ENERGI NUKLIR SBAGAI PASOKAN ALTERNATIF DI DUNIA

Dalam benak kita, nuklir sangat identik dengan senjata pemusnah massal layaknya bom atom, atau bahaya radiasi akibat kecelakaan instalasi seperti yang terjadi di Chernobyl (Ukraina) dan Three Mile Island, AS. Kini, hal tersebut sudah tidak relevan lagi.

Energi nuklir merupakan hasil dari reaksi fisi yang terjadi pada inti atom. Dewasa ini, reaksi inti yang banyak digunakan oleh manusia untuk menghasilkan energi nuklir adalah reaksi yang terjadi antara partikel dengan inti atom yang digolongkan dalam kelompok heavy atom seperti aktinida.

Berbeda dengan reaksi kimia biasa yang hanya mengubah komposisi molekul setiap unsurnya dan tidak mengubah struktur dasar unsur penyusun molekulnya, pada reaksi inti atom atau reaksi fisi, terjadi perubahan struktur inti atom menjadi unsur atom yang sama sekali berbeda.

Pada umumnya, pembangkitan energi nuklir yang ada saat ini memanfaatkan reaksi inti antara neutron dengan isotop uranium-235 (²³⁵U) atau menggunakan isotop plutonium-239 (²³⁹Pu). Hanya neutron dengan energi berkisar 0,025 eV atau sebanding dengan neutron berkecepatan 2200 m/ detik akan memiliki probabilitas yang sangat besar untuk bereaksi fisi dengan ²³⁵U atau dengan ²³⁹Pu.

Neutron meripakan produk fisi yang memiliki energi dalam kisaran 2 MeV. Agar neutron tersebut dapat beraksi fisi dengan uranium ataupun plutonium diperlukan suatu media untuk menurunkan energi neutron ke kisaran 0,025 eV, media ini dinamakan moderator. Neutron yang melewati moderator akan mendisipasikan energi yang dimilikinya kepada moderator, setelah neutron berinteraksi dengan atom-atom moderator, energi neutron akan berkisar pada 0,025 eV.

Reaksi fisi

Secara garis besar reaksi fisi yang terjadi antara neutron dengan isotop uranium (²³⁵U) dalam reaktor nuklir dapat digambarkan sebagai berikut. Neutron dengan energi berkisar 0,025 eV akan bereaksi dengan atom ²³⁵U menjadi ²³⁶U yang sangat tidak stabil, kemudian dalam waktu sangat singkat ²³⁶U pecah (fision) menjadi dua buah produk fisi X1 dan X2 serta 2 atau 3 buah neutron dan energi. Reaksi ini dapat dirumuskan sebagai berikut;

N + 235U→236U→X1 + X2 + (2 atau 3) n + E

Energi dari reaksi fisi (E) sebagian besar akan dibawa oleh produk fisi dalam bentuk energi kinetik yang terdeposisikan di dalam medium bahan bakar nuklir dalam bentuk panas akibat pergerakan produk fisi. Energi panas ini kemudian diambil untuk pembangkitan energi listrik pada sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Pengambilan panas dari inti reaktor bisa dengan mempergunakan media air, seperti yang umum dipergunakan pada PLTN saat ini.

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Pada prinsipnya sistem kerja pembangkit listrik tenaga nuklir atau PLTN tidak ubahnya seperti prinsip kerja dari sebuah pembangkit listrik yang memanfaatkan panas sebagai pembangkit uap. Uap air yang bertekanan tinggi digunakan untuk menggerakkan turbin, kemudian turbin menggerakkan generator, dan generator menghasilkan listrik.

Perbedaan utama antara PLTN dengan pembangkit listrik tenaga konvensional adalah terletak pada pemanfaatan bahan bakar yang digunakan untuk menguapkan air. Pada pembangkit listrik konvensinal untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar berupa minyak, gas alam, ataupun batubara (energi fosil). Sementara pada PLTN menggunakan uranium ataupun plutonium yang direaksikan dengan neutron dalam sebuah reaksi fisi yang akan menghasilkan panas untuk kemudian membangkitkan uap bertekanan tinggi guna memutar turbin.

Menurut data yang dilansir oleh Badan Atom Nasional (BATAN), pada situsnya, disebutkan bahwa pada 2002 di seluruh dunia jumlah pembangkit listrik tenaga nuklir yang telah dioperasikan mencapai angka 438 unit dengan kapasitas listriknya sebesar 353.298 MWe. Sementara terdapat 32 unit berkapasitas hingga 28.438 MWe dalam proses konstruksi.

Jenis reaktor nuklir

Pengembangan energi nuklir untuk tujuan sipil seperti reaktor nuklir untuk pembangkit daya listrik dimulai secara intensif setelah konferensi Genewa bertajuk "On the peaceful uses of atomic energy" yang di sponsori oleh PBB tahun 1955.

Terdapat beberapa jenis reaktor nuklir dalam skala komersial. Reaktor tersebut dikategorikan menjadi 2 jenis, yaitu reaktor nuklir dengan proses reaksi fisi yang diakibatkan oleh neutron thermal yang kemudian disebut dengan thermal reactor, dan reaktor nuklir dengan proses fisi yang terjadi pada energi neutron yang tinggi (fast neutron) disebut reaktor cepat (fast reactor).

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 temperatur tinggi berpendingin gas (high temperature gas-cooled reactor atau HTGR).

Light water moderator reactor terbagi dalam dua tipe, yaitu presurrized water reactor (PWR) dan boiling water reactor (BWR). Sementara itu heavy water moderated reactor (HWR) untuk tujuan komersial terdapat dua tipe utama, tipe pertama dalah pressurized heavy water reactor (PHWR) dan tipe keduanya adalah boiling light water reactors (BLWR). Reaktor Canadian Deuterium Uranium (CANDU), reaktor nuklir yang dikembangkan oleh Kanada dengan mempergunakan air berat (D₂O) sebagai moderator termasuk di dalam kedua tipe ini. Sistem steam-generating heavy water reactor (SGHWR) dapat dijumpai pada reaktor nuklir di Inggris dengan versi jenis BLWR. Reaktor FUGEN Jepang bisa dikategorikan sebagai BLWR sejak dipergunakannya air berat (heavy water) sebagai moderator dan air ringan (light water) sebagai pendinginnya.

Yang tergolong dalam gas cooled reactors adalah 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). Reaktor jenis satu ini tidak menggunakan moderator pada reaktor cepat atau fast breeder reactor (FBR), sehingga ukuran reaktor menjadi lebih kecil, dengan laju transfer panas yang tinggi. Sebagai pendinginnya digunakan logam cair (liquid metal) dan gas helium bertekanan tinggi (high-pressure helium gas).

Pertumbuhan penduduk dan cadangan energi global

Pada 2001, bumi yang sudah sangat tua ini dihuni oleh 6 milyar orang. Berdasarkan data dari United Nation Long-Range World Population Projections, populasi dunia pada 2015 akan bertambah menjadi 7.2 milyar, pada 2025 naik menjadi hampir 8 milyar jiwa dan akan menjadi 9.3 milyar di tahun 2050.

Pertumbuhan penduduk dunia yang cepat ini akan berakibat pada penyusutan sumber daya alam tak terbarukan secara cepat pula. Hal ini disebabkan pemenuhan kebutuhan energi dunia, di mana kebutuhan energi primer global mencapai 87% dan energi listrik sebesar 63%, berasal dari bahan bakar fosil. Oleh karenanya minyak bumi dengan kapasitas yang tersedia secara global sebesar 1.195 triliun barel, dapat digunakan hingga 43 tahun. Batu bara, dengan cadangan global 1316 triliun ton akan habis digunakan selama 231 tahun. Sementara gas alam mempunyai cadangan global 144 triliun m³, dapat digunakan tidak lebih dari 62 tahun.

Cadangan global uranium diperkirakan sekitar 4.36 juta ton. Dalam reaktor nuklir, bahan bakar nuklir yang sudah dipergunakan dapat didaur ulang, jika hal ini dilakukan pada pembangkit listrik tenaga nuklir di dunia, semua sisa uranium dapat menjadi suplai energi untuk ribuan tahun. Selaian itu di dunia juga diketahui terdapat 4 miliar ton uranium dalam konsentrasi rendah di lautan dan terdapat thorium, zat lain yang dapat dipergunakan sebagai bahan bakar nuklir, sebanyak tiga kali jumlah uranium. Oleh karenanya energi nuklir dapat digunakan jutaan tahun.

Perbandingan energi

Densitas energi nuklir sangat tinggi, lebih tinggi dibandingkan dengan batu bara ataupun minyak bumi. Sebagai ilustrasi, dalam 1 kg uranium dapat menghasilkan energi listrik sebesar 50.000 kWh bahkan dengan proses lebih lanjut dapat mencapai 3.500.000 kWh. Sementara 1 kg batu bara dan 1 kg minyak bumi hanya dapat menghasilkan energi sebesar 3 kWh dan 4 kWh.

Pada sebuah pembangkit listrik non-nuklir berkapasitas 1000 MWe diperlukan 2.600.000 ton batu bara atau 2,000,000 ton minyak bumi sebagai bahan bakarnya. Sementara pada pembangkit listrik tenaga nuklir dengan kapasitas listrik yang sama hanya memerlukan 30 ton uranium dengan teras reaktor 10 m³, sebagai bahan bakarnya. Saat ini, kontribusi energi nuklir terhadap pasokan kebutuhan energi primer dunia sekitar 6% dan pasokan kebutuhan energi listrik global sekitar 17%.

Bayangan akan Bom Atom dan kecelakaan radiasi nuklir sudah selayaknya dibuang jauh-jauh dan dijadikan sebuah pelajaran berharga dalam penggunaan energi nuklir, tidak lagi dijadikan momok yang dapat menghambat pemanfaatan energi nuklir sebagai alternatif pasokan kebutuhan energi listrik dunia. (Anang/ dari berbagai sumber)