BAB III
PENGKAJIAN SISTEM
3.1 Sejarah Dan Perkembangan Kompor
Kompor (dari bahasa Belanda: komfoor) adalah alat masak yang menghasilkan panas tinggi. Kompor mempunyai ruang tertutup / terisolasi dari luar sebagai tempat bahan bakar diproses untuk memberikan pemanasan bagi barang-barang yang diletakkan di atasnya. Kompor diperkenalkan sejak masa kolonial, sehingga menggunakan bahan bakar cair (terutama minyak tanah atau spiritus bakar), gas (dalam bentuk padatan cair LPG atau lewat pipa saluran), atau elemen pemanas (dengan daya listrik). Kompor biasanya diletakkan di dapur atau laboratorium.
Alat pemanas dengan fungsi serupa kompor tetapi menggunakan bahan bakar padat seperti arang atau batu bara dengan ruang pemanas terbuka di Indonesia disebut anglo. Di laboratorium, kompor (umumnya dengan elemen pemanas) biasanya digunakan untuk memanaskan bahan yang diuji dalam percobaan.
3.1.1 Perkembangan Kompor 1. Tungku Api
Penggunaan Tungku pertama kali adalah sebagai alat untuk memasak.
Namun, kebanyakan tungku dibuat sedemikian rupa sehingga api atau panasyang terbentuk tidak terlalu membahayakan pengguna.Tungku api sudah ada di China sejak jaman Dinasti Qin (221-206/207 SM) dan terbuat dari tanah liat. Desainnya mirip dengan kamado di Jepang pada periode Kerajaan Kofun di abad3 sampai 6. Kamado sendiri mempunyai bentuk kotak persegi yang mengurung api dengan lubang di atasnya untuk menaruh panci, dan mempunyai tinggi sekitar lutut orang dewasa. Bahan bakarnya kayu atau batubara yang dimasukkan dari lubang di bagian depan. Kamado berKembang dan terus digunakan hingga periode Kerajaan Edo (1603-1867). Kelebihan tungku api dapat dilihat dari segi biaya, tungku merupakan alternatif yang ekonomis, Akan tetapi kekurangnya masih sangat banyak, seperti; tidak bisa
mengontrolfrekuensi api, api tidak menyebar dengan rata, asap yang ditimbulkan lebih banyak, dan mengakibatkan polusi udara. Asapnya juga bisa menyebabkan dapur pengap dan menghitam.
2. Kompor minyak
Kompor minyak tanah portable pertama kali dikenalkan tahun 1849 oleh Alexis Soyer. Kompor ini bertekanan udara yang dicampur dengan minyak tanah (mirip dengan kompo pedagang kaki lima jaman dulu).
Sedangkan kompor yang lainnya adalah kompor Minyak tanah yang tidak bertekanan karena menggunkan sumbu kompor. Namun tidak diketahui secara pasti kapan kompor ini ditemukan. Penggunaan kompor berbahan bakar minyak tanah pada saat itu dinilai jauh lebih baik karna mengurangi asap tungku yang dapat membahayakan kesehatan. Kompor minyak tanah mempunyai ruang penampungan minyak tanah di bagian dasar, jari-jari sumbu kompor di bagian tengah, dan dudukan di bagian atas untuk meletakkan alat masak. Dalam sejarah perkembangannya, kompor minyak tanah dilengkapi pengatur api/sumbu dan indikator penunjuk jumlah minyak tanah. Pada umumnya, kompor minyak buatan rumah tangga (buatan sederhana) terdiri beberapa bagian yaitu tabung, sumbu, tempat sumbu, sarangan, tarikan, dan badan kompor. Tabung minyak berada di bagian bawah, tempat menyimpan minyak tanah sebagai sumberenergi. Tabung minyak disambungkan dengan tempat sumbu di bagian atasnya, yang bisa dibukadan ditutup. Di bagianini ada lubang kecil tempat menuangkan minyak tanah ke dalam tabung.
Tempat sumbu terdiri dari belasan lubang kecil melingkar dan menjulang ke atas setinggi sekitar10 cm. Tempat sumbu inilah sebagai tempat untuk menempatkan sumbu-sumbu hingga menyentuh minyak tanah yang berada di tabung minyak. Sementara sumbu bagian atas disembulkan sedikit sebagai tempat nyala api. Sumbu-sumbu di bagian atas dikelilingi oleh sarangan, agar nyala api stabil dan tidak kena angin.Lalu, sarangan terdiri dari 3 buah, di bagian dalam dan tengah, keduanya mengapitsumbu api. Kedua sarangan ini dibuat berlubang-lubang kecil memenuhi semua bidang yangmelingkar. Tujuannya untuk sirkulasi api dan agar warna api bisa biru sehingga tidak menimbulkan jelaga pada
panci dan sejenisnya. Sarangan bagian luar dibuat tertutup rapat, tidak berlubang dan biasanya lapisan aluminium lebih tebal daripada kedua sarangan yang berlubang.Tarikan berfungsi untuk membesarkan atau mengecilkan api. Jika ditarik ke atas, api akan membesar, jika ditarik ke bawah, api akan mengecil. Tarikan ini dihubungkan dengan lempengan tempat sumbu yang berada di tabung minyak. Badan kompor, biasanya menghubungkansemua bagian itu mulai dari kaki hingga atas tempat menaruh barang untuk memasak ( ceret , panci , wajan atau sejenisnya).
3. Kompor Gas
Kompor macam ini, telah muncul setelah kompor gas telah diperkenalkan. Pada 20 September 1859, George B. Simpson di Washington DC, Amerika Serikat mematenkan kompor listrik yang menggunkan pemanas dari kumparan. Prinsipnya, energi listrik diubah menjadi energi panas lewat kumparan.
Seiring perkembangan jaman, di tahun 1970 muncul ide untuk menggantikan kumparan kawat dengan glass-caramic, sehingga kompor termuktahir saat ini tidak berbau, berasap, dan ringkas. Di Indonesia sudah banyak digunakan namun hanya kalangan atas, dikarenakan harganya yang relatif mahal. Fase-Fase Proses Teknik dan Tingkatan Teknologi pada Perkembangan Kompor Dalam iptek, telah dijelaskan pada pembahasan sebelumnya materi tentang fase-fase dan tingkatan teknologi penerapannya. Dalam tingkat teknologi, kompor digolongkan pada teknologi tinggi yaitu suatu jenis teknologi mutakhir yang berkembang dari hasil penerapan ilmu pengetahuan baru dengan seiringnya waktu dan perkembangan yang canggih. Perkembangan kompor telah mencakup semua fase-fase prosesteknik kecuali Fase teknik konstruktif, yaitu : Fase teknik destruktif. Dimana manusia dalam memenuhi kebutuhan mengambil langsung dari alam tanpa usaha untuk mengembalikannya ke alam . Seperti contoh memasak dengan kayu bakar, perapian susun batu, dan kompor gas. Pada hal ini kompor sangat di butuhkan dikalangan semua masyarakat mulai dari menengah sampai kalangan atas. Di karenakan kompor adalah alat pemenuhan kebetuhan manusia. Kompor juga dapat mempermudah manusia dalam mengolah makanan. Contohnya dengan cara masak atau pun yang
lainnya . maka dari itu kompor sangatlah penting bagi semua manusia. Kompor di masa yang akan mungkin akan segera di gantikan dengan hal yang lainnya seperti yang sekarang ini sudah ada alat alat pengganti kompor diantaranya oven, magig com, dan masih banyak lagi. Alat ini diciptakan sebagai pengganti kompor karena terdapat kelebihan kelebihan tertentu, dan lebih irit. Manusa semakin lama semakin pintar dalam menciptakan alat alat yang dapat mempermudah kebutuhan seperti halnya menciptkan alat alat tersebut.
Gambar 3.1 Kompor Gas Sumber: Data Penelitian, 2020
Sekarang ini sudah terdapat temuan terbaru yaitu dengan adanya kompor listrik. Kompor listrik inimempunyai klebihan dari kompor yang lainnya. Pada masa yang akan mendatang mungkinkompor gas akan menjadi tidak ada dan digantikan dengan kompor listrik ini. Yang tidak menggunakan bahan alam. Seperti gas alam. Maka dari itu produk kompor gas akan kalah dengan kompor listrik.
Gambar 3.2 Kompor Listrik Sumber: Data Penelitian, 2020
3.1.2 Sejarah Kompor
Di China sejak jaman Dinasti Qin (221-206/207 SM), para warga disana memasak dengan menggunakan tungku api yang terbuat dari tanah liat. Desainnya mirip dengan kamado di Jepang pada periode Kerajaan Kofun di abad 3 sampai 6.
Kamado sendiri mempunyai bentuk kotak persegi yang mengurung api dengan lubang di atasnya untuk menaruh panci, dan mempunyai tinggi sekitar lutut orang dewasa. Bahan bakarnya kayu atau batubara yang dimasukkan dari lubang di bagian depan. Kamado berkembang dan terus digunakan hingga periode Kerajaan Edo (1603-1867).
Pada abad pertengahan, warga Eropa masih memasak secara terbuka dengan kayu bakar. Selanjutnya berkembang dengan membuat lantai yang lebih rendah untuk memasak. Lalu dikenal dengan menggunakan perapian dari susunan batu. Perapian kemudian dibuat setinggi pinggang dilengkapi cerobong asap.
Dengan cara ini memasak bisa dilakuakan sambil berdiri. Panci memasak tersebut diletakkan persis di atas api, digantung dengan tiang atau kaki tiga. Untuk mengatur panas tinggal menaikkan atau menurunkan posisi panci.
Selanjutnya adalah kompor minyak tanah portabel yang pertama kali dikenalkan oleh Alexis Soyer pada 1849. Kompor ini bertekanan udara yang dicampur dengan minyak tanah. Sedangkan kompor yang lainnya adalah kompor minyak tanah yang tidak bertekanan karena menggunkan sumbu kompor.
Selanjutnya adalah Kompor gas yang pertama kali dibuat pada tahun 1820, namun masih dalam bentuk eksperimen dan bersifat rahasia. Baru benar-benar muncul pertama kali pada World Fair di London tahun 1851. Mulai tahun 1880 kompor gas semakin dikenal masyarakat luas dan berkembang secara komersial, walaupun agak terhambat karena pertumbuhan jaringan pipa yang lamban.
Pada 20 September 1859, George B. Simpson di Washington DC, Amerika Serikat mematenkan kompor listrik yang menggunkan pemanas dari kumparan. Prinsipnya, energi listrik diubah menjadi energi panas lewat kumparan.
Seiring perkembangan jaman, di tahun 1970 muncul ide untuk menggantikan kumparan kawat dengan glass-caramic, sehingga kompor termuktahir saat ini tidak berbau, berasap, dan ringkas.
3.2 Sejarah Perkembangan Konversi Energy Periode II
3.2.1 Sejarah Penemuan system energi elektrokimia
Investigasi ilmiah mengenai kelistrikan dimulai ketika Tn Luigi Galvani (1737-1798) serta Tn.Alessandro di Volta (1745-1827) aktif melakukan temuan temuan penting. Kedua nama ini , sampai detik ini masih digunakan di dunia teknik kelistrikan , istilah “Galvanic cell” dan “Volt” .masih sering kita dengar.
Temuan temuan penting hasil eksperimen keduanya antara lain :
1) Tahun 1789 Galvani menemukan adanya fenomena elektrokima kelistrikan.
Volta membangun sumber energi listrik pertama secara elektrokimia , dunia ilmu pengetahuan kemudian mengenal satuan “Volt” sebagai besaran untuk mengukur tegangan istrik.
2) Tahun 1802 Johann Wilhem Ritter menciptakan battery yang pertama yang dinamakan “Ritter Pile”. Semenjak itulah berbagai temuan dan development berkembang pesat seiring dengan temuan bola lampu oleh Thomas Alfa Edison dan diperkenalkannya Dynamo diberbagai peralatan yang ditemukan sesudah Revolusi Industri di Inggris pada akhir abad ke 19.
3) Produksi “LEAD Battery” pertama dipatenkan oleh Faur pada tahun 1880 disusul oleh Jungner dan Edison tahun 1899 dan 1901 dengan menggunakan nikel-cadmium dan diproduksi masal tidak lama kemudian.
Masih banyak penemuan lain yang mengembangkan sistem elektro-kimia penyimpan listrik dan terus mengalami penyempurnaan.
4) Awal abad ke 19 penggunaan sistem elektro kimia berbasis Lead-acid digunakan secara besar besaran dan terus mengalami penyempurnaan- penyempurnaan namun teknologi dasar nya tetap tidak berubah hingga kini yaitu : elektrokimia dengan basic LEAD (Pb + PbO2) bereaksi dengan elektrolit asam sulfat ( H2SO4).
3.2.2 Penemuan Turbin Uap
Penggunaan turbin uap untuk keperluan industri merupakan pilihan yang cukup menguntungkan karena mempunyai efisiensi yang relatif tinggi dan bahan bakar yang digunakan untuk pembangkitan uap dapat bervariasi. Penggunaan
turbin uap yang paling banyak adalah untuk mesin pembangkitan tenaga listrik.
Sumber uap panas sebagai fluida yang mempunyai energi potensial tinggi berasal dari sistem pembangkit uap (boiler) atau dari sumber uap panas geotermal.
Adapun definisi turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik kemudian energi kinetik tersebut diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Poros turbin dihubungkan dengan yang digerakkan, yaitu generator atau peralatan mesin lainnya, menggunakan mekanisme transmisi roda gigi. Berdasarkan definisi tersebut maka turbin uap termasuk mesin rotari. Jadi berbeda dengan motor bakar yang merupakan mesin bolak-balik (reciprocating).
Dalam sejarah, mesin uap pertama kali dibuat oleh Hero dari Alexandria, yaitu sebuah prototipe turbin uap primitif yang bekerja menggunakan prisip reaksi. Gambar 15.1 menunjukkan turbin uap Hero dimana tubin ini terdiri dari sumber kalor, bejana yang diisi dengan air dan pipa tegak yang menyangga bola dimana pada bola terdapat dua nosel uap. Proses kerjanya adalah sebagai berikut, sumber kalor akan memanasi air di dalam bejana sampai air menguap, lalu uap tersebut mengalir melewati pipa tegak masuk ke bola. Uap tersebut terkumpul di dalam bola, kemudian melalui nosel menyembur ke luar, karena semburan tersebut, bola mejadi berputar.
Selanjutnya setelah penemuan Hero, beberapa abad kemudian dikembangkan turbin uap oleh beberapa orang yang berusaha memanfaatkan uap sebagai sumber energi untuk peralatan mereka. Thomas Savery (1650-1715) adalah orang Inggris yang membuat mesin uap bolak-balik pertama, mesin ini tidak populer karena mesin sering meledak dan sangat boros uap. Untuk memperbaiki kinerja dari mesin Savery, Denis Papin (1647-1712) membuat katup-katup pengaman dan mengemukakan gagasan untuk memisahkan uap air dan air dengan menggunakan torak.
Gagasan Papin direspons oleh Thomas Newcomen ( 1663-1729) yang merancang dan membangun mesin menggunakan torak. Prinsip kerja yaitu uap tekanan rendah dimasukan ke silinder dan menekan torak sehingga bergerak ke atas. Selanjutnya, silinder disemprot air sehingga terjadi kondensasi uap, tekanan
menjadi turun dan vakum. Karena tekanan atmosfer dari luar torak turun maka terjadi langkah kerja. Perkembangan mesin uap selanjutnya adalah mesin uap yang dikembangkan oleh James Watt. Selama kurang lebih 20 tahun ia mengembangkan dan memperbaiki kinerja dari mesin Newcomen. Gagasan James Watt yang paling penting adalah mengkonversi gerak bolak-balik menjadi geraka putar (1781). Mesin tersebut kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Corliss (1817-1888), yaitu dengan mengembangkan katup masuk yang menutup cepat, untuk mencegah pencekikan katup pada waktu menutup. Mesin Corliss menghemat penggunaan bahan bakar batu bara separo dari batu bara yang digunakan mesin uap James watt.
Kemudian Stumpf (1863) mengembangkan mesin uniflow yang dirancang untuk mengurangi susut kondensasi. Mesin uap yang dibuat paling besar pada abad 18 adalah menghasikan daya 5 MW, pada waktu itu dianggap raksasa, karena tidak adal agi mesin yang lebih besar. Seiring dengan kebutuhan tenaga listrik yang besar, kemudian banyak pengembangan untuk membuat mesin yang lebih efisien yang berdaya besar.
Mesin uap bolak-balik memiliki banyak keterbatasan, antara lain mekanismenya terlalu rumit karena banyak penggunaan katup-katup dan juga mekanisme pengubah gerak bolak-balik menjadi putaran. Maka untuk memenuhi tuntutan kepraktisan mesin uap dengan efisiensi berdaya lebih besar, dikembangkan mesin uap rotari. Mesin uap rotari komponen utamanya berupa poros yang bergerak memutar. Model konversi energi potensial uap tidak menggunakan torak lagi, tetapi menggunakan sudu-sudu turbin.
Gustav de Laval (1845-1913) dari Swedia dan Charles Parson (1854- 1930) dari Inggris adalah dua penemu awal dari dasar turbin uap modern. De laval pada mulanya mengembangkan turbin rekasi kecil berkecepatan tinggi, namun menganggapnya tidak praktis dan kemudian mengembangkan turbin impuls satu tahap yang andal, dan namanya digunakan untuk nama turbin jenis impuls.
Berbeda dengan De laval, Parson mengembang turbin rekasi tingkat banyak, turbinnya dipakai pertama kali pada kapal laut.
Disamping para penemu di atas, penemu-penemu lainnya saling melengkapi dan memperbaiki kinerja dari turbin uap. Rateau dari Prancis mengembangkan turbin impuls tingkat banyak, dan C.G. Curtis dari Amerika Serikat mengembangkan tubin impuls gabungan kecepatan. Selanjutnya, penggunaan turbin uap meluas dan praktis menggantikan mesin uap bolak-balik, dengan banyak keuntungan. Penggunaan uap panas lanjut yang meningkatkan efisiensi sehingga turbin uap berdaya besar (1000 MW, 3600 rpm, 60 Hz) banyak dibangun.
Periode III-IV
3.2.3 Sejarah Penemuan Energi Termoelektrik
Teknologi termoelektrik bekerja dengan mengonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Untuk menghasilkan listrik, material termoelektrik cukup diletakkan sedemikian rupa dalam rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin. Dari rangkaian itu akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang dipakai.
Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak.
Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck.
Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.
Setelah itu, perkembangan termoelektrik tidak diketahui dengan jelas sampai kemudian dilanjutkan oleh WW Coblenz pada tahun 1913 yang menggunakan tembaga dan constantan (campuran nikel dan tembaga). Dengan efisiensi konversi sebesar 0,008 persen, sistem yang dibuatnya itu berhasil membangkitkan listrik sebesar 0,6 mW.
AF Ioffe melanjutkan lagi dengan bahan-bahan semikonduktor dari golongan II-V, IV-VI, V-VI yang saat itu mulai berkembang. Hasilnya cukup mengejutkan, di mana efisiensinya meningkat menjadi 4 persen. Ioffe melakukan satu lompatan besar di mana ia berhasil menyempurnakan teori yang berhubungan dengan material termoelektrik. Teori itu dibukukan tahun 1956 yang kemudian menjadi rujukan para peneliti hingga saat ini.
Penelitian termoelektrik muncul kembali tahun 1990-an setelah sempat menghilang hampir lima dasawarsa karena efisiensi konversi yang tidak bertambah. Setidaknya ada tiga alasan yang mendukung kemunculan tersebut.
Pertama, ada harapan besar ditemukannya material termoelektrik dengan efisiensi yang tinggi, yaitu sejak ditemukannya material superkonduktor High-Tc pada awal tahun 1986 dari bahan yang selama ini tidak diduga (ceramic material).
Kedua, sejak awal 1980-an, teknologi material berkembang pesat dengan kemampuan menyusun material tersebut dalam level nano. Teknologi analisis dengan XPS, UPS, STM juga memudahkan analisis struktur material.
Ketiga, pada awal tahun 1990, tuntutan dunia tentang teknologi yang ramah lingkungan sangat besar. Ini memberikan imbas kepada teknologi termoelektrik sebagai sumber energi alternatif.
3.2.4 Pengembangan energi termoelektrik
Banyak aplikasi lain penggunaan energi termoelektrik yang sedang dikembangkan saat ini, seperti pemanfaatan perbedaan panas di dasar laut dan darat, atau pemanfaatan panas bumi. Kesulitan terbesar dalam pengembangan energi ini adalah mencari material termoelektrik yang memiliki efisiensi konversi energi yang tinggi.
Parameter material termoelektrik dilihat dari besar figure of merit suatu material. Idealnya, material termoelektrik memiliki konduktivitas listrik tinggi dan
konduktivitas panas yang rendah. Namun kenyataannya sangat sulit mendapatkan material seperti ini, karena umumnya jika konduktivitas listrik suatu material tinggi, konduktivitas panasnya pun akan tinggi.
Material yang banyak digunakan saat ini adalah Bi 2 Te 3, PbTe, dan SiGe. Saat ini Bi2 Te3 memiliki figure of merit tertinggi. Namun, karena terurai dan teroksidasi pada suhu di atas 500 oC, pemakaiannya masih terbatas.
Rendahnya figure of merit ini menyebabkan rendahnya efisiensi konversi yang dihasilkan, di mana saat ini efisiensinya masih berkisar di bawah 10 persen. Nilai ini masih berkurang sampai 5 persen setelah menjadi sebuah sistem pembangkit listrik. Masih cukup jauh dibandingkan dengan solar cell yang sudah mencapai 15 persen.
Namun, penelitian ini masih terus berkembang, apalagi setelah Yamaha Co Ltd berhasil menaikkan figure of merit sebesar 40 persen dari yang ada selama ini. Sejarah Perkembangan Konversi energi listrik ke dalam energi mekanik berdasarkan prinsip kerja medan elektromagnetik
Prinsip dasar untuk menghasilkan gaya mekanik akibat adanya interaksi antara arus listrik dengan medan magnetik telah diketahui pada awal tahun 1821.
Sepanjang abad ke-19, para peneliti mulai membuat motor listrik yang memiliki efisiensi yang lebih baik, akan tetapi eksploitasi komersial secara besar-besaran dari motor listrik memerlukan pembangkit-pembangkit listrik dan jaringan distribusi listrik.
Konversi energi listrik ke dalam energi mekanik berdasarkan prinsip kerja medan elektromagnetik yang pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuan asal Inggris, Michael Faraday, pada tahun 1821. Eksperimen yang dilakukan Faraday yaitu sepotong kawat menggantung (free-hanging wire) dicelupkan kedalam sebuah wadah mercury dimana pada wadah mercury tersebut diletakkan pula sebuah magnet permanen. Ketika kawat dialiri arus listrik, kawat tersebut berputar di sekitar magnet, hal ini menunjukkan bahwa arus listrik menimbulkan medan magnet putar di sekitar kawat. Motor Faraday ini sering didemonstrasikan di sekolah-sekolah kelas fisika, hanya saja air garam digunakan sebagai pengganti mercury (air raksa) yang beracun. Eksperimen Faraday ini
merupakan wujud motor yang paling sederhana dan dikenal dengan nama motor homopolar yakni motor yang mempunyai kutub yang sama. Penelitian lebih lanjut dilakukan oleh Barlow yang merupakan perbaikan dari eksperimen yang dilakukan oleh Faraday dan dikenal dengan Barlow’s Wheel. Sama halnya dengan yang dilakukan oleh Faraday, eksperiemen Barlow hanya sebatas demonstrasi saja, tidak sesuai dengan aplikasi praktis di lapangan dikarenakan konstruksinya masih kuno atau primitif.
Pada tahun 1827, seorang ilmuan kebangsaan Hungaria, Ányos Jedlik, mulai melakukan eksperimen rotasi elektromagnetik pada peralatan yang ia sebut lightning-magnet self-rotor. Hasil eksperimen ini ia gunakan untuk tujuan instruktif di Universitas-universitas, dan pada tahun 1928 untuk pertama kalinya di perkenalkan tiga komponen utama motor arus searah praktis yaitu stator, rotor dan komutator. Stator merupakan bagian yang diam sedangkan rotor merupakan bagian yang berputar, keduanya bahan yang bersifat elektromagnetik. Masalahpun muncul, masalah elektromagnetik belum juga terpecahkan dengan baik karena motor Jedlik ini masih menggunakan medan magnet permanen pada stator dan rotor, dan lagi-lagi, motor Jedlik ini tidak mendapat ruang dalam aplikasi praktis.
Sejarah Perkembangan konversi Energi Elektromagnetik Menjadi Energi Listrik Antena merupakan sebuah pengantar yang didesain untuk mentransmisikan atau menerima gelombang elektromagnetis. Dengan kata lain, antena mengonversikan gelombang elektromagnetis menjadi arus listrik.
Antena digunakan pada berbagai sistem, seperti siaran radio dan televisi, komunikasi radio percakapan, jaringan LAN nirkabel, radar, dan eksplorasi luar angkasa. Umumnya, antena selalu difungsikan pada jaringan udara dan luar angkasa. Secara fisik, antena dibuat dengan memakai satu atau lebih konduktor yang disebut elemen. Pada transmisi, arus altematif tercipta pada elemen dengan mengaplikasikan voltase pada terminal antena karena elemen akan meradiasi medan elektromagnetis. Di pihak penangkap (receptor), terjadi proses sebaliknya.
Gelombang elektromagnetis dari sumber lain memasukkan arus altematif pada elemen dan menyamakan voltasenya pada terminal antena. Beberapa antena penerima, seperti parabola, menggabungkan bentuk reflektif permukaannya untuk
menangkap gelombang elektromagnetis dari udara terbuka dan menyambungkan- nya langsung ke elemen konduktif. Antena pertama kali digunakan oleh Heinrich Hertz, seorang fisikawan Jerman, pada 1888. Ketika itu, dia ingin membuktikan eksistensi dari gelombang elektromagnetis yang diteorikan James Clerk Maxwell.
Hertz menempatkan pemancar dwikurub pada titik fokus di reflector parabola.
Receiver (penerima) yang dibuat Hertz terbuat dari sebuah gulungan yang berisikan jarak ujung busi (spark gap), di mana cahaya akan terlihat saat gelombang elektromagnetik terdeteksi. Hertz menempatkan perlengkapan antenanya pada kotak yang digelapkan sehingga cahaya yang muncul dapat terlihat jelas. Dia lalu mengobservasi panjang cahaya maksimum yang keluar dari perangkat tersebut. Hasil yang didapat adalah terjadinya reduksi gelombang elektromagnetis saat berada dalam kotak. Hal itu terlihat dari redupnya cahaya yang terpancar.
Panel kaca yang ditempatkan di antara sumber gelombang elektromagnetis dan receiver menyerap radiasi ultraviolet yang mengumpankan elektron yang bergerak pada sepanjang gap tersebut. Saat dipindahkan, jarak cahaya akan meningkat. Dia menemukan fakta tidak ada penurunan panjang cahaya saat ia menggantikan kuarsa (sebuah batuan kristal yang dapat memantulkaiuahaya) dengan gelas.
Pada 1886, Hertz mengembangkan Hertz antenna receiver. Ini merupakan seperangkat terminal yang tidak memakai listrik dalam operasinya.
Dia juga mengembangkan tipe transmisi antena dwikutub, yang dikendalikan sebuah elemen pemancar gelombang radio UHF. Perangkat ini menjadi antena yang cukup ringkas untuk dibuat bila dilihat dari sudut pandang teoretikal.
Melalui eksperimen di laboratoriumnya pada 1887, Hertz mampu membuktikan bahwa ruang bebas gelombang elektromagnetis melintang [transversefree space electromagnetic waves) dapat berjalan pada jarak tertentu.
Sebenarnya hal itu telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell (Skotlandia) dan Michael Faraday (Inggris), dua peneliti fisika dari daratan Britania. Namun, Hertz berjasa karena mampu membuktikan secara praktis. Dengan perangkat miliknya,
dia menunjukkan bahwa medan magnetik dan elektrik dapat menyalurkan radiasi dari sebuah kawat pengantar sebagai gelombang melintang.
Pada 1892, Hertz mulai mencoba eksperimen baru dan mendemonstrasikan bahwa sinar katoda dapat melakukan penetrasi pada kertas metal yang tipis semacam aluminium. Philip Lenard, salah satu murid Hertz, mengembangkan apa yang selanjutnya lebih dikenal sebagai efek sinar. Dia mengembangkan sebuah versi tabung katoda dan mempelajari penetrasi sinar X dari beragam material. Sayangnya, Lenard tidak menyadari bahwa ia sedang mengembangkan sebuah teknologi sinar X yang di kemudian hari sukses dipatenkan oleh Rontgen sebagai temuannya.
3.2.5 Sejarah Perkembangan Mesin Konversi Energi
Mesin konversi energi memegang peran vital dalam perkembangan industri yang sangat pesat sejak ditemukannya mesin uap sebagai cikal bakal perkembangan mesin konversi energi saat ini. Mesin uap ini memiliki sistem pembakaran luar dengan menggunakan air sebagai fluida kerja yang diubah menjadi uap dengan memakai ketel uap. Uap yang dihasilkan oleh ketel tersebut diteruskan untuk menggerakkan turbin uap.
Sejak abad ke-19 hingga abad ke-20, terjadi perkembangan yang sangat pesat pada berbagai jenis mesin konversi energi, seperti turbin gas yang memiliki sistem pembakaran luar dengan memakai udara sebagai fluida kerja dalam siklus Brayton serta penemuan motor bakar torak yang memiliki sistem pembakaran dalam. Perkembangan ini dimulai dengan ditemukannya siklus Brayton untuk pembangkit tenaga gas dan siklus empat langkah oleh Nicolas A. Otto (1832- 1891) yang kemudian dikenal sebagai siklus otto. Siklus otto banyak digunakan pada motor bakar torak dengan bahan bakar bensin, sehingga lebih dikenal dengan motor bensin.
Pada tahun 1880-an beberapa ahli (Dugald Clerk, 1854-1913 dan James Robson, 1833-1913 dari Inggris serta Karl Benz, 1844-1929 dari Jerman) berhasil menemukan suatu siklus dua langkah yang memiliki daya relatif lebih besar dari siklus empat langkah. Perkembangan berikutnya ialah di tahun 1890, seorang ahli mesin asal Jerman bernama Rudolf Diesel (1858-1913) menemukan suatu mesin
pembakaran dalam jenis baru, atau lebih dikenal dengan nama motor diesel.
Kemudian pada tahun 1957 Felix Wenkel dari jerman menemukan suatu mesin rotary yang lebih dikenal dengan nama mesin wenkel. Seluruh mesin konversi energi tersebut, dapat diklasifikasikan atas dua kelompok, yaitu:
1) Mesin-mesin pembakaran dalam (internal combustion engines), seperti:
metor bensin (4 dan 2 tak) dan motor diesel.
2) Mesin-mesin pembakaran luar (external combustion engines), seperti:
mesin uap
Dalam artikel ini hanya membahas mengenai mesin pembakaran dalam.
Mesin pembakaran dalam dibagi lagi menjadi dua, yaitu: sistem cetusan bunga api (Spark Ignition, SI) dan sistem kompresi (Compression ignition, CI). Isu kelestarian lingkungan hidup menyebabkan perubahan terhadap pabrikasi berbagai motor bakar torak, terutama untuk motor pembakaran dalam. Para ahli berusaha untuk menemukan bahan bakar yang ramah lingkungan dengan efisiensi dan daya yang lebih baik. Dimulai dari bahan bakar bensin di tahun 1880-an. Pada motor berbahan bakar bensin ini ditemukan masalah knocking, sehingga muncul ide anti knocking dengan menambahkan timbal. Hal ini terjadi saat perang dunia pertama yang menimbulkan masalah bensin di Amerika Serikat pada tahun 1923.
Kemudian di tahun 1930-an ditemukan suatu katalis untuk meningkatkan kwalitas bensin.
Permasalahan polusi udara akibat kendaraan bermotor mulai timbul pada tahun 1940-an di Los Angeles. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa asap putih (smog) timbul akibat reaksi antara oksida-nitrogen dengan hidrokarbon. Emisi hidrokarbon banyak ditemukan pada gas buang kendaraan bermotor.
Untuk mengatasi berbagai masalah di atas, maka dilakukan berbagai studi intensif, sehingga dihasilkan suatu bahan bakar yang ramah lingkungan, seperti bahan bakar gas (Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquified Petroleum Gas (LPG)) serta Alkana (metana, etana) dan Alkohol (metanol, etanol dan butanol). Indonesia selaku penghasil gas alam terbesar di dunia akan memegang peran yang sangat penting dalam mewujudkan harapan dunia mengenai bahan bakar gas yang ramah lingkungan.
Gas alam memiki masa depan yang lebih baik, dari segi lingkungan karena kandungan emisi Hidrokarbon dan partikulat relatif sangat sedikit, serta dapat terbakar sempurna. Dengan demikian, bahan bakar bensin dan diesel yang selama ini digunakan dapat diganti dengan gas alam atau bahan bakar lain yang lebih ramah lingkungan. Untuk pengganti bahan bakar bensin perlu diperhatikan apakah bahan bakar tersebut dapat digunakan langsung pada motor bakar bensin atau tidak. Ini dapat ditentukan dengan melihat harga dari Bilangan Oktana (Oktane Number, ON) dari bahan bakar tersebut. Hal ini sangat penting untuk menghindari terjadinya knocking.
Harga bilangan oktane yang dimiliki oleh suatu bahan bakar harus lebih besar daripada harga Bilangan Oktana Minimum (Minimum Octane Number, MON) yang dibutuhkan oleh motor untuk kondisi operasi tertentu, agar tidak terjadi detonasi.
3.2.6 Sejarah Konversi energi termal lautan
Konversi energi termal lautan adalah metode untuk menghasilkan energi listrik menggunakan perbedaan temperatur yang berada di antara laut dalam dan perairan dekat permukaan untuk menjalankan mesin kalor. Seperti pada umumnya mesin kalor, efisiensi dan energi terbesar dihasilkan oleh perbedaan temperatur yang paling besar. Perbedaan temperatur antara laut dalam dan perairan permukaan umumnya semakin besar jika semakin dekat ke ekuator. Pada awalnya, tantangan perancangan OTEC adalah untuk menghasilkan energi yang sebesar-besarnya secara efisien dengan perbedaan temperatur yang sekecil- kecilnya.
Permukaan laut dipanaskan secara terus menerus dengan bantuan sinar matahari, dan lautan menutupi hampir 70% area permukaan bumi. Perbedaan temperatur ini menyimpan banyak energi matahari yang berpotensial bagi umat manusia untuk dipergunakan. Jika hal ini bisa dilakukan dengan cost effective dan dalam skala yang besar, OTEC mampu menyediakan sumber energi terbaharukan yang diperlukan untuk menutupi berbagai masalah energi.
Konsep mesin kalor adalah umum pada termodinamika, dan banyak energi yang berada di sekitar manusia dihasilkan oleh konsep ini. Mesin kalor
adalah alat termodinamika yang diletakkan di antara reservoir temperatur tinggi dan reservoir temperatur rendah. Ketika kalor mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah, alat tersebut mengubah sebagian kalor menjadi kerja. Prinsip ini digunakan pada mesin uap dan mesin pembakaran dalam, sedangkan pada alat pendingin, konsep tersebut dibalik. Dibandingkan dengan menggunakan energi hasil pembakaran bahan bakar, energi yang dihasilkan OTEC didapat dengan memanfaatkan perbedaan temperatur lautan disebabkan oleh pemanasan oleh matahari.
Siklus kalor yang sesuai dengan OTEC adalah siklus Rankine, menggunakan turbin bertekanan rendah. Sistem dapat berupa siklus tertutup ataupun terbuka. Siklus tertutup menggunakan cairan khusus yang umumnya bekerja sebagai refrigeran, misalnya ammonia. Siklus terbuka menggunakan air yang dipanaskan sebagai cairan yang bekerja di dalam siklusnya.
Meski sistem OTEC adalah suatu teknologi terbaru, konsepnya memiliki jalan pengembangan yang panjang. Dimulai pada tahun 1881, yaitu ketika Jacques Arsene d'Arsonval, fisikawan prancis yang mengajukan konsep konversi energi termal lautan. Dan murid d'Arsonval, George Claude yang membuat pembangkit listrik OTEC pertama kalinya di Kuba pada tahun 1930. Pembangkit listrik itu menghasilkan listrik 22 kilowatt dengan turbin bertekanan rendah.
Pada tahun 1931, Nikola Tesla meluncurkan buku "On Future Motive Power" yang mencakup konversi energi termal lautan. Meski ia tertarik dengan konsep tersebut, ia beranggapan bahwa hal ini tidak bisa dilakukan dalam skala besar.
Di tahun 1935, Claude membangun pembangkit kedua di atas 10000 ton kargo yang mengapung di atas lepas pantai Brazil. Namun cuaca dan gelombang menghancurkan pembangkit listrik tersebut sebelum bisa menghasilkan energi.
Di tahun 1956, para fisikawan Prancis mendesain 3 megawatt pembangkit listrik OTEC di Abidjan, Pantai Gading. Pembangkit listrik OTEC itu tak pernah selesai karena murahnya harga minyak di tahun 1950an yang membuat pembangkit listrik tenaga minyak lebih ekonomis.
Di tahun 1962, J. Hilbert Anderson dan James H. Anderson, Jr. mulai mendesain sebuah siklus untuk mencapai tujuan yang tidak dicapai Claude.
Mereka fokus pada pengembangan desain baru dengan efisiensi yang lebih tinggi.
Setelah menganalisa masalah yang ditemukan pada desain Claude, akhirnya mereka mematenkan desain siklus tertutup buatan mereka pada tahun 1967.
Amerika serikat mulai terlibat pada penelitian OTEC pada tahun 1974, ketika otoritas Natural Energy Laboratory of Hawaii mendirikan Keahole Point di Pantai Kona, Hawaii. Laboratorium itu merupakan fasilitas penelitian dan percobaan OTEC terbesar di dunia. Hawaii merupakan lokasi yang cocok untuk penelitian OTEC karena permukaan lautnya yang hangat dan akses ke laut dalam yang dingin. Selain itu, Hawaii juga negara bagian yang biaya listriknya cukup mahal di Amerika Serikat.
Meski Jepang tidak memiliki tempat yang berpotensial untuk mendirikan OTEC, namun Jepang banyak berkontribusi dalam penelitian dan pengembangan OTEC, terutama untuk ekspor dan penerapannya di luar negeri. Salah satu proyek Jepang dalam pengembangan OTEC adalah fasilitas OTEC di Nauru yang menghasilkan 120 kW listrik. 90 kW dimanfaatkan untuk menggerakkan fasilitas OTEC tersebut dan 30 kW dialirkan ke sekolah-sekolah dan beberapa tempat di Nauru.
Periode V
3.2.7 Perkembangan Pengonversi Energi Matahari
Sejarah pengembangan teknologi sel surya (solar cell) atau photovoltaic (lm ml. ii ketika seorang fisikawan Prancis bernama Antoine-Cdsar Becquer-el melakukan serangkaian penelitiannya pada 1839. Becquerel menemukan fakta tegangan listrik dapat termanifestasikan saat cahaya jatuh pada sebuah elektroda.
Itulah pengamatan pertama dalam sejarah terhadap efek dari photovoltaic.
Istilah photovoltaic merujuk dari bahasa Yunani yang terdiri dari dua kata, yaitu foto yang berbunyi "phos" dan berarti cahaya serta voltaic merupakan hasil pengembangan dari istilah volt yang diambil dari nama Alessandro Volta, seorang pelopor dalam pengembangan energi listrik. Photovoltaic (PV) secara harfiah bisa berarti cahaya listrik.
Dari data yang dipaparkan Encyclopedia Britannica, penemu pertama sel surya adalah Charles Fritts pada 1883. Ilmuwan berkebangsaan Amerika Serikat (AS) itu menggunakan lapisan selenium sebagai semikonduktor yang sangat tipis dan dilapisi dengan emas.
Namun, sinar matahari yang dikonversi menjadi listrik dengan menggunakan sel surya buatannya itu hanya menghasilkan efisiensi sebanyak satu persen. Dengan hasil itu, sel surya pengembangan Fritts terbilang belum efektif digunakan sebagai sumber energi. Ilmuwan lain yang memiliki andil dalam pengembangan PV ialah Russel Ohl. Sarjana yang bekerja pada AT T Bell Labs, New Jersey, AS, itu menjadi ilmuwan pelopor penelitian di bidang semikonduktor.
Pada 1941, Ohl menggunakan silikon pada sel surya buatannya. Panel surya buatan Ohl itu mendapatkan paten bernomor US2402662 dan karena hal itu Ohl dikaitkan dengan pengembangan sel surya modern. Langkah yang lebih besar dalam pengembangan bidang photovoltaic terjadi pada 1954 ketika tiga orang peneliti, yaitu Gerald Pearson, Calvin Fuller, dan Daryl Chapin, dari AT T Bell Labs secara tidak sengaja menemukan bahwa silikon dengan impurity (campuran berbagai berbagai senyawa dari unsur gas, cair, dan padat) tertentu menjadi sangat sensitif terhadap cahaya.
Ketiga peneliti itu menjadi kelompok peneliti pertama yang membuat perangkat praktis dengan mengonversi sinai matahari menjadi energi listrik.Panel surya buatan mereka bisa mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik dengan tingkat efisiensi sebanyak 6 persen. Saat ini, ada lima negara yang berperan sebagai produsen utama perangkat photovoltaic, yaitu Jepang, China, Jerman, Taiwan, dan Amerika Serikat. Pada tahun lalu, China telah mengukuhkan diri sebagai negara produsen photovoltaic terbesar di dunia.
Jepang melalui lewat proyek Sunshine-nya, memfokuskan diri pada pemanfaatan material silikon amorf yang diharapkan dapat digunakan secara massal oleh penduduknya. Silikon amorf memiliki fleksibilitas yang tinggi sehingga dapat ditumbuhkan pada substrat apa pun. Dewasa ini tengah dilakukan
penelitian mengenai pertumbuhan material tersebut di atas plastik khusus sebagai pengganti kaca sehingga menjadi lebih ringan dan murah.
Proyek Sunshine awalnya disponsori oleh MITI (The Ministry of International Trade and Industry), Jepang, dan dimulai pada 1974. Ketika itu, harga sel surya yang ditawarkan mencapai lebih dari 20 ribu yen per watt puncak.
Namun, saat ini harga itu berangsur-angsur turun menjadi 300 sampai 400 yen per watt puncak. Di Indonesia, sel surya sebenarnya terus dikembangkan dan telah memasuki tahap uji coba besar-besaran. Sebagai suatu perangkat semikonduktor, pengembangan sel surya bisa disandingkan bersama-sama dengan perangkat semikonduktor lainnya untuk aplikasi mikToelektronika.
Ada hal mendasar antara semikonduktor sel surya dengan semikonduktor mikroelektronika, yakni pada dimensinya.Sel surya harus difabrikasi dalam ukuran sebesar mungkin, sedangkan perangkat mikroelektronika justru dibuat sekecil mungkin. Jadi, penguasaan teknologi sel surya dengan sendirinya akan memudahkan penguasaan teknologi semikonduktor lainnya. Hal itu sejalan dengan usaha pengembangan industri elektronika di Indonesia.
3.2.8 Sejarah Konversi Energi Nuklir
Di dalam inti atom tersimpan tenaga inti (nuklir) yang luar biasa besarnya. Tenaga nuklir itu hanya dapat dikeluarkan melalui proses pembakaran bahan bakar nuklir. Proses ini sangat berbeda dengan pembakaran kimia biasa yang umumnya sudah dikenal, seperti pembakaran kayu, minyak dan batubara.
Besar energi yang tersimpan (E) di dalam inti atom adalah seperti dirumuskan dalam kesetaraan massa dan energi oleh Albert Einstein : E = m C2, dengan m : massa bahan (kg) dan C = kecepatan cahaya (3 x 108 m/s). Energi nuklir berasal dari perubahan sebagian massa inti dan keluar dalam bentuk panas.
Dilihat dari proses berlangsungnya, ada dua jenis reaksi nuklir, yaitu reaksi nuklir berantai tak terkendali dan reaksi nuklir berantai terkendali. Reaksi nuklir tak terkendali terjadi misal pada ledakan bom nuklir. Dalam peristiwa ini reaksi nuklir sengaja tidak dikendalikan agar dihasilkan panas yang luar biasa besarnya sehingga ledakan bom memiliki daya rusak yang maksimal. Agar reaksi nuklir yang terjadi dapat dikendalikan secara aman dan energi yang dibebaskan
dari reaksi nuklir tersebut dapat dimanfaatkan, maka manusia berusaha untuk membuat suatu sarana reaksi yang dikenal sebagai reaktor nuklir. Jadi reaktor nuklir sebetulnya hanyalah tempat dimana reaksi nuklir berantai terkendali dapat dilangsungkan. Reaksi berantai di dalam reaktor nuklir ini tentu sangat berbeda dengan reaksi berantai pada ledakan bom nuklir.
Sejarah pemanfaatan energi nuklir melalui Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dimulai beberapa saat setelah tim yang dipimpin Enrico Fermi berhasil memperoleh reaksi nuklir berantai terkendali yang pertama pada tahun 1942.
Reaktor nuklirnya sendiri sangat dirahasiakan dan dibangun di bawah stadion olah raga Universitas Chicago. Mulai saat itu manusia berusaha mengembangkan pemanfaatan sumber tenaga baru tersebut. Namun pada mulanya, pengembangan pemanfaatan energi nuklir masih sangat terbatas, yaitu baru dilakukan di Amerika Serikat dan Jerman. Tidak lama kemudian, Inggris, Perancis, Kanada dan Rusia juga mulai menjalankan program energi nuklirnya.
Listrik pertama yang dihasilkan dari PLTN terjadi di Idaho, Amerika Serikat, pada tahun 1951. Selanjutnya pada tahun 1954 PLTN skala kecil juga mulai dioperasikan di Rusia. PLTN pertama di dunia yang memenuhi syarat komersial dioperasikan pertama kali pada bulan Oktober 1956 di Calder Hall, Cumberland. Sistim PLTN di Calder Hall ini terdiri atas dua reaktor nuklir yang mampu memproduksi sekitar 80 juta Watt tenaga listrik. Sukses pengoperasian PLTN tersebut telah mengilhami munculnya beberapa PLTN dengan model yang sama di berbagai tempat.
3.3 Plastik
3.3.1 Pengertian Plastik
Definisi plastik adalah jenis makromolekul yang dibentuk dengan proses polimerisasi. Polimerisasi adalah proses penggabungan beberapa molekul sederhana (monomer) melalui proses kimia menjadi molekul besar (polimer atau makromolekul). Pengertian plastik menurut Surono (2013) merupakan senyawa polimer yang unsur penyusun utamanya adalah Karbon dan Hidrogen. Apabila tepapar panas dan tekanan, bahan yang terbentuk dari bahan polimer ini mampu
dibentuk ke berbagai bentuk sesuai kebutuhan. Berbagai bentuk seperti batangan, balok, dan silinder yang kemudian dapat menyesuaikan sesuai dengan kebutuhan seperti botol, kresek, dan lain-lain. Benda ini juga merupakan bahan yang mudah terbakar sehingga meningkatkan risiko kebakaran.
Asap hasil pembakaran produk berbahan dasar produk ini sangat berbahaya karena mengandung gas-gas beracun seperti karbon monoksida (CO) dan hidrogen sianida (HCN). Hal ini juga yang dapat menyebabkan pencemaran udara. Benda yang sulit diurai oleh mikroorganisme ini ketika dibuang ke tanah akan membuat penurunan populasi fauna tanah karena disebabkan menurunnya mineral, baik organik maupun anorganik di dalam tanah. Fauna tanah juga sulit mendapatkan oksigen O₂ karena benda ini di dalam tanah yang tidak dapat diurai menghalangi lubang udara.
3.3.2 Sejarah Plastik
Produk seperti plastik pertama kali dibuat pada tahun 1862 oleh Alexander Parkes yang berbahan selulosa. Bahan temuan Parkes ini disebut Parkesine. Pada tahun 1907, seorang ahli kimia dari New York yang bernama Leo Baeklend berhasil membuat bahan sintetis pertama. Dia mengembangkan Bakelite yang merupakn resin cair. Material ini tidak terbakar, tidak mencair, dan tidak meleleh dalam larutan asam cuka. Hal tersebut menyebabkan bahan ini ketika terbentuk tidak bisa berubah lagi.
Plastik merupakan material yang baru, secara luas digunakan dan dikembangkan sejak pada tahun 1975 yang diperkenalkan oleh Montgomery Ward, Jodan Marsh, J.C. Penny, Sears dan toko-toko retail besar lainnya (Marpaung, 2009). Bahan polimer ini berkembang secara luar biasa penggunaannya dari hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 150 juta ton/tahun pada tahun 1990-an dan 220 juta ton/tahun pada tahun 2005 (Putra dan Yuriandala 2010).
3.3.3 Klasifikasi Plastik
Benda ini dibedakan berdasarkan bisa atau tidaknya produk ini dibentuk kembali, kinerja, dan berdasarkan sifat daur ulangnya.
1. Jenis Plastik berdasarkan Bisa atau Tidaknya Dibentuk Kembali
Benda ini dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu thermosetting dan thermoplastik. Thermosetting adalah jenis yang jika telah dibuat dalam bentuk padat, tidak dapat dicairkan kembali dengan cara dipanaskan, sedangkan thermoplastik adalah jenis yang jika dipanaskan sampai temperatur tertentu, akan mencair dan dapat dibentuk kembali menjadi bentuk yang diinginkan (UNEP 2009). Berdasarkan sifat kedua kelompok di atas, thermoplastik adalah jenis yang memungkinkan untuk dapat didaur ulang.
2. Jenis Plastik berdasarkan Kinerja
Berdasarkan kinerja dan penggunaannya, benda ini dibagi menjadi tiga jenis, yaitu: teknik, teknik khusus, dan komoditas. Plastik teknis memiliki sifat yang tahan panas hingga di atas 100°C dan memiliki sifat mekanik yang baik.
Jenis plastik ini sering digunakan dalam pembuatan komponen elektronik ataupun otomotif. Contohnya adalah PA, PC, POM dan PBT. Plastik khusus merupakan jenis yang memiliki sifat tahan panas hingga di atas 150°C yang banyak digunakan untuk komponen pembuatan pesawat, contohnya adalah PSF, PAR, PAI dan PES.
Plastik komoditas merupakan jenis tidak tahan panas dan memiliki sifat mekanik yang kurang baik. Biasanya jenis ini digunakan sebagai pembungkus makanan, kemasan barang-barang elektronik, botol minuman, dan sebagainya.
Contohnya ABS, PE, SAN dan PE.
3. Jenis Plastik berdasarkan Sifat Daur Ulang
American Society of Plastic Industry telah membuat sistem dengan kode atau simbol yang berbentuk segitiga arah panah. Bentuk ini merupakan simbol daur ulang dan di dalamnya terdapat nomor yang merupakan kode dan resin yang memiliki informasi tertentu.
Adapun jenis-jenis benda ini berdasarakan kodenya adalah sebagai berikut:
a. PET
PET (polyethylene terephthalate) penggunaannya untuk sekali penggunaan saja, contohnya botol minyak goreng, botol kemasan air mineral, botol sambal, jus, botol kosmetik, dan botol obat.
b. HDPE
HDPE (High-Density Polyethylene) salah satu yang aman penggunaannya karena dapat mencegah reaksi kimia sehingga cocok untuk botol susu cair, botol obat, botol kosmetik, dan jerigen pelumas.
c. PVC
PVC (Polyvinyl Chloride) yang memiliki kandungan DEHA tidak cocok digunakan untuk pembungkus makanan sehingga lebih cocok untuk penggunaan pipa bangunan, pipa selang air, taplak meja, mainan, botol sambal, dan botol shampo.
d. LDPE
LDPE (Low-Density Polyethylene), bahan ini lebih mudah didaur ulang untuk penggunaan pembungkus daging beku, tutup, kantong kresek, dan berbagai macam produk berbahan dasar sama yang tipis lainnya.
e. PP
PP (Polypropylene atau Polypropene) untuk tutup botol, cup, bungkus margarine, dan mainan anak.
f. PS
PS (Polystyrene) untuk kegunaan sendok, kotak CD, garpu, gelas, tempat makanan dari styrofoam, dan tempat makan transparan.
g. Other
Other (O), jenis plastik lainnya selain dari 6 contoh klasifikasi kemasan di atas. Biasanya digunakan untuk botol susu bayi, galon air minum, alat-alat rumah tangga, suku cadang mobil, komputer, alat-alat elektronik, mainan lego, dan sikat gigi.
3.3.4 Proses Pembuatan dan Bahan Baku
Plastik yang sering kita gunakan melalui beberapa proses pembuatan terlebih dahulu sebelum bisa kita gunakan. Karena jenisnya yang berbeda-beda maka cara pembuatannya juga berbeda-beda, tapi secara umum pembuatan benda ini meliputi injection molding, ekstrusi, thermoforming, dan blow molding.
1. Injection Molding
Injection molding adalah plastik yang masih berupa biji plastik atau pellet dimasukkan ke dalam tabung panas yang kemudian akan meleleh dan lelehan ini dibawa ke dalam cetakan.
2. Ekstrusi
Tahap selanjutnya ekstrusi, yaitu lelehan biji plastik ini ditekan secara terus menerus sehingga bisa lebih lebur dan halus.
3. Thermoforming
Pada tahap thermoforming, biji plastik yang leleh telah berubah menjadi lempengan kemudian dipanaskan kembali dan dimasukkan kedalam cetakan lainnya.
4. Blow Molding
Proses blow molding merupakan proses terakhir dalam pembuatan plastik secara umum. Tahapan pada proses ini adalah:
a. Biji plastik (pellet) dilelehkan pada sekrup di dalam tabung berpemanas secara terus menerus
b. Plastik panas membentuk pipa (parison) c. Plastik panas ditiup dalam cetakan d. Dibuat menjadi barang yang diinginkan
Bahan baku pembuatan benda ini adalah biji plastik. Biji plastik biasanya berupa butiran berwarna bening dan berbahan dasar bahan kimia yang bernama styrin monomer. Biji plastik yang asli terbuat dari styrin monomer biasanya mahal dan masih import dari luar negeri. Ada juga yang terbuat dari biji plastik daur ulang. Biji plastik daur ulang merupakan hasil daur ulang sampah-sampah plastik yang dicacah sesuai dengan jenisnya.
3.3.5 Sifat Polimer Konduktif
Sifat polimer konduktif merupakan sifat polimer yang memiliki konduktivitas listrik sebanding dengan konduktivitas logam. Salah satu karakteristik umum polimer konduktif adalah memiliki ikatan backbone terkonjugasi karena adanya oksidasi maupun reduksi akibat sifat donor-akseptor elektron. Polimer konduktif adalah polimer yang memiliki konduktivitas listrik
sebanding dengan konduktivitas logam. Salah satu karakteristik umum polimer konduktif adalah memiliki ikatan backbone terkonjugasi karena adanya oksidasi maupun reduksi akibat sifat donor-akseptor elektron.
3.3.6 Industri
Tahun 1960-an industri plastik merupakan industri yang berkembang pesat di Indonesia. Namun perkembangan industri ini semakin menurun dari waktu ke waktu seiring tantangan yang dihadapi industri ini. Industri ini sebagai bahan pengemasan menghadapi berbagai persoalan, salah satunya sampah plastik yang tidak dapat diurai dengan mudah oleh mikroorganisme tanah sehingga terjadi penumpukan sampah yang semakin banyak. Kendala lain adalah sampah jenis ini yang berbahan dasar minyak bumi yang tidak dapat diperbarui lagi sehingga keberadaannya yang semakin menipis.
Bahan baku dari plastik yang masih diimport dari luar negeri juga menyulitkan berkembangnya industri ini. Tapi apakah Anda sudah benar-benar mengurangi penggunaan plastik? Karena nyatanya semua pengemasan untuk kebutuhan kita sehari-hari masih banyak yang menggunakan plastik sebagai bahan dasarnya. Air minum kemasan yang berbentuk gelas sangat banyak kita jumpai dalam berbagai kegiatan. Sabun mandi, deterjen, ataupun shampo mulai dari yang botol sampai yang sachetan semuanya terbuat dari bahan plastik.
Makanan cepat saji juga yang kita konsumsi semua pengemasannya hampir menggunakan plastik.
Dengan semua ini tidak menutup kemungkinan yang semula industri plastik diprediksi akan semakin menurun akan berkebalikan menjadi semakin meningkat dan tak terkendali. Semua kembali lagi dari kita sebagai konsumen.
3.3.7 Dampak Lingkungan
Gambar 3.3 Sampah Gelas yang Menumpuk Sumber: Data Penelitian, 2020
Bahan yang sulit diuraikan tentu membuat sampah plastik memberikan dampak yang negatif bagi lingkungan. Tanah akan tercemar, air tanah, serta fauna tanah pun demikian karena sampah jenis ini yang dibuang ke tanah akan menyebarkan bahan kimia yang berbahaya bagi hewan pengurai di dalam tanah seperti cacing dan juga dapat mengontaminasi dari air tanah. Plastik yang tidak dapat terurai akan termakan oleh binatang maupun tanaman sehingga akan mengganggu susunan rantai makanan dan juga dapat mengurangi kesuburan tanah karena benda ini akan menghalangi jalannya sirkulasi udara sehingga mengurangi ruang gerak dari biota tanah yang bertugas menyuburkan tanah.
Bahan yang memiliki umur panjang ini tidak hanya akan mencemari tanah, tetapi laut sekalipun akan tercemari karena limbah benda ini yang banyak dibuang ke sungai sehingga bermuara ke laut dan mengancam ekosistem di laut.
Sedotan, kemasan makanan siap saji, bungkus deterjen, dan sampah plastik lainnya mengintai hewan-hewan yang berada di laut. Banyak dari mereka yang mengira ini makanan sehingga memakannya begitu saja padahal ini bahan berbahaya yang tidak dapat diurai oleh tubuh hewan.
Mikroplastik adalah potongan kecil-kecil dari sampah yang juga mencemari lingkungan. Potongan kecil ini adalah potongan dari plastik yang besar atau oalahan produk yang sama lainnya. Memiliki sifat tidak mudah diurai plastik hanya berubah bentuk menjadi ukuran kecil yang tak kasat mata dan dapat mencemari berbagai barang yang dikonsumsi oleh makhluk hidup dan dapat
merusak berbagai makhluk hidup sesuai dengan mekanisme rantai makanan.
Tersebar dan diproduksi di mana-mana membuat semakin besar kemungkinan benda ini untuk mencemari dan dapat mengganggu ekologi. Ekosistem yang sudah terkena dampak negatifnya adalah ekosistem laut dan tanah.
3.3.8 Plastik Ramah Lingkungan
Plastik ramah lingkungan merupakan produk yang dapat hancur atau cepat terurai dengan sendirinya kurang lebih dalam kurun waktu 2 tahun. Arora remaja berusia 16 tahun yang mampu menciptakan plastik yang dapat teruai dengan cepat. Cepatnya proses penguraian produk ini karena produk ini terbuat dari campuran bahan organik. Seperti paparan Arora menurut Tribun Jogja, ia mengekstrak karbohidrat bernama chitin dan secara kimiawi mengubahnya menjadi chitosan. Setelah itu, ia mencampurnya dengan fibroin, protein yang dimiliki kepompong sutra.
Material ini 1,5 juta kali lebih cepat dalam hal menguraikan plastik yaitu dapat menguraikan benda ini benar-benar terpecah hanya dalam kurun waktu 33 hari. Arora mendapat penghargaan di Inovator to Market pada tahun 2018 dan mendapat perhatian dari seluruh dunia dalam ajang Intel International Science and Engineering Fair.
3.3.9 Negara Penghasil Sampah Plastik Terbesar
Gambar 3.4 Sedotan Plastik menjadi Salah Satu Penyumbang Sampah Terbesar Sumber: Data Penelitian, 2020
Sampah plastik bukanlah masalah biasa, bahkan sampah jenis ini sudah menjadi perhatian pemerintah dunia. Beberapa negara sebagai penyumbang sampah plastik terbanyak di lautan adalah Tiongkok dan Indonesia. Tiongkok
merupakan negara penyumbang sampah ini terbanyak di dunia. Hasil penelitian dari ilmuan kelautan University of Georgia menyatakan bahwa Tiongkok menghasilkan kurang lebih 11,5 juta ton sampah jenis ini setiap tahunnya.
Sebanyak 8,8 juta ton, sekitar 78% sampah plastik langsung dibuang ke lautan tanpa diolah terlebih dahulu. Data ststistik menyatakan bahwa masyarakat yang tinggal di pesisir Tiongkok membuang sampah jenis ini langsung ke lautan sebanyak 33,6 kg. Indonesia menyumbang sampah plastik nomor dua setelah Tiongkok yaitu sebesar 3.2 juta ton setiap tahunnya yang dibuang ke laut. Hal tersebut membuat Indonesia menjadi negara nomor satu penyumbang sampah terbanyak di Asia Tenggara. Kesadaran masyarakat Indonesia yang sangat kurang akan bahaya sampah jenis ini bagi ekosistem membuat hal ini terjadi.
Manfaat plastik bagi manusia memang tinggi karena digunakan sebagai bahan baku pembuatan peralatan rumah tangga yang berguna bagi kehidupan.
Namun, sifat bahan ini yang sukar terurai membuat penggunaannya perlu dikontrol. Inovasi dan teknologi perlu dikembangkan untuk menciptakan penggunaan plastik yang ramah lingkungan.
