Sumber Energi E-Book Fisika Kelas XII

UNTUK SMA/MA KELAS XII

SUMBER ENERGI

Macam-macam sumber energi
terbarukan & tak terbarukan

DISUSUN OLEH
KEISHA GHAISANI ARDHANA

A. Energi

Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk
melakukan usaha. Misalnya, energi listrik menerangi
kota di malam hari.

1.Bentuk-bentuk energi

Dihasilkan dari: gaya gravitasi, gaya elektromagnetik, dan gaya
nuklir
Berdasarkan bentuknya, energi digolongkan menjadi:

Energi mekanik
Energi kimia

Energi kimia yang dikandung bensin baru tampak ketika
dibakar dalam mesin.

Energi radiasi
Energi yang dapat melintasi ruang hampa. Energi radiasi

dipancarkan oleh gelombang elektromagnetik sehingga energi ini
berkaitan dengan gaya elektromagnetik.

Energi listrik
Energi yang berjalan dari pusat pembangkit melalui kawat

hantaran udara dan kabel-kabel menuju ke rumah. Energi listrik
berkaitan dengan gaya Coulomb (termasuk gaya
elektromagnetik). Misalnya, pada sel kimia dalam sebuah senter.

Energi nuklir
Saat ini, energi nuklir baru dihasilkan oleh PLTN dengan

reaktor fisi.

2. Konversi Energi

Didefinisikan sebagai perubahan bentuk energi dari bentuk satu
ke bentuk lainnya.

Energi potensial dapat diubah menjadi energi mekanik.
Contohnya pada bandul yang diberi simpangan. Pada posisi A
semua energi mekanik berbentuk 100% energi potensial.
Dengan mengabaikan gesekan udara, ketika bandul dilepaskan
dari A, bandul turun, maka energi potensial berkurang,
sedangkan energi kinetik bertambah.

Gambar 1. Bandul bergerak

Mesin motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
·Aki mobil mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
·Generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

3. Kekekalan Energi

Gambar 2. Konversi energi

Hukum Kekekalan Energi
"energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi
hanya dapat dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lainnya,

tetapi total energi tetap konstan."

Contoh: saat mengayuh sepeda kemudian mengerem. Ketika
sepeda berhenti (EK = 0). Energi kinetik akan menjadi panas
dalam pelek dan rem sepeda, kemudian panas ini diradiasikan
sebagai radiasi inframerah.

B. Jenis Energi

Berdasarkan asal:
1.Energi primer: berasa dari sumber yang ada di alam, seperti

angin, air, kayu, batu bara, dan nuklir.
2.Energi sekunder: diperoleh dari sumber energi primer,

seperti listrik dan gas.

Berdasarkan ketersediaannya di alam:
1.Energi terbarukan: panas bumi, matahari, angin air, dan

biomassa.
2.Energi tak terbarukan: energi fosil dan energi nuklir.

1.Energi Tak Terbarukan

a. Batu Bara
Campuran zat kimia kompleks yang mengandung senyawa

hidrokarbon serta sedikit nitrogen dan sulfur. Dibentuk oleh
hasil karbonisasi pepohonan dan tumbuhan.

Kualitas batu bara (terendah – tertinggi)

Nama batu bara Kandungan Nilai kalori Manfaat
Karbon (%) (kkal/kg)

Lignit 25-30 2.250-4.650 Bahan bakar pembangkit
tenaga listrik.

Sub-bituminous 25-45 4.650-7.250 PLTU sebagai steam coal.

Bituminous 45-86 5.850-8.650 Industri semen untuk proses
kalsinasi.

Antrasit 86-98% >8.350 Alat pemanas rumah.

Gambar 3. Macam-macam batu bara

Gambar 4. Polusi yang dihasilkan PLTU batu bara

b. Minyak Bumi dan Gas Alam
Berasal dari endapan fosil (alga dan plankton) yang kaya akan

bahan organik dan kemudian tertindih lumpur dalam jangka
waktu akhirnya menjadi minyak.
Minyak Bumi

Gambar 5. Pengolahan minyak bumi tahap pertama

Pemurnian Minyak Bumi
1) Pengolahan minyak bumi tahap pertama

Pengolahan minyak bumi - distilasi bertingkat minyak bumi
Dilakukan dengan distilasi bertingkat, yaitu proses distilasi
berulang-ulang, sehingga didapatkan berbagai macam hasil
berdasarkan perbedaan titik didihnya. Hasil pada proses distilasi
bertingkat ini meliputi:
1. Fraksi pertama: gas yang pada akhirnya dicairkan kembali dan
dikenal dengan nama elpiji atau LPG (Liquefied Petroleum Gas).
LPG digunakan untuk bahan bakar kompor gas dan mobil BBG.

2. Fraksi kedua disebut nafta (gas bumi). Nafta tidak dapat
langsung digunakan, tetapi diolah lebih lanjut pada tahap kedua
menjadi bensin (premium) atau bahan petrokimia yang lain.
Nafta sering disebut juga sebagai bensin berat.

3. Fraksi ketiga atau fraksi tengah, selanjutnya dibuat menjadi
kerosin (minyak tanah) dan avtur (bahan bakar pesawat jet).

4. Fraksi keempat sering disebut solar yang digunakan sebagai
bahan bakar mesin diesel.

5. Fraksi kelima atau disebut juga residu yang berisi hidrokarbon
rantai panjang dan dapat diolah lebih lanjut pada tahap kedua
menjadi berbagai senyawa karbon lainnya, dan sisanya sebagai
aspal dan lilin.

2) Pengolahan minyak bumi tahap kedua
1.Perengkahan (cracking): Pada proses perengkahan, dilakukan
perubahan struktur kimia senyawa-senyawa hidrokarbon yang
meliputi: pemecahan rantai, alkilasi (pembentukan alkil),
polimerisasi (penggabungan rantai karbon), reformasi (perubahan
struktur), dan isomerisasi (perubahan isomer

2. Proses ekstraksi: Pembersihan produk dengan menggunakan
pelarut sehingga didapatkan hasil lebih banyak dengan mutu
lebih baik.
3. Proses kristalasasi: Proses pemisahan produk-produk melalui
perbedaan titik cairnya. Misalnya, dari pemurnian solar melalui
proses pendinginan, penekanan, dan penyaringan akan
diperoleh produk sampingan lilin.
4. Pembersihan dari kontaminasi (treating): Pada proses
pengolahan tahap pertama dan tahap kedua sering terjadi
kontaminasi (pengotoran). Kotoran-kotoran ini harus
dibersihkan dengan cara menambahkan soda kaustik (NaOH),
tanah liat atau hidrogenasi.

Tabel beberapa fraksi hasil pengolahan
minyak bumi dan kegunaannya

Gas Alam
Terdiri atas metana (CH4), etana, propana, butana, dan
belerang.
Penggunaan gas alam jauh lebih bersih dan sangat ramah
lingkungan, tak berwarna, tak berbau, tidak korosif, dan
tidak beracun.
Negara yang paling banyak cadangan gas alamnya adalah
Rusia.

Perbedaan LPG dan LNG:
LPG atau singkatan dari Liquefied Petroleum Gas merupakan
bahan bakar gas pengganti minyak tanah. LPG terdiri dari
susunan butana dan propana. LNG atau Liquefide Natural Gas
merupakan gas yang didominasi oleh Etana dan Metana. Sama
seperti LPG, LNG juga berbentuk cair.

c. Nuklir
Dihasilkan dari proses reaksi fisi pada sebuah reaktor nuklir.

Sebuah inti berat yang ditumbuk oleh partikel (misalnya
neutron) dapat membelah menjadi dua inti yang lebih ringan
dan beberapa partikel lain. Mekanisme semacam ini disebut
pembelahan inti atau fisi nuklir. Contoh reaksi fisi adalah
uranium yang ditumbuk (atau menyerap) neutron lambat.
Reaksi fisi uranium menghasilkan neutron selain dua buah inti
atom yang lebih ringan. Neutron ini dapat menumbuk (diserap)
kembali oleh inti uranium untuk membentuk reaksi fisi
berikutnya. Mekanisme ini terus terjadi dalam waktu yang
sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali.
Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu
singkat. Mekanisme ini yang terjadi di dalam bom nuklir yang
menghasilkan ledakan yang dahsyat. Untuk itu, reaksi berantai
yang terjadi dalam reaksi fisi harus dibuat lebih terkendali.
Usaha ini bisa dilakukan di dalam sebuah reaktor nuklir. Energi
yang dihasilkan dari reaksi fisi nuklir terkendali di dalam
reaktor nuklir dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan
listrik. Instalasi pembangkitan energi listrik semacam ini
dikenal sebagai pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN).

Gambar 6. PLTN

d. Masalah pada Energi Tak Terbarukan
Ketersediaannya terbatas. Gas alam hanya bisa memasok kita
hingga 2085, batu bara akan bertahan hingga sekitar 2250, dan
minyak bumi hingga 2055.
Dampak yang ditimbulkan oleh penggunaan energi fosil. Baik batu
bara, minyak bumi, maupun gas alam mengandung atom karbon,
yang jika dibakar akan menghasilkan karbon dioksida sebagai
hasil samping. Karbon dioksida termasuk gas rumah kaca, sebagai
penyebab terbesar terjadinya pemanasan global.
Dapat menyebabkan terjadinya hujan asam yang jika terkena
tanaman dapat membuat tanaman mati.

Gambar 7 & 8. Akibat hujan asam

Fly ash yang kotor akan membahayakan kesehatan paru-paru
manusia.
Risiko radiasi nuklir yang sangat mengerikan jika terjadi
kebocoran.

1.Energi Terbarukan

a.Energi Panas Bumi
Salah satu pemanfaatan enegi panas bumi adalah untuk
menghasilkan energi listrik. Pemanfaatan energi panas bumi untuk
pembangkit listrik secara garis besar dilakukan dengan cara melihat
sumber dari panas bumi tersebut. Apabila suatu daerah memiliki
panas bumi yang mengeluarkan uap air (steam), maka steam
tersebut dapat digunakan langsung. Steam tersebut secara langsung
diarahkan menuju turbin pembangkit listrik untuk menghasilkan
energi listrik. Setelah selesai steam tersebut diarahkan menuju
condenser sehingga steam tersebut terkondensasi menjadi air. Air
ini selanjutnya di recycle untuk menjadi uap lagi secara alami.
Namun, bila panas bumi itu penghasil air panas, maka air panas
tersebut harus di ubah terlebih dahulu menjadi uap air. Proses
perubahan ini membutuhkan peralatan yang disebut dengan heat
exchanger, dimana air panas ini dialirkan menuju heat exchanger
sehingga terbentuk uap air.

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) adalah tenaga listrik
yang dihasilkan dari gerak turbin yang digerakkan oleh panas bumi.
Cara pemanfaatannya adalah dengan membuat sumur yang
kedalamannya mencapai titik panas bumi, lalu panas tersebut
dialirkan ke lokasi turbin untuk menggerakkan turbin.

Gambar 9. Geiser untuk PLTP Gambar 10. Prinsip kerja PLTP

b. Energi Matahari
Energi matahari sebagai pemanas untuk mendapatkan air hangat.
Salah satu caranya menggunakan panel surya. Alat ini berupa
kotak tertutup kaca. Bagian dalam kotak dicat hitam. Dengan
menggunakan pipa air dialirkan.

Gambar 11. Pemanas air dengan panel surya

Energi matahari untuk membangkitkan listrik. PLTS juga dapat
dihasilkan dengan memantulkan cahaya matahari
menggunakan cermin datar yang dapat digerak-gerakkan.
Pantulan dari sejumlah cermin diteruskan ke sebuah cermin
cekung parabola berukuran besar. Sinar-sinar ini kemudian
dipantulkan pada suatu titik fokus di sebuah ketel uap. Energi
matahari yang difokuskan ini digunakan untuk memanaskan
air dalam ketel hingga air berubah menjadi uap. Tenaga uap ini
yang kemudian digunakan untuk menjalankan turbin dan
generator sehingga dihasilkan listrik.
PLTS yang terdapat di Indonesia, antara lain PLTS Karangasem
Bali, PLTS Raijua, PLTS Nule, dan PLTS Solor Barat.

Gambar 12. Panel surya

Gambar 13. Pengumpul sinar matahari
bentuk parabola

c. Energi Angin
Perbedaan suhu di dua tempat yang berbeda menghasilkan
tekanan udara yang berbeda. Akibatnya, akan dihasilkan angin.

Gambar 14. Kincir angin penggiling gandum

Gambar 15 & 16. Turbin mengubah angin menjadi energi listrik

Tipe turbin angin:
1) Turbin angin sumbu horizontal:

Turbin angin yang mempunyai sumbu putar yang terletak sejajar
dengan permukaan tanah dan sumbu putar rotor yang searah
dengan arah angin (seperti gambar 15).
2) Turbin angin sumbu vertikal:

Turbin angin sumbu tegak yang gerakan poros dan rotor sejajar
dengan arah angin, sehingga rotor dapat berputar pada semua
arah angin.

Gambar 17. Turbin angin sumbu vertikal

Cara kerja pembangkit tenaga angin yang dikenal sebagai
Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) cukup sederhana. Energi
angin yang memutar kincir diteruskan untuk memutar baling-baling
pada generator di bagian belakang kincir angin, sehingga
menghasilkan energi listrik. Untuk dapat bekerja secara efisien,
turbin angin memerlukan angina dengan kelajuan diatas 12–14 mil
per jam. Dengan kelajuan ini, sebuah turbin dapat menghasilkan
sekitar 50–300 kilowatt listrik, yang kemudian dapat digunakan
untuk menghidupkan 3.000 lampu yang menggunakan 100 W. Secara
kasar jika tiap rumah dijatah 1.000 W, maka sebuah turbin angin 300
kW dapat menyuplai 300 rumah.

d. Energi Air
Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) dihasilkan dari energi

potensial air yang diubah menjadi energi mekanik oleh turbin dan
energi tersebut yang selanjutnya diubah untuk menjadi energi listrik
oleh generator dengan memanfaatkan ketinggian dan kecepatan air.
Indonesia telah memanfaatkan air sebagai pembangkit listrik, salah
satunya adalah PLTA Cirata, Purwakarta.

Berdasarkan dari daya listrik yang dihasilkan, pembangkit listrik
tenaga air dibedakan menjadi:
(1) Pico hydro yang menghasilkan 5 kW,
(2) Micro hydro yang menghasilkan 5-100 kW,
(3) Mini hydro yang menghasilkan daya di atas 100 kW, namun tetap
di bawah 1 MW.
(4) Bendungan/dam/large hydro dengan daya yang dihasilkan sebesar
lebih dari 100 MW.

Gambar 18. PLTA Gambar 19. Skema Hydroelectric Dam

e. Energi Lautan
Dimanfaatkan dalam tiga cara:
1) Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut

Dengan cara mengakumulasikan energi gelombang laut untuk
memutar turbin generator. Ada dua alternatif teknologi pembangkit
listrik tenaga gelombang laut (PLTGL), yaitu teknologi tapered
channel (Tapchan) dan Teknologi osilasi kolom air (oscillating water
column = OWC). Prinsip Tapchan cukup sederhana, yaitu gelombang
laut yang datang disalurkan memasuki sebuah saluran runcing yang
berujung pada sebuah bak penampung yang diletakkan pada sebuah
ketinggian tertentu. Air laut yang berada dalam bak penampung
dikembalikan ke laut melalui saluran yang terhubung dengan turbin
generator penghasil energi listrik.

Alternatif teknologi PLTGL yang lebih banyak dikembangkan
adalah teknik OWC. PLTGL-OWC ini ditempatkan di tengah laut dan
dibuat di atas sebuah ponton yang dipancangkan di dasar laut
menggunakan kawat baja. Listrik yang dihasilkan dialirkan melalui
kabel transmisi laut menuju ke daratan. Sistem pembangkit listrik
terdiri atas kamar (chamber) berisi udara yang berfungsi untuk
menggerakkan turbin, kolom tempat air bergerak naik dan turun
melalui saluran yang berada di bawah ponton dan turbin yang
terhubung dengan generator.

Gambar 20. Skema OWC Gambar 21. Tapchan

Gambar 22. Skema pergerakan
gelombang laut pada OWC

2) Pembangkit Listrik Tenaga Pasang-Surut
Prinsip kerja energi pasang surut (Tidal Energy) diperoleh dari

pemanfaatan variasi permukaan laut terutama disebabkan oleh
efek gravitasi bulan, dikombinasikan dengan rotasi bumi dengan
menangkap energi yang terkandung dalam perpindahan massa air
akibat pasang surut.
Macam-macam energi pasang surut air laut:
a) Turbin Lepas Pantai (Tidal Turbines)

Terlihat seperti turbin angin, sering tersusun dalam baris
tapiberada di dalam air. Arus pasang surut memutar turbin untuk
menciptakan energi.

Gambar 23. Tidal Turbines

b) Pagar Pasang Surut (Tidal Fences)
Biasanya dibangun antara pulau-pulau kecil atau antara darata dan
pulau-pulau. Putaran terjadi karena arus pasang surut untuk
menghasilkan energi.

Gambar 24. Tidal Fences

c) Bendungan Lepas Pantai (Barrage Tidal Plants)
Menggunakan bendungan untuk menjebak air, dan ketika
mencapai ketinggian yang sesuai karena air pasang, air dilepaskan
agar mengalir melalui turbin yang akan menggerakan generator
listrik.

Gambar 25. Barrage Tidal Plants

Gambar 26. Macam-macam energi pasang surut air laut

3) Pembangkit Listrik Energi Panas Laut
Pembangkit listrik dari energi panas laut atau Ocean Thermal

Energy Conversion (OTEC) adalah pembangkitan listrik yang
memanfaatkan perbedaan suhu antara permukaan laut dengan
bawah laut. Perbedaan suhu antara permukaan laut dengan bawah
laut dapat mencapai 50 derajat Celsius pada jarak vertikal minimal
90 meter.

Konsep OTEC pertama kali dikemukakan pada awal 1880-an oleh
insinyur asal Prancis, Jacques-Arsene d'Arsonval sebagaimana
dilansir dari Britannica. Idenya berupa memanfaatkan suhu
permukaan air laut untuk mendidihkan fluida kerja yang memilik
titik didih di bawah titik didih air. Jika sudah mendidih, fluida kerja
berubah menjadi fluida gas atau uap dan diteruskan untuk memutar
turbin. Turbin inilah yang kemudian memutar generator sehingga
menghasilkan listrik. Setelah uap dari fluida kerja tersebut
memutar turbin, maka uap tersebut akan dteruskan ke bawah laut.
Fluida kerja ini lantas menjadi dingin dan bentuknya berubah
menjadi cair. Fluida kerja berbentuk cair lalu dialirkan lagi ke
permukaan air laut yang hangat untuk kemudian berubah menjadi
fluida gas kemudian memutar turbin kembali.

Gambar 27. Skema kerja OTEC

f. Energi Biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses

fotosintetik, baik berupa produk maupun buangan. Contoh
biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi,
limbah pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran ternak. Agar
biomassa bisa digunakan sebagai bahan bakar maka diperlukan
teknologi untuk mengkonversinya. Terdapat beberapa teknologi
untuk konversi biomassa, dijelaskan pada gambar dibawah ini.

Gambar 28. Teknologi konversi biomassa

Secara umum teknologi konversi biomassa menjadi bahan bakar
dapat dibedakan menjadi tiga yaitu pembakaran langsung, konversi
termokimiawi dan konversi biokimiawi. Pembakaran langsung
merupakan teknologi yang paling sederhana karena pada umumnya
biomassa telah dapat langsung dibakar. Beberapa biomassa perlu
dikeringkan terlebih dahulu dan didensifikasi untuk kepraktisan
dalam penggunaan. Konversi termokimiawi merupakan teknologi
yang memerlukan perlakuan termal untuk memicu terjadinya
reaksi kimia dalam menghasilkan bahan bakar. Sedangkan konversi
biokimiawi merupakan teknologi konversi yang menggunakan
bantuan mikroba dalam menghasilkan bahan bakar.

Gambar 29. Biogas dari kotoran ternak
Gambar 30. Jenis energi biomassa

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marthen. 2018. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII.
Jakarta: Penerbit Erlangga.

Abdillah, Fahri. 2018. Proses Pengolahan Minyak Bumi. Diakses pada
1 Maret 2022, dari https://www.ruangguru.com/blog/proses-
pengolahan-minyak-bumi

Geo Dipa Energi. Energi Panas Bumi. Diakses pada 1 Maret 2022, dari
https://www.geodipa.co.id/bisnis-kami/energi-panas-bumi/

S, Eko. 2010. Saatnya Kembangkan PLTB di Indonesia. Diakses pada
1 Maret 2022, dari https://www.esdm.go.id/id/media-
center/arsip-berita/saatnya-kembangkan-pltb-di-indonesia

Sri Nurhayati, Ai. 2019. Sumber Energi Listrik Alternatif. Diakses
pada 1 Maret 2022, dari https://bit.ly/3Cc9hwB

Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut. Diakses pada 2 Maret 2022,
dari http://konversienergi.eng.unila.ac.id/pembangkit-
listrik-tenaga-pasang-surut/

Lambang, Danur. 2020. Inspirasi Energi: Panas Laut, Sumber Energi
Terbarukan yang Terus Diteliti. Diakses pada 2 Maret 2022, dari
https://bit.ly/3pBkQs2

Energi Biomassa. Diakses pada 2 Maret 2022, dari
https://bit.ly/3CcBW4w