Kelas XII Semester 2 1 Bahan Ajar 1. Berdoalah setiap Ananda akan memulai dan mengakhiri pembelajaran. Berdoa merupakan wujud rasa syukurkita sebagai makhluk ciptaan Allah SWT yang selalu menghambakan diri kepada-Nya dalam setiap kegiatan yang dilaksanakan. 2. Bacalah pendahuluan yang menggambarkan cakupan materi yang akan kamu pelajari. 3. Bacalah kompetensi yang harus dicapai pada proses pembelajaran. 4. Pahami materi pelajaran secara seksama, bila perlu garis bawahi hal-hal yang dirasa penting. 5. Pahami contoh soal yang diberikan. 6. Kerjakan latihan dengan teman sebangkumu. 7. Uji kemampuanmu dengan mengerjakan evalusi secara mandiri. KOMPETENSI DASAR 3.11Menganalisis keterbatasan sumber energi dan dampaknya bagi kehidupan Doa sebelum melaksanakan pembelajaran B KOMPETENSI DASAR A PETUNJUK BELAJAR
Kelas XII Semester 2 2 Bahan Ajar 1 Sumber Energi 2 Macam – Macam Sumber Energi 4.11 Menyajikan ide/gagasan peneyelesaian masalah keterbatasan sumber energi, energi alternatif, dan dampaknya bagi kehidupan. INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI 3.11.1 Menjelaskan pengertian sumber energi 3.11.2 Mengidentifikasi sumber energi terbarukan dan sumber energi tak terbarukan 3.11.3 Menjelaskan manfaat sumber energi dalam kehidupan 3.11.4 Mengidentifikasi dampak penggunaan sumber energi terhadap lingkungan 3.11.5 Menganalisis solusi untuk mengatasi dampak penggunaan sumber energi terhadap lingkungan 4.11.1 Menyajikan ide atau gagasan pemecahan masalah keterbatasan sumber daya energi, energi altenatif, dan dampaknya bagi kehidupan Sektor energi saat ini menghadapi masalah yang sangat serius. Untuk mengatasi masalah Sektor energi saat ini menghadapi masalah yang sangat serius. Untuk mengatasi masalah tersebut, untuk itu ananda perlu mempelajari materi ini dengan baik. Dalam bab ini ananda akan mempelajari tentang sumber energi, sumber energi yang terbarukan, sumber energi tak terbarukan, manfaat sumber energi, dampak penggunaan sumber energi, dan energi alternatif. Pengertian sumber energi adalah segala sesuatu di sekitar kita yang mampu menghasilkan energi. Di sekitar kita banyak sekali macam macam sumber energi yang bisa menghasilkan berbagai macam energi. Sumber energi secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu: Adalah energi yang berasal dari proses alam yang berkelanjutan dimana energi ini dapat diperbaharui terus menerus selama masih ada sumber energi yang digunakan untuk memperbaharuinya contohnya : a. Sumber Energi yang Terbarukan C MATERI PEMBELAJARAN
Kelas XII Semester 2 3 Bahan Ajar 1) Energi surya atau matahari, Energi matahari sangat melimpah jumlahnya khususnya bagi wilayah yang beriklim tropis. pemanfaatan sinar matahari adalah dengan menggunakan sel surya yang berfungsi mengubah energi surya menjadi energi listrik. Ada juga yang memanfaatkan sinar matrahari untuk memasak dengan menggunakan kompor bertenaga sinar matahari contohnya di negara India. Energi matahari dihasilkan melalui proses reaksi fusi nuklir yang terjadi di dalam inti matahari. Rekasi fusi nuklir ini terjadi melalui serangkaian tahap yang disebut rantai proton-proton, yaitu proses pengubahan hidrogen menjadi helium. Proses pembentukan energi dalam inti matahari melalui rantai proton terjadi secara kontinu, sehingga energi matahari tidak pernah habis. Rantai proton-proton di inti Matahari terjadi kira-kira 9,2x1037 kali tiap detik dan mampu mengubah sekitar 3,7 x 1038 proton menjadi inti helium tiap detiknya. Adapun energi yang mampu dihasilkan matahari di dalam intinya tiap detik sekitar 3,846x1026 Joule. Energi sebesar ini kemudian ditransmisikan keluar inti dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Bumi menerima energi dari matahari di bagian luar atmosfernya secara terusmenerus sebesar 1,74x1017 Joule per detik. Sebanyak 31% dari energi sebesar itu dipantulkan kembali ke ruang angkasa, sedangkan sisanya diserap oleh atmosfer, lautan dan daratan di bumi. Energi yang terserap ini kemudian menyebabkan terjadinya peristiwa konveksi udara dan penguapan air yang kemudian menyebabkan terjadinya agin dan siklus air (siklus hidrologi). Selain itu, energi matahari juga diubah menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis oleh tumbuhan hijau. Cara menentukan besarnya energi matahari yang diserap dan dipancarkan kembali oleh permukaan bumi. E1 pada gamabar menyatakan energi matahari yang diterima oleh bumi, sedangkan E2 menyatakan energi matahari yang diserap oleh bumi. Apa yang akan terjadi pada bumi ketika menyerap panas matahari tersebut? Karena menyerap E3 Radiasi Matahari (E1) R E2 Gambar 1. Radiasi matahari yang ditransmisikan ke bumi
Kelas XII Semester 2 4 Bahan Ajar sejumlah energi (E2), maka suhu Bumi akan meningkat, maka bumi memancarkan energi dalam bentuk radiasi inframera (E3) ke luar angkasa. Anda tentu masih ingat bukan bahwa energi bersifat kekal? Oleh karena itu, hubungan antara E1, E2, dan E3 dapat dinyatakan sebagai berikut. ……………………………………………..(pers 1) dengan: E1 = energi matahari yang diterima Bumi (J) E2 = energi matahari yang diserap Bumi (J) E3 = energi yang dipancarkan oleh bumi dalam bentuk radiasi inframerah (J) Jika I merupakan intensitas cahaya matahari yang dinyatakan dala satuan watt per meter persegi (W/m2 ), maka energi yang diserap oleh bumi (E2) tiap satuan waktu dapat ditentukan dengan persamaan berikut. …………………………………….(pers 2) Dengan: R = jari-jari bumi (m) I = intensitas radiasi matahari (W/m2 ) = koefisien refleksi permukaan bumi Sementara itu menurut Hukum Stefan-Boltzmann tentang radiasi kalor, energi yang diradiasikan Bumi dalam bentuk infra merah dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut. ………………………………………..(Pers 3) Dengan: R = jari jari bumi e = emisivitas permukaan bumi = konstanta Boltzmann ( 5,67 x 10-8 W/m2K -4 ) Keadaan keseimbangan akan terjadi jika energi yang diserap bumi (E2) sama dengan energi yang dipancarkan bumi (E3), sehingga πR2 I(1-)=4πR2 eT 4 . Dengan demikian, suhu permukaan bumi setelah menyerap energi dari matahari tersebut dapat ditentukan sebagai berikut. E3 = 4 π R2 e T 4 E2 = π R2 I (1-) E1 = E2 + E3
Kelas XII Semester 2 5 Bahan Ajar …………………………………..(pers 4) Persamaan di atas berlaku jika bumi tidak diselimuti oleh atsmosfer. Karena bumi diselimuti oleh atmosfer, maka sebagian radiasi inframerah dari bumi akan dipantulkan lagi ke Bumi melalui mekanisme efek rumah kaca. Dengan mempertimbangkan koefisien refleksi atmosfer (), maka E3= 4πR2 e(1-)T4 , sehingga suhu permukaan bumi menjadi ………………………………………..(pers 5) Pada dasarnya, energi matahari yang sampai ke bumi dapat dikonversi ke dalam bentuk energi lain yang lebih bermanfaat. Proses konversi energi mataari terdiri atas tiga proses, yaitu proses heliochemical, proses helioelectrical dan proses heliothermal. Proses heliochemiccal merupakan proses konversi energi menjadi energi kimia. Salah satu contoh proses ini adalah reaksi fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan hijau. Proses helioelectrical merupakan proses konversi energi matahari menjadi energi listrik. Proses ini dapat dilakukan oleh sel-sel surya. Sementara itu, proses heliothermal merupakan proses penyerepan energi matahari untuk keperluan tertentu, misalnya untuk memanaskan air seperti yang terjadi pada alat kolektor cahaya matahari (solar collector). 2) Angin, merupakan udara yang bergerak sebagai akibat adanya rotasi bumi dan perbedaan tekanan udara. Angin merupakan salah satu fenomena yang terjadi akibat pemanasan dan konveksi udara. Energi matahari yang sampai ke bumi akan memanaskan molekul-molekul udara di bumi, sehingga udara akan memua. Udara yang memuai akan lebih ringan, sehingga udara akan memuai. Udara yang memuai akan lebih ringan, sehingga akan bergerak naik. Ruang yang ditinggalkan oleh udara panas tadi dengan segera akan mengalami penurunan tekanan, sehingga udara dingin di sekitarnya akan mengalir menuju ke tempat yang bertekanan rendah tersebut. Karena angin merupakan udara yang bergerak maka angin memiliki energi kinetik. Secara teknis, massa udara agak sulit untuk = [ (1 − ) 4 (1 − ) ] 1 4 ⁄ = [ (1 − ) 4 ] 1 4 ⁄ A v Gambar 2. Blok udara yan bergerak dengan kecepatan v melalui penamapng A
Kelas XII Semester 2 6 Bahan Ajar ditentukan, sehingga untuk menentukan besarnya energi angin kitamemerlukan perhitungan dengan besaran lain, yaitu massa jenis (). Coba anda bayangkan jika terdapat balok udara dengan luas penampang A yang bergerak dengan kecepatan v seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Maka anda dapat menentukan massa udara yang melalui penampang tersebut. …………………………………………..(pers 6) Jika persamaan digabungkan dengan persamaan energi kinetik akan dihasilkan persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan energi angin tiap satuan waktu (daya) yang dihasilkan oleh angin, yaitu sebagai berikut ………………..(pers 7) Dengan: m = massa udara (kg) A = luas penampang (m2 ) t = waktu (s) v = kecepatan angin (m/s2 ) = massa jenis udara (kg/m3 ) Pangin = energi angin tiap satuan watu atau daya (J/s atau W) Pemanfaatan energi angin sedang gencar-gencarnya di lakukan oleh banyak negara di seluruh dunia karena sumber energi ini tidak terbatas jumlahnya, pemanfaatan energi ini menggunakan kincir angin yang dihubungkan dengan generator atau turbin untuk menghasilkan tenaga listrik. 3) Panas bumi, Panas bumi merupakan energi yang bersumber dari dalam perut bumi, Panas bumi merupakan energi yang melimpah dan terbarukan sehingga tidak perlu khawatir akan kehabisan energi panas bumi. Selain jumlahnya yang melimpah energi ini memiliki harga yang lebih ekonomis dan ramah terhadap lingkungan. Indonesia merupakan salah satu negara di dunia yang kaya akan energi panas bumi, hal ini di karenakan indonesia mempunyai banyak gunung berapi aktif yang menjadi Ek = ½ m v 2 = 1 2 2 → = 1 2 3 =
Kelas XII Semester 2 7 Bahan Ajar keuntungan tersendiri bagi negara kita. Contoh pemanfaatan panas bumi adalah dengan mengubahnya menjadi pembangkit listrik. 4) Air, merupakan zat yang sangat melimpah. Jumlahnya diperkirakan mencapai 1,4 triliun kilometer kubik dan menutupi hampir 71% permukaan bumi. Air di alam ini mengalami pergerakkan secara alamiah dalam bentuk siklus yang disebut daur hidrologi. Selain jumlahnya yang melimpah, daur hidrologi inilah yang menjadikan air dikategorikan sebagai sumber energi. Sumber : wikipedia Gambar 3. Bendungan tiga ngarai (Three George) Dam –China Gambar di atas menunjukkan sebuah bendungan atau dam. Coba ananda amati dan bayangkan seberapa kuat air yang jatuh di bawah permukaan dam tersebut. Anda tentu masih ingat tentang konsep energi potensial bukan? Air di dalam bedungan atau yang berada pada ketinggian tertentu mempunyai energi potensial yang besarnya sebanding dengan ketinggian (h) air relatif terhadap permukaan bumi dan sebanding juga dengan massa air (m). Selain itu, energi potensial air di bendungan tersebut juga di pengaruhi oleh percepatan gravitasi (g). Oleh karena itu, energi potensial air yang berada di dalam bendungan (terletak pada ketinggian tertentu) dapat dihitung dengan persamaan energi potensial, yaitu EP= mgh. Ketika air yang mempunyai energi potensal tersebut bergerak turun atau jatuh, maka dengan segera energi potensial air akan berubah menjadi energi kinetik yang dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin dalam pembangkit listrik tenaga air.
Kelas XII Semester 2 8 Bahan Ajar Dalam kasus bendungan, ketinggian bendungan dan percepatan gravitasi bumi adalah tetap, sedangkan massa air bisa saja mengalami perubahann. Oleh karena itu, persamaan energi potensial air dalam kasus ini dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan diferensial sebagai berikut. d EP = (dm) gh dalam hal ini, dEp adalah elemen energi potensial yang dihasilkan oleh elemen massa air dm yang berada pada ketinggian h. Dengan mempertimbangkan debit air (Q), yaitu volume air yang mengalir tiap detik Pada dasarnya, energi air tidak hanya diperoleh melalui pembuatan bendungan atau dam, tetapi dapat diperloeh melalui fenomena lainnya, misalnya melalui fenomena pasang surut air laut dan gelombang air laut. 5) Energi Biomassa,Biomassa terdiri dari Tanaman hidup, pohon mati, dan serpihan kayu. Cara penggunaan biomassa sebagai bahan bakar yang paling sederhana adalah dengan membakarnya untuk menghasilkan energi panas, misalnya penggunaan kayu bakar untuk memasak. Penggunaan lain dari biomassa adalah untuk menghasilkan bahan bakar cair (liquid biofuel), misalnya etanol. Biomassa yang sering dimanfaatkan untuk membuat bahan bakar cair lainnya, yaitu biodiesel. Selain itu melalui proses pemanasan tertutup (tanpa oksigen), biomassa juga digunakan untuk memperoleh bahan bakar gas. 6) Energi Gas Alam, Merupakan energi yang terbarukan dan harganya lebih terjangkau daripada bahan bakar minyak. 7) Pembangkit Listrik Tenaga Air, Energi yang bersumber dari tenaga air sudah lama di manfaatkan oleh manusia karena ramah lingkungan dan juga berlimpah. Pembangkit listrik tenaga air atau PLTA merupakan salah satu contoh pemanfaatab tenaga air untuk kehidupan yang lebih baik. 8) Energi Pasang Surut, Pasang surut air laut dianggap lebih menjanjikan hasil yang maksimal bila di bandingkan dengan tenaga surya dan tenaga angin. tetapi pemanfaatan energi pasang surut masih sedikit hal ini di karenakan biayanya yang mahal. Sumber energi jenis ini jumlahnya terbatas dan tidak dapat diperbarui walaupun ada yang bisa diperbaharui tetapi memerlukan waktu yang sangat lama. sumber energi ini b. Sumber Energi Tak Terbarukan
Kelas XII Semester 2 9 Bahan Ajar saat ini masih merupakan sumber energi utama yang banyak digunakan walaupun banyak pihak yang sudah beralih menggunakan sumber energi alternatif. Contoh sumber energi tak terbarukan adalah : 1) Sumber energi yang berasal dari fosil; Sumber energi ini sebenarnya bisa diperbaharui tetapi memerlukan waktu hingga jutaan tahun, berasal dari makhluk hidup yang mati dan terpendam dalam tanah hingga jutaan tahun. contohnya Minyak bumi, batu bara dan gas alam. Penggunaan bahan bakar fosil mempunyai kelbihan dan kekurangan. Kelebihan dari penggunaan bahan bakar fosil antara lain produksinya dapat dilakukan dalam jumlah yang besar (concentrated production), relatif murah (terutama batu bara), tidak terpengaruh dengan lokasi (location independent), dan telah teruji atau dapat diandalkan. Sementara itu, kelemahan penggunaan bahan bakar fosil antara lain menghasilkan emisi CO2 dalam jumlah besar (menyebabkan pemanasan global, menyebabkan kerusakan lingkungan akibat dari proses tambang, dan merupakan sumber daya alam yang tak terbatas (tak terbarukan) 2) Sumber energi yang berasal dari mineral alam; Mineral alam bisa dimanfaatkan menjadi sumber energi setelah melalui beberapa proses, contohnya uranium yang bisa menghasilkan energi nuklir. Kelebihan dan kekurangan pemanfaatan energi nuklir. Kelebihan penggunaan energi nuklir antara lain tidak menghasilkan emisi gas CO2, dapat menghasilkan energi dan daya yang sangat besar, cadangan bahan radioaktif di alam lebih besar dari cadangan bahan bakar fosil, dan dapat digunakan sebagai sumber energi dalam waktu yang cukup lama. Kekurangannya penggunaan energi nuklir sebagai sumber energi antara lain terdapat resiko penyalahgunaan oleh orang-orang yang tidak bertanggungjawab (misalnya teroris), adanya resiko atau bahaya dari limbah radioaktif, potensi kebocoran dan kecelakaan dalam pengoperasian reaktof, serta biaya pembuatan reaktor nuklir yang sangat besar.
Kelas XII Semester 2 10 Bahan Ajar 3 Manfaat Sumber Energi Beberapa macam sumber energi dan manfaatnya : Matahari termasuk salah satu dari bintang. Bintang adalah benda langit yang memiliki cahaya sendiri. Jika dibandingkan dengan bintang yang lain, matahari tampak lebih besar. Mengapa? Sebab jarak matahari ke bumi lebih dekat daripada jarak bintang yang lain. Matahari merupakan sumber energy panas dan cahaya terbesar di bumi. Tanpa matahari, tidak ada kehidupan di bumi. Selain menghangatkan bumi, matahari sangat diperlukan tumbuhan untuk melakukan fotosintesis. Fotosintesis merupakan proses pembuatan makanan pada tumbuhan. Hasil dari fotosintesis berupa karbohidrat dan oksigen. Manusia dan hewan sangat bergantung pada tumbuhan. Apabila fotosintesis tidak dapat dilakukan, kehidupan manusia dan hewan akan terancam. Bagaimana dengan manusia? apakah manusia juga memerlukan matahari? energy panas matahari dimanfaatkan oleh manusia untuk menjemur pakaian, padi atau ikan asin. Minyak bumi merupakan bahan bakar fosil. Pemakaian minyak bumi dengan cara pengolahan terlebih dahulu. Hasil pengolahan minyak bumi, di antaranya berupa bensin, solar, avtur, minyak tanah dan aspal. Bensin digunakan untuk bahan bakar motor atau mobil. Solar digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel. Avtur digunakan untuk bahan bakar pesawat. Minyak tanah untuk bahan bakar kompor dan aspal untuk penghalus jalan. Penggunaan bahan bakar minyak bumi harus hemat sebab selain jumlahnya yang terbatas dan tidak dapat diperbarui, penggunaannya juga mampu menimbulkan polusi. Adanya polusi dapat membuat kerusakan lingkungan Angin adalah udara yang bergerak. Angin menyimpan energy sehingga dapat dijadikan sebagai sumber energy. Negara belanda telah sejak dahulu memanfaatkan energy angin untuk memutar kincir sehingga dikenal dengan julukan negara kincir angin. Kincir tersebut digunakan untuk membantu menggiling gandum. Angin juga c. Angin b. Minyak Bumi a. Matahari
Kelas XII Semester 2 11 Bahan Ajar 4 Dampak Sumber Energi dimanfaatkan nelayan. Pada saat berangkat, nelayan memanfaatkan angin laut dan memanfaatkan angin darat untuk kembali pulang ke daratan Benda yang diam memiliki energy potensial, sedangkan saat bergerak memiliki energy kinetic. Demikian juga dengan air. Air menyimpan sejumlah energi. Misalnya, air terjun. Energi air terjun digunakan untuk menggerakkan turbin pada PLTA. Selain itu, air yang mengalir digunakan sebagai sarana transportasi di beberapa daerah, misalnya di Pulau Kalimanta Baterai menyimpan energy kimia. Pada penggunaan energi kimia menjadi energy listrik. Di mana kita biasa menemukan baterai ? Baterai biasa dipakai pada mobil mainan, jam dinding, radio, kamera dan remote. Energi listrik berasal dari arus listrik. Arus listrik dapat timbul dari suatupembangkit listrik. Beberapa pembangkit listrik sebagai berikut: 1) PLTA : Pembangkit Listrik Tenaga Air. 2) PLTS : Pembangkit Listrik Tenaga Surya. 3) PLTU : Pembangkit Listrik Tenaga Uap. 4) PLTD : Pembangkit Listrik Tenaga Diesel. Seperti yang kita ketahui bahwa kita manusia membutuhkan asupan energi untuk tetap bertahan di muka bumi ini. Energi yang dibutuhkan tidak hanya tentang energi yang kita butuhkan untuk beraktifitas sehari-hari. Namun, energi yang kita butuhkan bagaimana kita dapat bertahan hidup dengan memanfaatkan energi yang tercipta. Salah satu jenis energi yang dapat kita nikmati secara gratis adalah energi panas dari matahari yang membantu dalam menghangatkan bumi sehingga manusia bisa bertahan hidup di atas muka bumi ini. Akan tetapi, ada jenis energi yang memiliki jumlah yang terbatas, pemakaian yang berlebihan akan menyebabkan krisis energi yang dapat merugikan kehidupan manusia di masa yang akan datang. f. Listrik e. Baterai d. Air
Kelas XII Semester 2 12 Bahan Ajar Energi memang diperlukan di semua bidang kehidupan, tidak hanya untuk kebutuhan rumah tangga yang membutuhkan jumlah pasokan energi yang tidak banyak namun juga perkembangan manusia yang semakin bertambah membuat energi juga ikut bertambah. Ditambah dengan pembangunan industri di segala bidang pasca revolusi industri yang akhirnya menjadikan kebutuhan akan energi semakin membengkak. Padahal energi sesuai dengan hukum energi adalah sesuatu yang tidak bisa diciptakan namun tidak bisa dimusnahkan. Untuk itu, diperlukan sebuah inovasi terbaru dalam menciptakan sumber energi baru untuk mencegah terjadinya krisis energi akibat energi yang semakin tergerus. Hal ini berkaitan dengan meningkatnya harga dari biaya produksi akibat kekurangan sumber energi seperti minyak bumi, atau listrik dan sumber daya energi yang berasal dari alam. Krisis energi ini akan berpengaruh terhadap perekonomian yang nantinya berdampak pada kemaslahatan hidup manusia. Hal tersebut dapat kita lihat dengan naiknya harga tariff dasar listrik, atau kekurangan minyak bumi yang akhirnya masyarakat beralih ke gas sebagai sumber energi baru. Atau harga minyak dunia yang berpengaruh terhadap kenaikan harga BBM dan lain sebagainya merupakan dampak dari krisis sebuah energi. Untuk itu, diperlukan sebuah solusi untuk mengatasi permasalahan ini segera, mengingat manusia yang tidak bisa terlepas dari energi untuk tetap bertahan hidup dan menjalankan aktifitas mereka sehari-hari. Untuk mengatasi krisis energi tersebut, diperlukan solusi yang tepat untuk menciptakan kehidupan yang berkesinambungan dan selaras dengan alam terlebih jika sumber daya energi tersebut menggunakan sumber daya alam. Dampak pencemaran tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut : a. Pecemaran udara Pencemaran udara dapat berupa gas, CO yang merupakan hasil pembakaran tidak sempurna dari keadaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar dari bensin dan solar. Gas buangan ini sangat berbahaya karena tidak bewarna dan tidak berbau. Gas CO2 juga berbahaya karena dapat mengikat panas matahari sehigga suhu bumi menjadi panas dan terjadi pemanasan global (efek rumah kaca). b. Pencemaran air
Kelas XII Semester 2 13 Bahan Ajar 5 Energi Alternatif Pencemaran pada air dapat disebabkan oleh limbah industry, pembuangan sampah domestic dan jika terakumulasi bisa menjadi racun dan sampah organic akibat dibusukkan oleh bakteri. Pencemaran di laut juga bisa disebabkan oleh tumpahan minyak bumi akibat kecelakaan kapal tanker minyak yang bisa merusak terumbu karang c. Pencemaran tanah Pencemaran tanah dapat di sebabkan oleh sampah-sampah berbahan plastic dan penggunaan peptisida yang berlebihan d. Pencemaran suara Polusi suara dapat disebabkan oleh suara bising kendaraan bermotor atau mesin-mesin pabrik sehingga dapat mengganggu pendengaran Energi alternatif adalah energi yang digunakan untuk menggantikan energi dari minyak bumi. Terdapat bermacam-macam contoh energi alternatif yang tersedia di alam, seperti energi matahari, energi angin, energi air, dan energi panas bumi. Namun, berkat majunya pemahaman manusia tentang energi, sumber energi alternatif kian bertambah. Kami telah menginventarisir, sedikitnya terdapat 15 macam energi alternatif yang bisa di manfaatkan oleh manusia. Kita sangat memerlukan energi ini untuk mengganti sumbersumber energi yang mulai habis. Energi alternatif tidak akan habis, meskipun terus menerus digunakan. Sumber-sumber tersebut banyak tersedia di alam dan bisa kita gunakan kapan saja. Saat ini orang-orang di seluruh dunia telah memikirkan tentang sumber energi alternatif tersebut, sebab kita tidak dapat lagi mengandalkan minyak bumi sebagai sumber energi utama karena cadangan persediaannya semakin menipis. Sebelum minyak bumi benar-benar habis dari dalam bumi, maka kita sudah harus mencari sumber energi alternatif lainnya. Para ahli telah melakukannya, mereka mencari alternatif energi di alam yang tidak bakal habis. Alam menyediakan sumber energi itu dan terus menyediakannya untuk kita. Itulah mengapa sehingga kita sering menyebutnya sebagai sumber daya yang dapat diperbarui. Maksudnya adalah alam dapat menyediakan kembali sumber daya itu. Pada era modern saat, negara-negara maju banyak yang beralih ke pemanfaatan energi-energi alternatif yang ramah lingkungan, pada umumnya sebagai tenaga penggerak untuk pembangkit listrik. Mau tidak mau, sudah saatnya kita di Indonesia
Kelas XII Semester 2 14 Bahan Ajar memulai juga pengembangan energi alternatif tersebut. Apalagi, hampir semua energi alternatif yang dikenal dewasa ini terdapat di alam Indonesia. Tinggal kemudian kemauan kita untuk mengolahnnya menjadi energi siap pakai. Nah, berikut ini adalah contoh sumber energi alternatif yang terdapat di alam. Semua energi ini dapat digunakan untuk menggantikan sumber energi utama saat ini, yakni bahan bakar fosil. Matahari adalah sumber energi utama untuk planet bumi. Energi yang dihasilkan matahari berbentuk sinar dan panas.Selama ribuan tahun, manusia telah memanfaatkan energi matahari dalam kehidupannya. Energi matahari dapat dimanfaatkan langsung oleh manusia, seperti menjemur hasil panen, membuat garam, dan sebagainya. Pemanfaatan langsung energi sinar matahari dapat ditingkatkan dengan menggunakan pengumpul panas yang disebut kolektor. Sinar matahari dikonsentrasikan dengan kolektor suhu pada suatu tempat sehingga memperoleh suhu yang lebih tinggi. Sumber : Wikipedia Gambar 4 : Panel Surya Selain itu, energi matahari juga dapat di ubah menjadi energi listrik. Listrik dihasilkan dengan mengubah energi matahari menggunakan sel surya yang terdiri dari rangkaian panel unsur semikonduktor, misalnya lapisan unsur silikon yang tipis. Energi panas bumi adalah panas yang terdapat di dalam bumi. Biasanya, panas bumi muncul di permukaan bumi akibat aktivitas vulkanik (gunung berapi). Oleh sebab itu, di sekitar gunung berapi terdapat tempat-tempat yang menyemburkan gas atau air panas. Terdapat 3 sumber utama panas geotermal, yaitu uap alam, air panas, dan batuan b. Panas Bumi a. Matahari
Kelas XII Semester 2 15 Bahan Ajar kering panas. Sejauh ini, uap geotermal telah dipakai, terutama untuk pembangkit listrik. Air panas telah dimanfaatkan secara luas untuk pemanasan, tetapi pemakaiannya untuk pembangkit tenaga sedang diteliti. Batuan kering panas adalah sumber panas terbesar masih diteliti untuk penggunaan yang tepat. Sumber : Wikipedia Gambar 5. Uap panas dari dalam bumi Sumber : Wikipedia Gambar 6. Baling-baling pembangkit listrik tenaga angin Energi angin adalah energi yang berasal dari hembusan angin. Beberapa negara mulai melirik energi dari alam ini. Belanda sudah sejak dulu memanfaatkan angin untuk digunakan sebagai energi. Kincir angin di Belanda digunakan untuk memompa air irigasi. Kincir angin di Belanda bentuknya besar dan terlihat berat, sehingga putarannya lambat. Akan tetapi, baling-baling yang besar dan berat itu dapat menghasilkan tenaga yang besar pula. Energi angin juga dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dengan c. Angin
Kelas XII Semester 2 16 Bahan Ajar menggunakan kincir angin yang disambungkan menggunakan generator yang dapat menghasilkan listrik (turbin angin) Sumber : Geogle Gambar 7: Bendungan Hydropower adalah energi listrik yang dihasilkan dari kekuatan air. Hydropower dibuat dengan cara membendung air sungai, kemudian menggunakan pipa air tersebut diarahkan menuju turbin. Hal inilah yang terjadi pada PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air). Prinsip dari stasiun pembangkit listrik tenaga air adalah jarak jatuhnya air ke turbin dan jumlah air yang mengalir. Oleh sebab itu, sebuah PLTA sangat bergantung pada pasokan air. Biasanya tempat yang dapat menampung air dalam jumlah besar adalah danau. Jika tidak ada danau, maka dibangunlah waduk. Dengan penelitian selama beberapa tahun, para peneliti dapat menentukan tempat yang tepat untuk membangun waduk dan instalasi/stasiun pembangkit listrik. e. Gas Alam d. Hydropower
Kelas XII Semester 2 17 Bahan Ajar Sumber : Wikipedia Gambar 8 : Tempat pengolahan gas alam Gas alam adalah gas yang terkumpul di bawah tanah dengan berbagai macam komposisi campuran hidrokarbon yang mempunyai daya tekan tinggi. Gas alam setelah diolah kita kenal dengan nama elpiji. Selain untuk memasak, gas ini dapat pula digunakan untuk kendaraan bermotor, bahkan untuk menggerakkan mesin-mesin pabrik. Gas ini juga sudah banyak dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik (PLTG). Sumber : Wikipedia Gambar 9. SPBU Hydrogen Hidrogen dapat diubah menjadi bahan bakar pengganti bbm. Bahkan, hidrogen diklaim lebih baik dari bbm yang kita kenal saat ini. Bahan bakar hidrogen tidak menghasilkan polusi, sehingga bahan bakar ini tidak merusak bumi. Persediaannya pun tidak akan habis karena cara pembuatannya hanya dari air, kemudian dibakar seperti bensin. Akan tetapi, untuk mendapatkan Hidrogen ini diperlukan banyak energi. Jika energi yang digunakan berasal dari bahan bakar fosil, maka keuntungan yang didapat akan minimal, sehingga harus ada sumber energi yang diperbaharui. Biomassa adalah massa tumbuhan dan kotoran hewan yang dapat memberikan energi, baik dengan dibakar langsung, maupun setelah diubah menjadi bahan lain yang pembakarannya lebih mudah. Sumber energi biomassa berasal dari makhluk hidup. Termasuk di antaranya adalah sisa atau pembuangan dari manusia dan hewan. Instalasi g. Biomassa f. Hidrogen
Kelas XII Semester 2 18 Bahan Ajar biomassa dapat dibangun dari tangki kotoran manusia dan hewan. Gas yang keluar dari instalasi ini disebut biogas. Sumber : Wikipedia Gambar 10. Pengolahan biogas menajdi sumber energi Sumber : Wikipedia Gambar 11: Bahan bakar yang berasal dari jagung Biofuel adalah energi yang berasal dari bahan-bahan nabati, seperti minyak bumi, tanaman jarak, jagung, dan lain-lain. Energi ini dapat digunakan sebagai bahan bakar, yang disebut dengan Bahan Bakar Nabati (BBN). Bahan bakar nabati adalah dalam bentuk biodiesel dan bioetanol, yang bisa menjadi alternatif sebagai bahan bakar kendaraan. Biofuel dalam bentuk biodiesel dibuat dari minyak nabati, seperti minyak kepala sawit atau CPO dan minyak jarak pagar atau CJCO. Proses pembuatan biofuel ini pada dasarnya mereaksikan minyak nabati dengan methanol dan ethanol, dengan h. Biofuel
Kelas XII Semester 2 19 Bahan Ajar katalisator soda api. Kelemahan dari biofuel adalah tidak cocok dipakai untuk kendaraan bermotor yang memerlukan kecepatan dan daya yang tinggi. Sumber : Wikipedia Gambar 12 : Mekanisme pengolahan energi tidal Energi tidal atau energi pasang surut air laut barangkali kurang begitu dikenal, atau mungkin kita belum pernah mendengarnya sama sekali. Jika dibandingkan dengan energi angin dan surya, energi tidal memiliki sejumlah keunggulan, antara lain memiliki aliran energi yang lebih pasti/mudah diprediksi, lebih hemat ruang, dan tidak membutuhkan teknologi konversi yang begitu rumit. Kelemahan energi ini di antaranya adalah membutuhkan alat konversi yang handa yang mampu bertahan dengan kondisi air laut, terutama tingkat korosi dan kuatnya arus atau badai di laut. Prinsip kerja energi tidal ialah: saat pasang naik, air laut dengan volume jutaan kubik naik ke daratan. Jika di daratan itu dibuat bendungan yang besar, maka air pasang itu tertampung di dalam waduk. Di mulut waduk dipasang baling-baling yang berputar sesuai arah air. Biasanya digunakan dua arah putaran, yaitu saat pasang dan saat air surut. Selain energi tidal, potensi lain dari lautan yang bisa dimanfaatkan adalah gelombangnya. Energi yang dimiliki gelombang laut tersebut dapat dikonversi menjadi listrik. Prinsip kerjanya adalah dengan mengumpulkan energi gelombang laut untuk memutar turbin generator. Saat ini beberapa negara telah berani mengembangkan potensi dari energi terbarukan ini j. Gelombang Laut i. Energi Tidal
Kelas XII Semester 2 20 Bahan Ajar Sumber : wikipedia Gambar13: gelombang air laut 1. Tuliskan kelebihan dan kelemahan dari penggunaan nuklir sebagai sumber energi 2. Jelaskan proses pembangkit listrik tenaga panas bumi 3. Jelaskan yang dimaksud dengan TSR pada pembangkit listrik tenaga angin 4. Permukaan air di dalam suatu bendungan berada setinggi 100 meter di atas turbin yang diperlukan untuk menghasilkan listrik sebesar 150 MW. Jika PLTA ini dianggap mempunyai efisiensi sebesar 90% hitung debit air yang diperlukan untuk menggerakkan turbin tersebut (gunakan nilai g=10m/s) 5. Jika daya yang dihasilkan oleh suatu turbin angin dengan jari-jari sudusudu rotor R diketahui adalah P pada kecepatan angin sebesar v, maka hitung daya dari turbin angin tersebut jika kecepatan anginnya naik sebesar 20% dari semula. D Latihan
Kelas XII Semester 2 21 Bahan Ajar 1. Bahan bakar yang digunakan secara besar-besaran pada masa revolusi industri pada abad ke-18 adalah... a. Minyak bumi c. angin b. Batu bara d. Gas alam c. Listrik 2. Dari semua sumber energi di bawah ini, yang paling banyak digunakan saat ini adalah... a. Gas alam d. Air b. Batu bara e. Nuklir c. Minyak bumi 3. Berikut ini yang bukan dampak dari ketergantungan terhadap bahan bakar fosil adalah a. Emisi karbon yang tinggi b. Resiko pemanasan global c. Masalah kecukupan energi d. Emisi gas metana yang tinggi e. Meningkatnya gas rumah kaca 4. Konsumsi energi di negara berkembang di dominasi untuk... a. Trasportasi d. Pemanas ruangan b. Industri e. Pendingin ruangan c. Memasak 5. Sumber energi yang tidak menghasilkan emisi CO2 tetapi tidak terbarukan adalah... a. Nuklir d. Biogas b. Minyak bumi e. Biomassa c. Panas bumi 6. Energi matahari yang diserap oleh suatu planet, termasuk Bumi adalah... a. Sebanding dengan jari-jari planet b. Berbanding terbalik dengan intensitas radiasi matahari c. Sebanding dengan diameter bumi E Evaluasi
Kelas XII Semester 2 22 Bahan Ajar d. Berbanding terbalik dengan diameter bumi e. Sebanding dengan intensitas radiasi matahari 7. Radiasi yang dipancarkan bumi setelah menerima energi dari matahari terdapat dalam bentuk... a. Sinar-X d. Sinar gama b. Inframerah e. Ultraviolet c. Gelombang radio 8. Jika emisivitas permukaan bumi adalah 1, koefisien refleksi bumi adalah 0,34 dan konstanta Boltzmann 5,77 x 10-8 W/m2K 4 , maka suhu bumi setelah menyerap energi matahari dengan intensitas sebesar 1.200 W/m2 ... a. 243 K d. 198 K b. 234 K e. 63 K c. 222 K 9. Jika massa jenis udara diketahui 1,201 kg/m3 pada suhu 20o C, maka energi yang ditransmisikan oleh angin yang bergerak dengan kecepatan 8m/s melalui luas penampang seluas 1 m2 tiap detik pada suhu tersebut adalah... a. 307,5 W d. 175,3 W b. 209,7 W e. 104,0 W c. 198,1 W 10. Energi panas bumi sering keluar ke permukaan bumi dalam bentuk... a. Sumber air dan semburan gas panas b. Magma dan geyser c. Lava dan semburan gas panas d. Efek gravitasi dan radioaktivitas e. Semburan gas panas saja 11. Di antara pembangkit listrik berikut ini, yang tidak memanfaatkan prinsip Hukum Faraday adalah... a. Panel surya b. Solar collector c. Pembangkit listrik tenaga angin d. Pembangkit listrik tenaga air e. Pembangkit listrik tenaga bioamassa
Kelas XII Semester 2 23 Bahan Ajar 12. Jika daya yang dihasilkan oleh suatu turbin angin dengan jari-jari sudu-sudu rotor R diketahui adalah P, maka daya dari turbin angin tersebut jika panjang jari-jari sudusudunya dinaikkan 20% dari semula adalah... a. 1,22 P d. 2,88 P b. 1,44 P e. 3,00 P c. 1,80 P 13. Energi air dapat digunakan untuk mengasilkan listrik. Berikut ini yang tidak termasuk fenomena energi air penghasil listrik adalah... a. Air terjun d. presipitasi b. Pasang-surut e. Tekanan osmosis c. Gelombang laut 14. Berikut ini yang merupakan persamaan untuk menghitung TSR pada turbin angin adalah... a. TSR = 2 d. TSR = 2 2 b. TSR = 2 e. TSR = 2 2 2 c. TSR = 2 15. Proses pembuatan biogas (metana) dari biomassa dapat dilakukan melalui proses... a. Trans-esterifikasi d. Anaerobic digestion b. Fotoemisivitas e. Radiasi termal c. Fermentasi
Kelas XII Semester 2 24 Bahan Ajar Masalah energi dan dampak lingkungan Saat ini, sektor energi telah menjadi bagian penting dalam kehidupan manusia. Masyarakat modern tidak bisa dipisahkan dari kebutuhan akan energi. Tahukah anda bawa energi yang saat ini digunakan masih didominasi oleh energi yang bersumber dari bahan bakar fosil? Kita dapat mengetahui bahwa bahan bakar fosil (minyak, batu bara, dan gas alam) merupakan sumber energi yang paling dominan. Dengan kata lain, masyarakat dunia saat ini mengalami ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Tahukah anda mengapa hal ini dapat terjadi? Jawaban dari pertanyaan ini akan anda peroleh dari uraian dalam subbab berikutnya. Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil yang saat ini terjdi tentu akan membuat sektor energi menghadapi berbagai masalah, di antaranya adalah masalah reliabilitas energi dan masalah lingkungan. Apakah yang dimaksud dengan masalah reliabilitas energi? Masalah lingkungan apakah yang ditimbulkan oleh ketergantungan terhadap bahan bakar fosil?
Kelas XII Semester 2 25 Bahan Ajar Sunardi, Paramitha Retno P, dan Andreas B Darmawan. 2016. Fisika Untuk Siswa SMA/MA Kelas XII. Bandung : Penerbit Yrama Widya http://anakcerdas.info/macam-mtacam-sumber-energi-dan-pemanfaatannya/ https://id.m.wikipedia.org/wiki/sumber_energi http://benergi.com/macam-macam-sumber-energi-terbarukan-dan-tak-terbarukan http://geogleweblight.com/?u=http://technologicallyours.blogspot.com/2016/01/dampakpenggunaan-sumber-daya-energi.html?m%3D1&hl=id-ID F Daftar Pustaka