UTAMA INOVASI Vol.5/XVII/November 2005 Energi Nuklir dan Kebutuhan Energi Masa Depan (Era Renaisans Energi Nuklir dan Energi Nuklir Indonesia) Sidik Permana Research Laboratory for Nuclear Reactors, Tokyo Institute of Technology 2-12-1-N1-17, O-okayama, Meguro-ku, Tokyo 152-8550, Japan Phone/ Fax: +81-3-5734-2955, E-mail: 04d51469@nr.titech.ac.jp 1. Pendahuluan Pembangunan berkelanjutan dan kebutuhan akan energi merupakan sebuah isu global baik isu tentang konsumsi energi yang berkaitan dengan kebutuhan manusia dalam menjaga kelangsungan hidupnya maupun berkaitan dengan keterbatasan sumber daya alam dan efek dari penggunaan sumber energi tersebut. Berbagai kebijakan dan terobosan yang telah dilakukan guna menjaga keseimbangan antara supply energi dan demand masyarakat dunia secara berkelanjutan, sehingga menghasilkan sebuah kebijakan energi mix pada level global ataupun nasional yang tentunya mempertimbangkan aspek ekonomis dan dampak bagi lingkungan. Kebijakan yang diambil dalam memilih opsi penggunakan energi nuklir tidak hanya berkaitan secara teknologi yang establish, komersial, dan kompetitif secara market ekonomi, akan tetapi sudah menjadi sebuah kebijakan negara dan bahkan sudah menjadi sebuah kebijakan global tingkat dunia dalam penerapkannya. Image yang selama ini terbangun dari energi nuklir adalah nuklir identik dengan senjata dan peperangan seperti halnya bom Hiroshima dan Nagasaki, atau berhubungan kecelakaan dan radiasi nuklir seperti di Chernobyl (Ukraina) dan Three Mile Island (USA). Hal tersebut sudah tidak relevan lagi dengan perkembangan saat ini jika dijadikan sebagai bayangan yang suram dari penggunaan teknologi nuklir. Bahwa bahan bakar yang dipakai untuk senjata dan untuk sebuah reaktor itu bisa jadi sama yaitu berasal dari bahan nuklir, akan tetapi sangat berbeda antara senjata nuklir dengan sebuah reaktor, tidak hanya tujuan di bangunnya akan tetapi secara teknis teknologi dan pengembangannya pun berbeda. Energi nuklir yang dihasilkan di sebuah reaktor nuklir dimanfaatkan menjadi energi listrik yang bisa menjadi kontributor kompetitif dengan sumber energi listrik lainnya seperti batu bara, minyak, gas, air dan lainnya. Kebijakan energi mengharuskan pada bagaimana optimum energy mix itu tercapai dalam kebutuhan energi di sebuah negeri dan yang tidak kalah pentingnya adalah berkaitan dengan sumber daya alam dan SDM yang ada dan juga berbagai resiko yang akan terjadi dari berbagai sumber energi tersebut sebagai bahan pertimbangan. Kontribusi energi dari berbagai aspek menjadi sebuah keharusan yang perlu ditempuh sebagai partner startegis yang saling menguntungan dalam memenuhi kebutuhan energi masa depan yang ekonomis dan ramah lingkungan baik di tingkat global maupun nasional. 2. Populasi Penduduk dan Pemanfaatan Sumber Daya Alam 2.1 Populasi Penduduk. Pada tahun 1650, populasi dunia mencapai 0.5 milyar jiwa dan berkembang dengan laju mendekati 0.3 persen pertahun [7], dan di tahun 1950, populasi dunia menjadi 2.5 milyar orang, dan menjadi 3.6 milyar pada tahun 1970 dengan laju pertambahan 2.1 persen pertahun [7]. Pada tahun 2001, bumi yang cantik ini dihuni oleh 6 milyar orang dan berdasarkan medium projectnya United Nation Long-Range World Population Projections, populasi dunia akan bertambah menjadi 7.2 milyar pada tahun 2015, dan hampir 8 milyar jiwa pada tahun 2025 akan menjadi 9.3 milyar di tahun 2050 [8]. Persatuan Pelajar Indonesia (PPI) Jepang; Membuka untuk Indonesia dan Membuka Indonesia untuk
2.2 Pemanfaatan Sumber Daya Alam A. Sumber Daya Fosil Efek yang penting lainnya dari pertumbuhan penduduk dunia adalah penyusutan dengan cepat sumber daya alam non-renewable khususnya bahan bakar fosil. Seperti contohnya : minyak dengan kapasitas tersedia secara global adalah 1195 trilyun barrel, akan terpakai sampai 43 tahun. Batu bara, dengan cadangan global 1316 trilyun ton dan akan habis digunakan selama 231 tahun. Gas alam mempunyai cadangan global 144 trilyun m 3, dapat digunakan tidak lebih dari 62 tahun. Berhubungan dengan kontribusi dari keseluruhan sumber energi pada total konsumsi energi dunia, saat ini 87% untuk supply energi dan 63% untuk supply listrik berasal dari bahan bakar fosil. [4]. B. Pemanfaatan Bahan Bakar Nuklir Kontribusi energi nuklir terhadap pasokan energi sekitar 6 % dan pasokan listrik sekitar 17 %. Densitas energi nuklir sangat tinggi dikarenakan dalam 1 kg uranium dapat menghasilkan 50.000 kwh (3.500.000 kwh dengan beberapa proses) energi, sementara 1 kg batu bara dan 1 kg minyak dapat memhasilkan hanya 3 kwh dan 4 kwh. Kemudian pada sebuah reaktor berkekuatan 1000 MWe memerlukan : 2.600.000 ton batu bara (2000 kereta angkut dengan daya angkut 1.300 ton), atau 2,000,000 ton minyak bumi (10 supertanker), atau 30 ton uranium (dengan teras reaktor 10 m 3 ). Densitas energi bisa di ukur dengan areal lahan yang diperlukan per unit produksi energi. Fosil dan lahan reaktor nuklir membutuhkan 1-4 km 2. Lahan solar thermal atau photovoltaics (PV) memerlukan 20-50 km 2. Areal bahan dari sumber angin memerlukan 50-150 km 2. Biomass memerlukan 4.000 6.000 km 2 [4]. Dalam aspek investasi dan faktor ekonomis, sebuah reaktor nuklir dapat bersaing secara kompetitif dengan sumber energi lainnya, hal ini di tunjukan pada Gambar 1. Gambar 1. External Costs produksi listrik 3. Limbah Bahan Bakar Fosil dan Nuklir Pada Sebuah pembangkit listrik 1000 MWe dengan bahan fosil menghasilkan ribuan ton nitrous oxide(no x ), partikelpartikel dan abu logam berat, dan sampah padat berbahaya. Sekitar 500.000 ton produksi sulfur oxida (SO x ) dari batu bara, lebih dari 300.000 ton dari minyak bumi, dan 200.000 ton dari gas alam. Pada sebuah reaktor nuklir 1000 MWe tidak menghasilkan gas noxious atau polutan lainnya dan akan dihasilkan 3 % sampah hasil reaksi, yang sebagian besar adalah produk fisi. Sekitar 96% uranium yang tak terpakai dan menyisakan 1% plutonium. Teknologi daur ulang sudah dapat menjadikan bahan bekas menjadi bahan bakar yang baru dan menyisakan kurang dari 3% produk fisi dengan waktu paruh 100 sampai 1000 tahun dan beberapa minor actinida. Kemudian pertimbangan lainnya dalam berhubungan dengan bahan bakar fosil (minyak bumi, batu bara dan gas alam) adalah deteorientasi lingkungan dengan greenhouse dari gas keluaran. Karbon dioksida (CO 2 ), metana (CH 4 ) dan NOx adalah gas-gas utama yang meningkatkan efek greenhouse dari aktifitas manusia. Gambar 2 menunjukan pengaruh pemanfaatan air dan nuklir terhadap pengurangan produksi CO 2. Sejak perjanjian Kyoto (Kyoto protocol) ditandatangani yang berkaitan dengan pengurangan emisi gas buang CO 2 terutama yang menjadi faktor terjadinya pemanasan global karena efek rumah kaca yang ditimbulkannya. Persatuan Pelajar Indonesia (PPI) Jepang; Membuka untuk Indonesia dan Membuka Indonesia untuk
Gambar 2. Pengurangan gas emisi CO 2 dengan penggunaan energi Nuklir dan Air Gas buang tersebut berasal dari pemanfaatan bahan bakar fosil untuk keperluan energi saat ini. Reaktor nuklir telah berhasil mengurangi sampai 20% emisi CO 2 [OECD]. 4. Perkembangan Pembangkit Tenaga Nuklir (NPP, Nuclear Power Plant) Pada periode pertama penggunaan energi nuklir adalah untuk tujuan militer seperti hal nya sebuah reaktor pendorong kapal selam (submarine) [9] milik US Nautilus dan senjata mematikan seperti bom atom yang pernah di jatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki pada akhir perang dunia II. Pengembangan energi nuklir untuk tujuan sipil seperti reaktor nuklir untuk pembangkit daya dimulai secara intensif setelah konferensi Genewa On the peaceful uses of atomic energy yang di sponsori oleh UN (PBB) tahun 1955. Pada tulisan ini akan dijelaskan beberapa jenis reactor nuklir dalam skala komersial. Reaktor tersebut dikategorikan menjadi 2 jenis, yaitu reaktor nuklir dengan proses reaksi fisi yang diakibatkan oleh neutron thermal, reaktor ini disebut reaktor thermal, dan reaktor nuklir dengan proses fisi yang terjadi pada energi neutron yang tinggi (fast neutron), reaktor ini disebut (fast reactor) reaktor cepat. Reaktor cepat tidak memerlukan moderator, sementara reaktor thermal membutuhkan moderator untuk mengurangi energi neutron cepat menjadi neutron thermal. Tipe reaktor thermal yang ada banyak sekali, seperti reaktor berpendingin air ringan (light water moderated reactor atau LWR), reaktor berpendingin air berat (heavy water moderated reactor atau HWR), reaktor berpendingin gas (gas-cooled reactor), dan reaktor temperature tinggi berpendingin gas (high temperature gascooled reactor atau HTGR). Ada 2 tipe dari LWR yaitu presurrized water reactor (PWR) dan boiling water reactor (BWR). HWR untuk tujuan komersial ada 2 tipe utama, kadang kala di sebut pressurized heavy water reactor (PHWR) dan boiling light water reactors (BLWR). Reaktor Canadian Deuterium Uranium (CANDU) nya Canada termasuk didalammnya dua tipe itu dan untuk steam-generating heavy water reactor (SGHWR) ada di Inggris dengan versi jenis BLWR. Reaktor FUGEN Jepang bisa di kategorikan sebagai BLWR, sejak penggunaan moderator dari air berat (heavy water) dan pendinginnya air ringan (light water). Gas cooled-reactors termasuk Magnox gas cooled reactor (GCR) dan advanced gas cooled-reactor (AGR). Kelompok HTTR terdiri dari HTGR dengan bahan bakar uranium disebut HTR, dan HTGR dengan berbahan bakar uranium dan thorium (THTR). Jenis lainnya terdapat di rusia yaitu graphite moderated light water reactor (RBMK) [5,1]. Sejak tidak digunakannya moderator di reaktor jenis reaktor cepat yaitu fast breeder reactor (FBR), ukuran reaktor menjadi kecil, dengan laju transfer panas yang tinggi pada pendingin dengan logam cair (liquid metal) sebagai pendinginnya dan dengan peluang penggunaan gas helium bertekanan tinggi (high-pressure helium gas) [5,1]. Reaktor berjenis LWR(PWR dan BWR) memiliki kinerja yang baik, dari faktor ekonomis dalam reaktor komersial, reliable dan mempunyai sistem keamanan reactor yang cukup mapan. Di dunia sudah terdapat banyak reaktor nuklir dibangun dan telah lama beroperasi dengan berbagai tipe [1]. Pada tahun 2000, sekitar 60% (256 dari 438 unit) dari Pembangkit tenaga nuklir terdiri dari reaktor PWR. BWR terdapat 21 % (92 dari 438 unit) pembangkit tenaga nuklir dunia. Lebih detail, Jepang mempunyai 52 NPP (nuclear power plant) dalam operasi, 23 adalah reaktor berjenis PWR dan 28 unit berjenis BWR. USA mempunyai 104 NPP yang beroperasi, 69 unit NPP berjenis PWR dan 35 berjenis BWR. Perancis mempunyai 57 NPP dalam operasi, 56 adalah berjenis PWR. Berdasarkan informasi di atas terlihat bahwa LWR di dunia masih terdepan dalam abad ini. Persatuan Pelajar Indonesia (PPI) Jepang; Membuka untuk Indonesia dan Membuka Indonesia untuk
Beberapa negara yang mempunyai NPP telah memberikan kontribusi energi listrik bagi kebutuhan negaranya, yang tergambarkan pada Gambar 3. Gambar 3. Kontribusi energi nuklir terhadap energi nasional dibeberapa negara didunia Dalam hubungannya dengan cadangan global sumber alam, untuk cadangan global uranium diperkirakan sekitar 4.36 juta ton. Kalau mengadopsi skenario saat ini dari daur ulang bahan bakar nuclear (nuclear fuel cycle) Amerika Serikat (US), yaitu dengan sistem daur ulang once through, dimana setelah bahan bakar yang telah digunakan di reaktor, akan dibuang ke sebuah daerah pembuangan khusus, oleh karenanya apabila digunakan sistem ini maka penggunaan uranium ini hanya dapat seluruhnya digunakan sampai 72 tahun. Akan tetapi jika kita mengadopsi dengan mendaur ulang atau memproses ulang bahan bakar yang telah digunakan, dan dengan ditambah kontribusi FBR (Fast Breeder Reactor) dengan jumlah yang signifikan terhadap jumlah NPP di dunia, semua sisa uranium dapat menjadi supply energi untuk ribuan tahun. Kemudian juga diketahui terdapat 4 milyar ton uranium dalam konsentrasi rendah di lautan dan terdapat thorium sebanyak tiga kali jumlah uranium, dimana thorium ini bisa menjadi sumber bahan bakar nuklir yang lain di bumi ini. Oleh karena itu, energi nuklir dapat digunakan jutaan tahun. 5. Isu Global Teknologi Nuklir Terdapat 3 isu global tentang pemanfaatan energi nuklir dan kita sejak sekarang harus mulai memikirkannya, yaitu: isu mengenai Nuclear Safety atau keselamatan reaktor nuklir, nuclear nonproliferation atau pembatasan penggunaan bahan nuklir, dan radioactive waste management atau pengaturan sampah radioaktif. Untuk isu keselamatan reaktor nuklir, estimasi resiko pada kecelakaan reaktor yang beresiko tinggi menjadi resiko yang rendah dibandingkan dengan semua resiko pada kehidupan manusia umumnya. Kemajuan dalam keselamatan reaktor ini dapat diperoleh dengan usaha keras untuk mempertinggi dan pemeliharaan keselamatan reaktor, manajemen keselamatan dan sumber daya manusia. Nuclear non-proliferation yang berkaitan dengan pengaturan dan pembatasan penggunaan bakar nuklir harus dijamin tidak hanya pengukuran dan optimasi secara teknis tapi juga semua hal yang berkaitan dengan politik internacional [6]. Meskipun jumlah sampah radio aktif per unit produksi listrik dari NPP adalah relatif sangat kecil, toxic pada sampah radio aktif harus direduksi serendah mungkin, dalam rangka mendapatkan penerimaan publik secara lebih baik lagi dan mengurangi resiko dari serangan terror. 6. Fase Renaisans Energi Nuklir Kesadaran bersama akan pentingnya produksi energi yang berkesinambungan dengan bahan bakar yang terbaharukan serta ramah pada lingkungan merupakan tanggung jawab dan kebutuhan bersama. Energi nuklir pada gilirannya sudah mengalami fase regenerasi dari generasi I ke generasi ke II sampai Sekarang dan yang akan datang ke III dan ke IV. Berbagai inovasi telah dilakukan sehingga tidak hanya berkaitan pada level keamanan reaktor yang tinggi dan berlapis, manajemen sampah nuklir dan reprocessing, akan tetapi berkaitan dengan dapat digunakannya energi nuklir untuk berbagai kebutuhan lain seperti produksi hidrogen untuk kendaraan dan desalinasi air untuk kebutuhan sehari hari, hal ini bisa dilakukan dengan memanfaatkan kelebihan panas dari reaktor. Pilihan energi nuklir sebagai salah satu opsi energi yang bersih disadari oleh salah Persatuan Pelajar Indonesia (PPI) Jepang; Membuka untuk Indonesia dan Membuka Indonesia untuk
seorang pendiri organisasi lingkungan dunia greepeace Dr. Patrick Moore, PhD, dia sampaikan pandangannya tersebut dalam Congressional Subcommittee on Nuclear Energy - April 28, 2005: Nuclear energy is the only non-greenhouse gasemitting power source that can effectively replace fossil fuels and satisfy global demand. [3]. Pandangan Moore mensiratkan adanya sebuah kesadaran ahli lingkungan hidup akan kebutuhan energi yang bersih dan berkesinambungan dengan memilih opsi energi nuklir. Dua penghargaan nobel untuk IAEA sebuah organisasi energi nuklir dunia dan ketuanya Muhammad Al-Baradei pada bulan oktober 2005 juga merupakan babak baru bagi perhatian dunia terhadap energi nuklir untuk keperluan damai dan keperluan sipil. Beberapa factor di atas mengemuka dan menjadi fase baru renaissance bagi nuklir saat ini dan yang akan datang, hal tersebut juga terungkap dalam sebuah konferensi internasional di jepang GLOBAL 2005 Nuclear energy system for future generation and global sustainability yang dihadiri oleh 32 negara dan lebih dari 500 peserta. 7. Kebijakan Energi Nasional Konsep kebijakan energi mix nasional, dengan memasukan opsi energi nuklir terdapat dalam cetak biru energi nasional pada departemen energi Indonesia, guna memenuhi kebutuhan energi untuk pemenuhan listrik nasional dalam 1 dan 2 dasawarsa kedepan. Kebijakan energi mix untuk tahun 2025 masih di dominasi bahan baker fosil dengan komposisi batubara 32,7 %, Gas bumi 30.6%, minyak bumi 26.2%, PLTA 2.4%, panas bumi 3.8% dan lainnya 4.4%. Energi nuklir masuk pada komposisi lainnya dengan kontribusi 1.993% terhadap kebutuhan energi nasional seperti dijelaskan pada Gambar 4. Sebenarnya aplikasi energi nuklir dalam bidang lainnya sudah lama berkontribusi, seperti pada bidang kesehatan, pangan, dan industri. Akan tetapi aplikasi energi nuklir dalam memenuhi kebutuhan listrik nasional baru dapat di adopsi dengan tahapan pembangunan tersebut. Gambar 4. Kebijakan energi mix Nasional 2025: Skenario optimalisasi Tahapan pembangunan dibagi pada 2 periode. Rencana pembangunan awal 2 reaktor dengan daya 1000 MWe dan 2000 MWe mulai beroperasi 2016 dan 2017. Periode kedua dengan 2 reaktor dengan daya 3000 MWe dan 4000 MWe dengan rencana operasi mulai 2023 dan 2024. Total daya yang diinginkan 10 GWe dengan harga per kwh < 4 cus$[2]. 8. Daftar Pustaka [1] ANS, 2001, World list of nuclear power plants, Nuclear News, March 2001. [2] Departemen Energi dan Sumberdaya Mineral, 2005, Blue print pengelolaan energi nasional 2005-2025, Departemen Energi dan Sumberdaya Mineral (www.esdm.go.id). [3]http://www.greenspiritstrategies.com/D1 27.cfm [4] IAEA, 1997, Sustainable Development and Nuclear Power, IAEA, Vienna. [5] Marshall, W., Nuclear Power Technology, 1983, Vol. 1, Reactor Technology, Clarendon Press, Oxford. [6] Matsuura, S., 199, Future Perspective of Nuclear Energy in Japan and the OMEGA Program, Nucl. Phys. A654, 417c. [7] Meadows, D.H.,et. al., 1972, The Limits to Growth, New American Library, New York. [8] United Nation, 1998, World Population Projections:United Nations, New York, ESA/P/WP.xxx. [9] West, J.M. and W.K. Davis, 2001, The creation and beyond: Evolutions in US nuclear power development, Nuclear News, June 2001. Persatuan Pelajar Indonesia (PPI) Jepang; Membuka untuk Indonesia dan Membuka Indonesia untuk