Efisiensi Energi dan energi secara Optimal dengan Hukum Termodinamika

Sepertinya telah menjadi kodrat manusia di dunia ini apabila sesuatu itu tersedia secara melimpah dan murah, maka penggunaannya pun cenderung boros atau tidak memperhatikan efisiensi. Hal tersebut juga berlaku dalam penggunaan di bidang energi terutama untuk penggunaan jenis energi yang vital bagi manusia dan pembangunan yaitu energi listrik dan bahan bakar minyak (BBM).
Di Indonesia, fenomena diatas pun telah lama terjadi. Selama ini rakyat Indonesia telah dimanjakan dengan biaya listrik dan harga BBM murah, sehingga menimbulkan suatu argumen bahwa energi berada dalam jumlah melimpah. Secara tidak langsung, hal ini telah menumbuhkan perilaku pola konsumsi yang konsumtif/boros dan tidak terkendali dari sebagian besar rakyat Indonesia terhadap penggunaan energi. Akibat dari pemborosan tersebut, Indonesia diprediksi oleh para ahli energi pada kurun waktu 15-20 tahun mendatang akan mengalami krisis energi.
Ditengah prediksi yang mencemaskan itu, maka masalah energi secara umum menjadi krusial untuk disiasati. Berbagai solusi dan alternatif telah ditawarkan oleh banyak para ahli, baik berupa pendiversifikasian energi, penggunaan energi alternatif, ataupun dengan konservasi energi. Secara umum semua solusi yang ditawarkan adalah tepat. Tetapi apabila tidak diikuti dengan adanya efisiensi energi oleh masyarakat, pemerintah ataupun industri, maka semua solusi tersebut bukanlah sebuah solusi pemecahan yang tuntas dan berkelanjutan.
Prinsip dasar dari efisiensi energi adalah menggunakan jumlah energi yang sedikit tetapi tujuan atau hasil yang didapat sangat maksimal. Dalam upaya efisiensi energi ini, kajian kimia dan fisika terutama pada hukum Termodinamika yang membahas masalah energi telah memberikan konsep ilmiah yang berguna dalam upaya efisiensi energi secara tepat guna dan optimal. Namun sayang terkadang para pembuat kebijakan energi di negeri ini sering melupakan tentang fenomena tersebut.
Konsep Efisiensi dalam Hukum Termodinamika
Untuk merancang sebuah perencanaan yang optimal dalam memanfaatkan energi, berbagai konsep telah dikembangkan, yang salah satunya adalah dengan analisis energi dan analisis exergi yang berdasarkan pada hukum Termodinamika. Untuk analisis energi, konsepnya terfokus pada hukum ke-1 Termodinamika sedangkan analisis exergi terfokus pada hukum ke-2 Termodinamika.
Disebutkan dalam hukum ke-1 Termodinamika bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Dalam pendekatan hukum ke-1 ini, strategi efisiensi energi lebih cenderung pada pemanfaatan sumber daya energi secara efisien. Efisien yang dimaksud disini adalah penggunaan sumber-sumber energi disesuaikan dengan kualitas yang dibutuhkan. Dengan menyesuaikan sumber-sumber energi dengan penugasannya sehingga dapat mencegah pemborosan penggunaan energi berkualitas tinggi hanya untuk tugas yang berkualitas rendah. Kelemahan pada pendekatan hukum ke-1 Termodinamika ini terletak pada hukum ini tidak memperhitungkan terjadinya penurunan kualitas energi.
Untuk itu, pendekatan hukum ke-2 Termodinamika telah memberikan konsep efisiensi yang lebih baik. Dalam hukum ke-2 Termodinamika atau dikenal juga sebagai hukum degradasi energi dikemukakan bahwa tidak ada proses pengubahan energi yang efisien sehingga pastilah akan terjadi penurunan kualitas energi didalamnya. Kualitas energi ini disebut sebagai exergi. Exergi ini dapat ditransfer di antara sistem dan dapat dihancurkan oleh irreversibiltas di dalam sistem. Dalam pendekatan hukum ke-2 Termodinamika ini strategi efisiensi energi yang direkomendasikan adalah pemanfaatan energi secara optimal termasuk di dalamnya pemanfaatan exergi-exergi. Sehingga dalam pendekatan ini diharapkan tidak ada energi dan exergi yang terbuang percuma ke lingkungan.
Dari kedua analisis diatas yaitu analisis energi dan exergi. Diketahui bahwa hasil dari analisis exergi lebih mempunyai dampak secara signifikan dalam upaya efisiensi energi dan exergi secara optimal dibandingkan analisis energi. Beberapa kelebihan analisis exergi dibandingkan analisis energi menurut Agus Sugiyono (2000) adalah (1) lebih akurat dalam membuat desain yang optimal bagi proses industri maupun pembangkit listrik, (2) lebih teliti dalam menentukan energi yang hilang dalam proses maupun yang dibuang ke udara, dan terakhir (3) dapat menentukan kualitas energi. Jelasnya adalah memaksimalkan efisiensi hukum ke-2 Termodinamika akan mendorong strategi yang lebih baik daripada memaksimalkan efisiensi hukum ke-1 Termodinamika.
Contoh sederhana dalam membedakan kedua strategi antara hukum ke-1 dan 2 Termodinamika adalah dalam hal evaluasi penggunaan listrik untuk pemanas ruangan. Pendekatan hukum ke-1 Termodinamika hanya akan memberikan strategi efisiensi energi dengan cara merekomendasikan penggunaan peralatan pemanas ruangan yang efisien. Sedangkan hukum ke-2 Termodinamika menilai bahwa penggunaan listrik untuk pemanas ruangan termasuk dalam kategori pemborosan energi. Hal ini karena energi panas termasuk dalam kategori energi berkualitas rendah. Tugas dan kebutuhan energi kualitas rendah seperti pemanas ruangan ini dapat diperoleh lebih efisien dan murah dengan cara lain.
Di beberapa gedung perkantoran di beberapa negara maju, untuk memanaskan ruangan, energi panas tersebut dapat diperoleh dengan cara menangkap limbah panas yang dipancarkan dari peralatan kantor seperti komputer, mesin photocopy, dan lampu. Beberapa contoh lain yang sejenis dari strategi hukum ke-2 Termodinamika mengenai energi panas adalah dalam hal evaluasi penggunaan water heater (pemanas air), dimana untuk memanaskan air kita tidak lagi perlu menggunakan listrik, tetapi memanfaatkan limbah panas dari mesin Air Conditioner (AC) ataupun contoh lain adalah pemanfaatan limbah panas dari mesin generator listrik berbahan bakar solar untuk memanaskan air di bak mandi. Jadi dalam hal ini energi listrik yang merupakan energi dengan kualitas tinggi tetap dipertahankan untuk melakukan suatu kerja dengan kualitas yang sepadan. Sedangkan energi-energi listrik yang telah terkonversi menjadi energi panas, tidak begitu saja terbuang percuma ke lingkungan, tetapi dimanfaatkan untuk hal lain yang sepadan dengan kualitas energinya. Sehingga dengan cara ini pemanfaatan energi benar-benar dikelola secara optimal.
Lebih lanjut, dalam contoh skala yang lebih besar, semisal dalam suatu kota di pegunungan yang memerlukan kapasitas pemanas ruangan, strategi hukum ke-1 Termodinamika akan terdiri dari (1) penggunaan pemanas listrik yang sangat efisien, dan (2) membangun banyak pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Hal yang berbeda akan diberikan oleh hukum ke-2 Termodinamika yang akan terdiri dari (1) identifikasi sumber-sumber energi kualitas rendah dalam struktur lokal yang bisa dipanaskan dan (2) cara-cara menyalurkan sumber-sumber tersebut. Dari kasus-kasus diatas diketahui bahwa memaksimalkan efisiensi hukum ke-2 Termodinamika akan menghasilkan dampak yang lebih baik terhadap penentuan kebijakan di bidang energi.
Sejauh ini, penggunaan analisis exergi yang berdasarkan pada hukum ke-2 Termodinamika ini telah banyak diterapkan di berbagai proses industri maupun di pembangkit-pembangkit listrik. Untuk membuat model dalam analisis exergi ini melibatkan variabel-variabel data yang sangat banyak dan berinteraksi dengan persamaan yang kompleks. Penggunaan data-data primer tentang energi yang rinci dan konsisten, sangatlah diperlukan dalam mendukung pembuatan model exergi untuk kemudian dintreprestasi lebih lanjut untuk menentukan langkah-langkah efisiensi yang harus dilakukan. Tetapi jika data-data tersebut sulit diperoleh maka penggunaan data-data sekunder yang diturunkan dari data-data non energi dapatlah digunakan. Beberapa data yang diperlukan adalah pendapatan daerah, pendapatan sektor industri, jumlah rumah tangga, jumlah angkutan umum, penjualan listrik dari PLN dan data produksi dari sektor pertanian.
Hukum Termodinamika yang telah kita pelajari dalam bangku-bangku perkuliahan secara tersirat telah memberikan sebuah konsep yang unik dalam upaya efisiensi energi yang perlu terus kita gali dan kembangkan. Geliat perkembangan di bidang termodinamika dewasa ini terus melaju dan dinamis, termasuk diperkenalkannya konsep emergy (embodied energy) atau energi yang telah disertakan dalam suatu benda oleh H. T Odum dari Environmental Enginering Sciences University of Florida. Yang menurut beberapa pakar dibidang ini lebih baik daripada konsep exergy terutama bila merujuk pada sifat heterogenitas dari sistem. Akan tetapi di Indonesia sangat sedikit sekali bahkan bisa dikatakan tidak ada peneliti yang mengkaji dan menerapkan konsep emergy ini. Sehingga penggunaan konsep exergy di Indonesia masih layak untuk tetap diaplikasikan.