BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Energi merupakan isu yang sangat krusial bagi masyarakat dunia, terutama semenjak terjadinya krisis minyak dunia pada awal dan akhir dekade 1970-an dan pada akhirnya ditutup dengan adanya krisis minyak yang terjadi baru-baru ini, dimana harga minyak melambung sampai dengan lebih dari $140/barel. Dengan kondisi tersebut, saat ini negaranegara di dunia berlomba untuk mencari dan memanfaatkan sumber energi alternaif untuk menjaga keamanan ketersediaan sumber energinya. Begitu juga Indonesia, untuk menjaga ketahanan sumber energinya, maka dikeluarkan keputusan presiden RI No. 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional, dimana salah satunya yaitu penggunaan sumber energi yang dapat diperbaharui seperti biofuel, energi matahari, energi angin, energi gelombang dan arus samudra, dan geotermal. Dalam bidang perkapalan, konsumsi pemakaian bahan bakar fosil cukup besar terutama sebagai bahan bakar untuk menggerakkan kapal. Dengan tingginya harga bahan bakar minyak sama sekali tidak menguntungkan industri pelayaran dan nelayan sebagai pengguna kapal bermotor. Penggunaan bahan bakar untuk kapal bermotor bukan saja tidak ekonomis lagi, akan tetapi juga tidaklah ramah dengan lingkungan. Kira-kira ada lebih dari 20 juta kapal bermotor di dunia, dan secara luas kapal tersebut telah membuang lebih dari 472,000 metric tons dari gas dan pembakaran minyak kedalam atmosfir [1]. Selain itu ada sekitar 236,000 metric ton dari gas dan minyak setiap harinya terbuang ke air disebabkan rendahnya efisiensi two-stroke motor yang digunakan pada kapal. Tipe motor two-stroke dapat bekerja karena adanya campuran minyak dan gas, yang mempunyai tingkat polusi delapan kali lebih berpolusi dibandingkan dengan mesin standar four-stroke engine [1]. Bagaimanapun juga, penggunaan bahan bakar fosil oleh kapal telah mencemari laut, karenanya pengembangan teknologi kapal yang ramah lingkungan tidak bisa ditunda lagi. Saat ini negara-negara maju banyak mengembangkan desain-desain kapal yang memanfaatkan sumber energi alternatif, seperti energi matahari dan angin.

2 Konsep pengembangan kapal yang ramah lingkungan bisa ditinjau dari tiga aspek yaitu pertama, aspek pengembangan energi alternatif yang menggantikan atau mengurangi fungsi bahan bakar fosil dalam menggerakan motor kapal; kedua, aspek pengembangan sistem penggerak kapal (motor dan baling-baling) yang tidak mencemari lingkungan laut; dan ketiga, pengembangan badan kapal yang bisa memperkecil pengaruh sapuan gelombang terhadap batas tepi perairan, memperkecil tahanan kapal dan memiliki olah gerak yang baik. Dalam rancang bangun kapal yang ramah lingkungan ketiga aspek tersebut menjadi bahan pertimbangan yang penting sekaligus menjadi fokus perhatian dalam merancang kapal angkutan barang yang ramah lingkungan, hemat bahan bakar dan berkinerja yang baik. Pada aspek pengembangan energi alternatif untuk penggerak kapal, telah dikenal secara luas pemanfaatan energi angin dan surya. Energi angin ini telah dimanfaatkan sejak dahulu sebelum ditemukannya motor kapal melalui penggunaan layar yang berfungsi menangkap angin dan kemudian merubahnya menjadi resultan gaya yang mampu mendorong kapal kedepan. Sekalipun penggunaan layar pada kapal telah ditinggalkan orang dewasa ini, namun seiring dengan melambungnya harga minyak dunia mendorong orang melihat ulang penggunaan layar dalam memanfaatkan energi angin yang tidak pernah habis ini untuk mendorong kapal. Penelitian tetang teknologi layar ini sebenarnya terus berjalan hingga sekarang dengan fokus perhatian pada pengembangan bentuk-bentuk layar yang efisien dalam menghasilkan resultan gaya, stabilitas kapal akibat pemasangan layar dan pengembangan mekanisme pengoperasian layar diatas geladak. Selain itu, energi surya sebagai sumber energi penggerak kapal juga sudah cukup lama dikembangkan yaitu sejak dikenalnya sel surya yang bisa mengubah energi panas matahari menjadi energi listrik. Pemanfaatan energi surya yang dikonversikan menjadi tenaga listrik dengan menggunakan Photovoltaic (Solar sel) ini dapat disimpan dalam battery sebagai sumber penggerak motor dan memutar propeller sehingga kapal dapat bergerak maju. Kapal yang bergerak dengan memanfaatkan energi surya ini umumnya dikenal dengan sebutan Solar Ship (Kapal Surya). Dalam perancangan Kapal Surya ada tiga aspek teknis yang menjadi pertimbangan agar kapal yang direncanakan memiliki kinerja yang baik. Ketiga aspek itu meliputi: pertama, perancangan sistim elektrik (listrik) yang menjamin ketersediaan energi listrik sebesar-besarnya; kedua, perancangan sistim mekanik yang 2

3 efisien untuk mentransmisikan energi elektrik yang ada menjadi energi yang menggerakkan motor kapal; dan ketiga, perancangan hidrodinamik yang menjamin bentuk badan kapal bertahanan kecil dan mampu ber-olah gerak dengan baik. Penentuan setiap aspek utama ini harus selalu memperhatikan dan memenuhi aspek lainnya, sehingga proses iterasi terus menerus harus dilakukan sampai didapatkan nilai optimasi yang diinginkan. Sebagai gambaran, perencanaan sistem elektrik haruslah menjamin ketersediaan energi listrik untuk menggerakkan motor kapal. Pada tahap berikutnya motor kapal yang akan ditentukan harus melihat sistem elektriknya dan bentuk badan kapal serta sistem propulsi yang ditentukan sebelumnya. Pengembangan teknologi surya sebagai pemasok energi kapal telah berkembang dengan pesat, dan akhir tahun 2008 Jepang telah meluncurkan kapal kargo bertenaga surya pertama di dunia. Kapal sepanjang 200 meter tersebut digunakan untuk mengangkut mobilmobil buatan Jepang. Auriga Leader (nama kapal kargo tenaga surya itu) merupakan hasil proyek gabungan Nippon Yusen K.K. sebuah perusahaan kapal dengan distributor minyak Jepang, Nippon Oil Corp. Kapal seberat ton itu mampu mengangkut sekitar mobil sekaligus. Sebelumnya telah ada kapal surya yang dibangun dalam berbagai jenis yang umumnya berukuran dan berkapasitas angkut kecil, seperti di Australian [2] dll. Sekalipunpun penelitian tentang kapal surya telah dimulai di Indonesia [3], namun penelitian yang masif tentang topik ini masih jauh tertinggal dibandingkan dengan pengembangan teknologi kapal surya oleh negara-negara maju. Konsep kapal layar yang memanfaatkan energi angin dan kapal surya yang memanfaatkan energi matahari memiliki karakteristik yang khusus dan masing-masing terdapat kelebihan dan kekurangannya. Kapal layar memiliki kelebihan yaitu mengurangi beaya operasional kapal dan ramah lingkungan, sedangkan kelemahannya yaitu pada kecepatan dan arah laju kapal layar yang sangat tergantung pada kondisi angin yang berhembus, dan pengoperasian layar yang tidak mudah. Kapal Surya memiliki kelebihan yang sama dengan kapal layar yaitu beaya operasional yang rendah, mudah pengoperasiannya, dan ramah lingkungan, sedangkan kelemahannya bahwa laju kapal surya ini sangat tergantung pada kondisi penyinaran matahari atau besarnya energi surya yang disimpan dalam battery. Melihat kelebihan dan kekurangan yang ada pada konsep kapal layar dan surya, muncul gagasan baru mengkombinasikan aplikasi teknologi layar dan sel surya secara bersamaan pada satu 3

4 kapal, dan konsep kapal ini dikenal dengan Kapal Hybrid. Secara prinsip konsep Kapal Hybrid adalah kapal bergerak akibat gaya dorong layar dan propeller yang bekerja secara bergantian atau bersamaan. Seperti ketika kapal beroperasi diwilayah pelabuhan/dermaga akan menggunakan teknologi surya, dan setelah kapal berada di laut lepas akan menggunakan teknologi layar. Begitu juga selama berlayar di laut lepas sel surya akan menyimpan energi matahari ke dalam bateray, dan ketika akan sandar di pelabuhan energi pada bateri tersebut yang akan menggerakkan motor kapal. Begitu juga halnya saat berlayar di laut bebas ketika kondisi angin tidak mendukung juga bisa memanfaatkan energi matahari. Bagian rumit dalam pengembangan kapal hybrid ini adalah pada perancangan aerodinamik layar, yaitu perancangan bentuk layar yang optimum dalam menghasilkan gaya pendorong layar, dan perancangan hidrodinamik yaitu perencangan bentuk badan kapal yang bertahanan kecil, dan ber-olah gerak yang baik. Perancangan sistem penggerak motor, baling-baling, transmisi dan sistem elektrik solar cell juga tidak kalah rumitnya. Banyak kapal yang mempunyai hampir sama sistem elektriknya, namun memiliki perbedaan kinerja yang disebabkan oleh karakteristik badan kapal dan sistem penggerak kapal. Dengan demikian gagasan perancangan Kapal Hybrid yang inovatif dengan maksud menghasilkan kapal yang hemat bahan bakar, ramah lingkungan dan berkinerja baik, merupakan usulan tentang konsep kapal masa depan. Secara garis besar, penelitian pengembangan kapal hybrid ini akan meliputi tiga aspek utama yaitu: pertama, aspek pengembangan bentuk layar yang menghasilkan daya dorong besar dan sederhana dalam pengoperasiannya; kedua, aspek pengembangan sistem elektrik (photovoltaic panel dan batteray) yang mencukupi kebutuhan sistem penggerak kapal (motor, transmission, steering dan propeller), dan ketiga, aspek pengembangan bentuk badan kapal yang bertahanan kecil, dan ber-olah gerak yang baik Perumusan dan Pembatasan Masalah Dari pemaparan pada latar belakang, maka permasalahan utama dalam pengembangan kapal hybrid bertenaga surya dan angin yang hemat bahan bakar, ramah lingkungan, dan berkinerja baik ini dapat dijelaskan sebagai berikut: 4

5 1. Merencanakan bentuk dan dimensi layar yang efisien dari sisi menghasilkan resultan gaya lift yang optimal dan gaya drag yang rendah. 2. Merencanakan sistem pembangkit listrik kapal dari tenaga surya yang mencukupi kebutuhan mesin bantu dan perlengkapan elektronik lainnya di kapal. 3. Merencanakan bentuk badan kapal yang memiliki tahanan kapal yang kecil, stabilitas yang baik dan kinerja olah gerak yang baik dalam rangka menjalankan fungsi sebagai kapal layar yang mengangkut muatan jenis kargo. 4. Menghitung dan mensimulasikan pengurangan kebutuhan bahan bakar fosil akibat penggunaan layar dan solar panel Tujuan Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mendapatkan konsep kapal barang dengan sumber energi penggerak alternatif yaitu matahari dan angin Relevansi Jurusan Teknik Perkapalan ITS dalam rangka mengembangkan penelitian di bidang teknologi perkapalan telah menetapkan empat bidang kajian utama atau penelitian yang meliputi topik Perancangan Kapal, Kontruksi Kapal, Industri Kapal, Hidrodinamika Kapal dan Transportasi Laut. Masing-masing topik utama tersebut memiliki sub-sub topik yang lebih rinci dan spesifik. Adapun tema umum dari penelitian Jurusan Perkapalan untuk tiga tahun terakhir ini adalah Pengembangan desain kapal nusantara yang memiliki keunggulan kinerja, ramah lingkungan, dan hemat bahan bakar. Pekerjaan desain kapal nusantara ini akan meliputi seluruh aspek yang ada dalam kapal, antara lain aspek desain badan kapal, kekuatan kontruksi kapal, perlengkapan kapal, keselamatan kapal, kenyamanan kapal, pembangunan kapal dan operasional kapal. Dan usulan penelitian ini merupakan salah satu pengembangan dari topik utama Target Luaran Kontribusi utama dari penelitian ini adalah prototipe kapal hybrid bertenaga surya dan angin untuk angkutan barang antar pulau di Indonesia. Dan secara spesifik penelitian ini 5

6 akan memberikan manfaat bagi dunia pendidikan, masyarakat pelayaran dan industri maritim antara lain: Pengembangan ilmu dan teknologi perkapalan khususnya dalam bidang perancangan dan rekayasa kapal hybrid bertenaga surya dan angin yang merupakan konsep kapal masa depan. Pengembangan teknik desain layar yang optimal dan perhitungan stabilitas kapal layar dapat dipakai sebagai acuan bagai perancang kapal dan industri galangan dalam merancang layar. Pengembangan prototipe layar yang merupakan hasil optimasi terhadap sekian bentuk yang ada, dapat diterapkan sebagai teknologi tepat guna para pengguna kapal layar. Pengembangan konsep kapal ramah lingkungan ini merupakan bentuk upaya pelestarian lingkungan laut dari bahaya polusi akibat limbah buangan minyak dan gas yang terbakar. Pengembangan konsep kapal yang hemat bahan bakar ini merupakan harapan kalangan industri pelayaran karena mapu mengurangi konsumsi bahan bakar fosil. Publikasi artikel ilmiah yang diterbitkan dalam jurnal terakreditasi nasional. Teknologi Tepat Guna berupa desain dan prototipe layar. 6