dan Tim Energi BPPT, terlihat bahwa selama kurun waktu tersebut rata-rata kebutuhan listrik di Indonesia tumbuh sebesar 6,5% per tahun dengan pertumbuhan listrik di sektor komersial yang tertinggi, yaitu sekitar 7,3% per tahun dan disusul sektor rumah tangga dengan pertumbuhan kebutuhan listrik sebesar 6,9% per tahun. Hal tersebut terjadi karena pertumbuhan ekonomi nasional yang juga semakin meningkat. Data Badan Pusat Statistik Propinsi Jawa Timur Tahun 2012, PLN Area Banyuwangi memiliki Area Pelayanan seluas 5786,64 km2 dengan rincian kabupaten Banyuwangi 5.782,5 km2 , dan sebagian kabupaten Situbondo 4,14 km2 .
3
Sedangkan jumlah penduduk kedua kabupaten tersebut sebesar 1.610.445 jiwa yang terdiri dari kabupaten Banyuwangi 1.602,440 jiwa, dan sebagian kabupaten Situbondo 8.045 jiwa. Data pemakaian listrik di Jawa Timur berdasarkan Konsumsi Energi Listrik Menurut Kantor Cabang dan Golongan Tarip tahun 2011 disajikan dalam tabel berikut: Tabel 1. Konsumsi Energi Listrik Menurut Kantor Cabang dan Golongan Tarip
Sumber: PT. PLN Distribusi Jawa Timur Berdasarkan data terlihat bahwa tingkat kebutuhan listrik didominasi dengan konsumsi litrik rumahan. Sehingga perlu energi listrik terbarukan yang berasal dari sumber daya alam seperti garam dan belerang, dengan berdasarkan konsep elektrokimia berbasis baterai NaS (sodium sulfur) sebagai alternatif pemenuhan kebutuhan listrik rumahan pada khususnya dan dibidang lain pada umumnya. 2.2 Potensi Belerang di Kawah Ijen Belerang atau sulfur adalah suatu elemen kimia dengan simbol “S” dan nomor atom 16. Bentuk belerang adalah non logam multivalensi yang tidak berasa dan tidak berbau. Keberadaan belerang di alam dapat berupa elemen murni atau bersenyawa dengan elemen lain (Gabriel, 2001). Dua per tiga dari jumlah belerang di atmosfer berasal dari berbagai sumber alam, seperti letusan gunung
4
berapi. Dan sebagian besar terdapat dalam bentuk H2 S dan oksida (Kristanto, 2002). Kawah Ijen merupakan kawah gunung merapi aktif yang memiliki ketinggian 2.600 m atau 8.660 kaki. Potensi Kawah Ijen yang saat ini dimanfaatkan adalah belerang. Besarnya jumlah cadangan endapan belerang bergantung pada besarnya konsentrasi gas H2 S dan SO 2 , makin tinggi konsentrasi gas vulkanik tersebut, maka jumlah endapan belerang yang dihasilkan makin tinggi. Diperkirakan potensi yang dapat ditambang sebesar lebih dari 4 ton / hari. Pemanfaatan belerang secara maksimal dapat meningkatkan nilai ekonomis belerang dan kesejahteraan penambang juga akan meningkat. Salah satu alternatif pemanfaatan belerang adalah pembuatan baterai NaS (sodium sulfur) yang berguna memenuhi kebutuhan energi listrik di Kabupaten Banyuwangi pada khususnya dan nasional pada umumnya. 2.3 Potensi Garam di Banyuwangi (NaCl) Banyuwangi merupakan kabupaten terluas di Jawa Timur yang memiliki garis pantai terpanjang di Jawa Timur. Panjang garis pantai di Banyuwangi mencapai 175,8 km yang membujur sepanjang batas selatan dan timur (BPS Kab. Banyuwangi, 2008). Sehingga potensi laut Kabupaten Banyuwangi sangatlah besar. Salah satu pemanfaatan potensi laut di Banyuwangi yaitu pembuatan garam dari air laut. Air laut memiliki kadar garam rata-rata 3,5%. Artinya dalam 1 liter (1000 mL) air laut terdapat 35 gram senyawa garam (Wikipedia, 2013). Natrium klorida (sodium cloride), juga dikenal sebagai garam, garam dapur, garam meja, atau garam karang merupakan senyawa ionik dengan rumus NaCl. Natrium klorida adalah garam yang paling bertanggung jawab atas kadar garam dari laut dan dari cairan ekstraseluler multiseluler dari banyak organisme (Wikipedia, 2013). Menurut rumus kimianya, natrium klorida terdiri dari ion natrium (Na+) dan ion clorida (Cl-). Ion natrium pada NaCl dapat dipisahkan dan direaksikan dengan ion belerang membentuk reaksi kimia sebagai berikut: 2Na + 4S -> Na2 S4
Esel 2 V
Reaksi elektrokimia diatas diketahui bahwa dihasilkan potensi sebesar 2 Volt.
5
BAB III. METODOLOGI PELAKSANAAN 3.1 Kerangka Berfikir Meningkatnya perekonomian Menyebabkan Peningkatan konsumsi energi listrik
Berdampak pada
Peningkatan sumber energi listrik Contohnya
Dibutuhkan Sumber energi listrik terbarukan
Minyak bumi, batu bara Kelemahan
Contohnya
Tidak terbarukan
Matahari, panas bumi, dan energi gerak air
Sehingga diperlukan
Akan tetapi Masih terdapat banyak kendala dalam pengembangannya
Seperti
Solusinya
Biaya pembangunan, lokasi yang tidak mendukung, mahal
Solusinya
Memanfaatkan sumber daya alam yang ada Beberapa potensi sumber daya alam di Banyuwangi Belerang (Kawah Ijen) dan garam natrium klorida (NaCl)
Dimanfaatkan menjadi
Baterai NaS (sodium sulfur)
6
3.2 Metode Metode yang dilakukan adalah metode observasi dan penelitian ulang mengenai penemuan yang sudah ada, yang telah dimodikfikasi secara ilmiah. Air laut
Belerang
Kristalisasi Garam (NaCl) Ionisasi
Ionisasi
Ion Na+ dan ClPemisahan Ion natrium (Na+)
Ion belerang (S-2 )
Baterai NaS (sodium sulfur)
Pengisian Sinar Matahari / panel surya Pemakaian
7
BAB IV. ANALISIS Baterai NaS pertama kali diajukan oleh Ford Motor Company, USA pada tahun 1966. Pengembangan baterai NaS mulai dilakukan pada tahun 1984 oleh Tokyo Electric Power Company (TEPCO) (Rizqiawan, 2009). Baterai NaS (sodium sulfur) merupakan sistem elektrokimia yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai NaS menggunakan unsur natrium dan belerang dalam bentuk ion – ionnya. Natrium atau sodium bertindak sebagai katoda (-) dan belerang
sebagai anoda (+),
dimana kedua larutan elektrolit ini dipisah
menggunakan padatan β – alumina. Unsur natrium diperoleh dari proses pemurnian air laut dan proses ionisasi sehingga ion natrium dapat dipisahkan dari ion clorida. Sedangkan unsur belerang diperoleh dari pertambangan Kawah Ijen di Desa Tamansari, kecamatan Licin, Banyuwangi. Berikut merupakan bagan cara kerja baterai NaS saat pengisian dan pemakaian: Pengisian
Elektroda Ion Na+ negatif
β-alumina
Ion S-2
Elektroda positif
Gambar 1. Pengisian baterai NaS menggunakan energi listrik dari panel surya Pemakaian
Elektroda Ion Na+ negatif
β-alumina
Gambar 2. Pemakaian baterai NaS
Ion S-2
Elektroda positif
8
Pada saat pengisian, sumber elektron dari panel surya akan masuk pada larutan ion Na+, sehingga pada ion Na+ mengalami kelebihan elektron. Disaat bersamaan, natrium polisulfida yang berada pada larutan ion S mengalami pemecahan menjadi ion Na dan S. Elektron hasil pemecahan tersebut mengalir melalui elektroda positif. Sedangkan ion Na+ akan ditransfer oleh beta-alumina menuju larutan ion natrium. Saat pemakaian, elektron mengalir dari larutan ion Na menuju elektroda negatif. Akibatnya, larutan ion Na mengalami kekurangan elektron. Untuk mengatasi kekurangan elektron tersebut, sebagian natrium ditransfer oleh betaalumina menuju larutan ion S menghasilkan natrium polisulfida. Aliran elektron hasil pemecahan molekul nitrogen mengakibatkan terjadinya arus listrik yang dapat digunakan sesuai kebutuhan. Satu sel NAS Battery menghasilkan tegangan sekitar 2 V dengan kapasitas 628 Ah. Data menyebutkan bahwa NGK pernah memproduksi baterai NaS dalam bentuk modul-modul dengan tegangan sekitar 628 V dengan rating energi 360 kWh. Baterai NaS dapat diisi dalam rentang waktu yang cukup luas, mulai dari beberapa detik hingga beberapa jam dapat digunakanuntuk
(Rizqiawan, 2009). Sehingga, bateri NaS
aplikasi-aplikasi yang membutuhkan penyimpan energi
kapasitas besar, seperti penyimpanan energi untuk keperluan rumahan. Berdasarkan data penelitian yang dilakukan diperoleh kelebihan dan kelemahan dari baterai NaS. Kelebihan baterai NaS antara lain: Baterai NaS mampu bertahan hingga 2500 kali siklus pengisian dan pemakaian dengan umur operasi mencapai 15 tahun. Relatif bebas pemeliharaan, mudah instalasi, dan ramah lingkungan. Sedangkan, kekurangan baterai NaS adalah dibutuhkan suhu yang tinggi untuk melangsungkan proses perpindahan elektron dalam sistem baterai. Suhu yang digunakan antara 300 – 325 o C (Rizqiawan, 2009).
9
BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berasarkan hasil analisa diatas, dapat disimpulkan bahwa: a) Baterai NaS dapat dibuat dari unsur belerang di Kawah Ijen, dan unsur nitrogen dari air laut dengan sumber energi matahari. b) Pemanfaatan baterai NaS dapat memenuhi kebutuhan energi listrik di Banyuwangi jika dimanfaatkan secara maksimal. c) Prinsip kerja baterai NaS berdasarkan konsep elektrokimia. 5.2 Saran Dalam aplikasi baterai NaS, harus mendapat dukungan dari pemerintah daerah Banyuwangi. Sehingga dapat memperdayakan potensi sumber daya alam dan sumber daya manusia di Banyuwangi. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2013. Air Laut. [on line]. http://wikipedia.org. Diakses pada 20 Agustus 2013. Anonim, 2013. Natrium Klorida. [on line]. http://www.id.wikipedia.org/sodium klorida.htm. Diakses pada 20 Agustus 2013. Badan Pusat Statistik. 2012. Kabupaten Banyuwangi dalam Angka 2012. Banyuwangi: BPS. Bito, Akihiro. 2005. Overview of The Sodium-Sulfur Battery for the IEEE Stationery Battery Committee. Japan: IEEE PES Annual Meeting. DISPORA. 2013. Lomba Karya Tulis Ilmiah Kepemudaan. Banyuwangi: Dinas Pemuda dan Olahraga. Gabriel, JF. 2001. Fisika lingkungan. Jakarta: Hipokrates. Kristanto P. 2002. Ekologi industri. Yogyakarta: ANDI. PLN. 2011. Konsumsi Energi Listrik Menurut Kantor Cabang dan Golongan Tarip. Jawa Timur: PT PLN Distribusi Jawa Timur. Rizqiawan, Arwindra. 2009. NaS Battery untuk Penyimpan Energi Kapasitas Besar. [on line]. LPKEE ITB’s students blog.
10
LAMPIRAN: Daftar Riwayat Hidup a. Nama Lengkap
: Ach. Haris Efendy
b. Tempat, tanggal lahir
: Banyuwangi, 18 Juni 1992
c. Perguruan Tinggi
: Universitas Jember
d. E – mail
:
[email protected]
e. No Hp
: 085785228490
f.
: Dusun Kaligoro, RT 03, RW 03,
Alamat Rumah
Desa Sukomaju,Srono,Banyuwangi. g. Alamat di Jember
: Jalan Jawa VII, nomor 116.
h. Riwayat Pendidikan
:
i.
-
TK Nahdlatuthtullab Kaligoro
1996 – 1998
-
MI Miftahul Huda Kaligoro
1998 – 2004
-
MTs Negeri Srono
2004 – 2007
-
SMA Negeri 1 Cluring
2007 – 2010
-
S1 Kimia Universitas Jember
2010 – Sekarang
Pengalaman Orhganisasi
:
-
Pengurus Saka Bhayangkara Polsek Srono tahun 2009
-
Pengurus HIMAKI, FMIPA, UNEJ bidang kerohanian islam tahun 2012 – 2013.
-
Pengurus IONS, FMIPA, UNEJ bidang P 2 M
tahun 2012 –
2014. j.
Prestasi yang pernah diraih
:
-
Juara 1 Paduan Suara Mahasiswa Baru tahun 2010
-
Lolos Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) didanai DIKTI tahun 2010
-
Lolos Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) didanai DIKTI tahun 2012
11
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS ILMIAH
Yang bertandatangan di bawah ini: Nama
: Ach. Haris Efendy
Asal lembaga
: Universitas Jember
Asal
: Dusn Kaligoro, RT 03/RW 03, Desa Sukomaju, Kecamatan Srono, Banyuwangi.
Judul karya tulis ilmiah
: Pemanfaatan Belerang, Garam Air Laut, dan Sinar Matahari sebagai Alternatif Energi Listrik Berbasis Baterai NaS (Sodium Sulfur)
Menyatakan dengan sesungguhnya, bahwa karya tulis imliah ini adalah pekerjaan saya sendiri, dan sepanjang pengetahuan saya tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau telah ditulis oleh orang lain atau telah digunakan sebagai karya tulis ilmiah lain, kecuali pada bagian tertentu yang saya ambil sebagai acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila terbukti ini tidak benar, sepenuhnya menjadi tanggung jawab saya.
Banyuwangi, 21 Agustus 2013 Yang Menyatakan
(Ach. Haris Efendy)
