1

A. Judul

LaTEC (Land Thermal Energy Conversion) Energi Alternatif Terbarukan

Ramah Lingkungan

B. Latar Belakang

Merupakan suatu kenyataan bahwa kebutuhan akan energi, khususnya energi

listrik di Indonesia, makin berkembang menjadi bagian tak terpisahkan dari

kebutuhan hidup masyarakat sehari-hari seiring dengan pesatnya peningkatan

pembangunan di bidang teknologi, industri dan informasi. Namun pelaksanaan

penyediaan energi listrik sampai saat ini masih belum dapat memenuhi kebutuhan

masyarakat akan energi listrik secara keseluruhan. Berdasarkan hasil studi untuk

tahun 2025 di Indonesia setelah dihitung batu bara, gas, dan sumber lain,

kebutuhan energi listrik akan meningkat tahun 2000 sebanyak 29 gigawatt, tahun

2025 akan meningkat 100 gigawatt (Arnold, 2004)1. Selain itu, makin

berkurangnya ketersediaan sumber daya energi fosil, khususnya minyak bumi,

yang sampai saat ini masih merupakan tulang punggung dan komponen utama

penghasil energi listrik di Indonesia, serta makin meningkatnya kesadaran akan

usaha untuk melestarikan lingkungan, menyebabkan kita harus berpikir untuk

mencari altematif penyediaan energi listrik yang memiliki karakter:

1. dapat mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian energi fosil,

khususnya minyak bumi

2. dapat menyediakan energi listrik dalam skala lokal regional

3. mampu memanfaatkan potensi sumber daya energi setempat, serta cinta

lingkungan, dalam artian proses produksi dan pembuangan hasil

produksinya tidak merusak lingkungan hidup disekitarnya.2

Oleh karena itu, dalam penelitian ini kami mencoba untuk memberikan

sumber energi alternatif baru, yaitu panas tanah, yang dapat dimanfaatkan sebagai

sumber energi listrik dan menjadi salah satu solusi dalam menangani isu krisis

energi yang terjadi saat ini.

C. Perumusan Masalah

Rumusan masalah penelitian ini adalah:

1) (http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1104525170&7) (Diakses pada 6 Oktober

2011, pukul 10.00 WIB)

2) ( http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1101089425&9) (Diakses pada 20 September

2011, pukul 18.15 WIB

2

a. Bagaimana memanfaatkan panas tanah untuk dijadikan sumber energi?

b. Karakteristik tanah seperti apa yang cocok untuk dimanfaatkan sebagai

sumber energi?

c. Apakah ada efek pencemaran dari pemanfaatan panas tanah ini?

D. Tujuan

Tujuan dalam penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetahui seberapa besar potensi yang dimiliki suhu tanah yang

dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik.

2. Untuk mengetahui karakteristik tanah yang paling baik potensinya

sebagai sumber energi ini.

3. Untuk mengetahui pengaruh pemanfaatan panas tanah terhadap

lingkungan

E. Luaran yang Diharapkan

Beberapa luaran yang diharapkan dari hasil penelitian ini, diantaranya.

1. Peta daerah potensi energi panas tanah

Peta ini dibuat berdasarkan kriteria tanah yang didapat ketika penelitian

dan suhu permukaan yang sesuai untuk dijadikan tempat instalasi

pembangkit listrik.

2. Jurnal ilmiah

Jurnal ilmiah berupa rangkaian tulisan yang berisi kegiatan penelitian ini

diharapkan dapat dipublikasi sebagai sarana informasi bagi tersusunnya

penelitian ilmiah lanjutan di masa mendatang.

F. Kegunaan

Penelitian terkait pemanfaatan panas tanah menjadi energi listrik ini

diharapkan memberikan kegunaan sebagai berikut.

1. Membuka wawasan dan memberi contoh atau gambaran nyata tentang

simulasi konversi energi dengan sumber panas tanah.

2. Memberi gambaran dan analisis ruang tentang potensi pemanfaatan energi

bersumber suhu tanah dengan peta daerah potensi energi panas tanah.

3

3. Membantu program REDD (Reduce Emission from Deforestation and

Degradation) karena dengan memanfaatkan panas tanah dapat

mengurangi emisi yang dilepaskan bumi ke atmosfer.

4. Menyebarluaskan atau memberi gambaran sederhana tentang ilmu

pengetahuan baru pada masyarakat tentang energi bersumber panas tanah.

G. Tinjauan Pustaka

G.1. Suhu Tanah

Penurunan suhu tanah adalah akibat pengaruh residu permukaan dengan

merefleksikan radiasi matahari dan isolasi permukaan tanah (Shinners et al,

1993; Van Wijk et al, 1959). Energi surya di permukaan tanah dibagi menjadi

heat flux tanah, sensible heat reflection, dan panas laten untuk penguapan air.

Heat flux dalam tanah tergantung pada kapasitas panas dan konduktivitas

termal dari tanah, yang bervariasi dengan komposisi tanah, kerapatan, dan

kadar air (Hillel, 1998; Juri et al, 1991.). Karena partikel tanah memiliki

kapasitas panas yang lebih rendah dan lebih besar konduktivitas panasnya

dari air, tanah kering berpotensi hangat dan dingin lebih cepat daripada tanah

basah. Proses pengolahan tanah mengubah tingkat pengeringan dan

pemanasan karena pengolahan mengganggu permukaan tanah, juga

meningkatkan kantong-kantong udara di mana penguapan terjadi, dan

akhirnya mempercepat pengeringan dan pemanasan tanah.

Pada daerah tropis, suhu tanah hanya memiliki perbedaan kurang dari

5oC antara suhu rata-rata musim panas dan suhu rata-rata musim dingin.

Dalam Soil Taxonomy (1975), rezim suhunya dikategorikan sebagai

isotermik.

Tabel 1. Rezim Suhu Tanah

Rata-Rata Suhu Tanah

Tahunan (oC)

Perbedaan antara suhu tanah rata-rata musim panas

dan musim dingin

<5oC >5

oC

>22 Isohipertermik Hipertermik

4

15-22 Isotermik Termik

8-15 Isomesik Mesik

<8 Isofrigid Frigid

Suhu tanah biasanya diukur pada kedalaman 50 cm dari permukaan

tanah, yang tidak terpengaruh perubahan suhu harian. Karena tidak

tersedianya data suhu tanah, maka suhu tanah dapat diukur berdasarkan suhu

atmosfer diatasnya, dengan faktor koreksi 1-2oC. Toy et. Al (1978)

memberikan persamaan untuk menghitung suhu tanah bulanan dari suhu

udara bulanan, yaitu:

Suhu TANAH = 2,337 + 0,986 Suhu UDARA

Parameter tanah yang diperlukan untuk menjelaskan aliran panas melalui

konduksi pada tanah adalah kapasitas panas, konduktivitas termal, dan

difusivitas termal (rasio konduktivitas termal terhadap kapasitas panas).

Ketiga parameter tersebut bervariasi menurut kandungan air dalam tanah.

1. Tanah yang kering memiliki konduktivitas termal yang rendah, karena

udara dalam pori-pori tanah merupakan konduktor panas yang buruk

2. Kapasitas panas akan naik seiring naiknya konduktivitas termal

3. Difusivitas termal akan menurun, karena konduktivitas termal naik lebih

lambat daripada kapasitas panas, maka tanah yang basah adalah tanah

yang memiliki suhu rendah.

Suhu pada tanah dapat tergantung pada ketinggian, luas permukaan,

kedalaman, warna, kandungan air, agregat dan mulsa (tutupan lahan).

1. Semakin basah tanah, maka suhu akan semakin sulit naik daripada tanah

yang lebih sedikit kandungan airnya.

2. Semakin gelap warna tanah maka semakin mudah mengalami kenaikan

suhu

5

3. Semakin besar agregat tanah dan semakin kecil pori-pori dalam tanah

maka semakin besar konduksi yang terjadi, maka kenaikan suhu akan

semakin besar

4. Semakin sedikit/renggang mulsa, maka tanah akan lebih mudah

mengalami perubahan suhu (Ekern, 1967)

5. Semakin luas permukaan yang menerima panas, semakin besar perubahan

suhu naik

6. Pada daerah tropis, semakin tinggi 100 m maka suhu udara akan turun

0,6oC, begitu juga suhu tanah

7. Semakin dekat dengan katulistiwa, maka suhu tanah akan semakin

meningkat.

G.2. Amonia (NH3)

Amonia merupakan senyawa kimia dengan rumus NH3. Biasanya

senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau

amonia). Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan

nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak

kesehatan. Demi menjaga kesehatan, orang dibatasi 15 menit bagi kontak

dengan amonia berwujud gas berkonsentrasi 35 ppm volume, atau 8 jam untuk

25 ppm volume.

Amonia yang digunakan secara komersial dinamakan amonia anhidrat.

Istilah ini menunjukkan tidak adanya air pada bahan tersebut. Karena amonia

mendidih di suhu -33 °C, cairan amonia harus disimpan dalam tekanan tinggi

atau temperatur amat rendah. Walaupun begitu, kalor penguapannya amat

tinggi sehingga dapat ditangani dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup

asap. "Amonia rumah" atau ammonium hidroksida adalah larutan NH3 dalam

air. Konsentrasi larutan tersebut diukur dalam satuan baumé. Produk larutan

komersial amonia berkonsentrasi tinggi biasanya memiliki konsentrasi 26

derajat baumé (sekitar 30 persen berat amonia pada 15.5 °C). Amonia yang

berada di rumah biasanya memiliki konsentrasi 5 hingga 10 persen berat

amonia. Amonia umumnya bersifat basa (pKb=4.75), namun dapat juga

bertindak sebagai asam yang amat lemah (pKa=9.25).

6

Amonia memiliki ciri sederhana untuk diamati, salah satunya dari

baunya yang tajam. Sifatnya yang cukup beracun, dapat membahayakan

kesehatan manusia hanya dari ujud gasnya. Namun meski cukup beracun, zat

kimia ini sangat bermanfaat untuk dimanfaatkan dalam produksi pupuk,

plastik, hingga bahan peledak. Titik leleh dan didih amonia secara berurutan -

33.5oC dan -77.7

oC, dan lebih tinggi dari PH3 dan AsH3.

G.3. Siklus Rankine

Siklus rankine merupakan siklus termodinamika yang mengubah panas

menjadi kerja. Siklus ini dibagi menjadi dua jenis, yaitu siklus tertutup dan

siklus terbuka. Pada pemanfaatan panas tanah menjadi energi listrik

digunakan siklus tertutup dengan menggunakan ammonia sebagai fluida yang

bergerak.

Secara umum, penelitian ini menggunakan panas tanah untuk

dimanfaatkan evaporator agar cairan amonia akan menjadi bertekanan.

Tekanan ini menyebabkan amonia mendidih atau menjadi uap. Ini bekerja

karena hukum gas ideal yang menyatakan bahwa suhu berbanding lurus

Gambar 1. Kogenerasi siklus Rankine uap dengan system pemanasan ulang

7

dengan tekanan, karena itu jika tekanan meningkat dalam sistem, suhu juga

meningkat. Uap amonia kemudian menyebar, bergerak ke turbin. Dengan

menggunakan kondesor uap amonia diubah kembali menjadi cairan. Cairan

amonia ini kemudian ditekan oleh pompa dan memulai siklus lagi (Thomas,

1993). Siklus Rankine, dalam teori, mampu menghasilkan non-zero net

power karena fakta bahwa energi lebih sedikit diperlukan untuk

meningkatkan tekanan cairan maka dapat dipulihkan ketika fluida yang sama

menyebar sebagai uap.

H. Metode Pelaksanaan

H.1. Metode pengumpulan data

Pengumpulan data pada penelitian ini dilakukan secara observasi dan

laboratorium. Data yang diambil pada penelitian ini merupakan data

mengenai karakteristik fisik tanah, suhu tanah, serta tekanan yang

dihasilkan fluida. Berikut tahapan pengumpulan data pada penelitian ini:

1.1 tahap pendahuluan

Pada tahap ini dilakukan perancangan titik-titik pengambilan sampel

tanah yang akan diuji. Sebelumnya dilakukan analisis mengenai jenis

tanah di beberapa tempat berdasarkan peta tanah yang datanya didapat

dari Balai Penelitian Tanah, Bogor. Sampel tanah diambil sesuai

dengan lokasi yang ditentukan pada perancangan sampling untuk

masing-masing kriteria tanah, seperti struktur, kandungan unsur,

agregat, kadar air, dan warna.

1.2 tahap uji

1.2.1 Uji Tanah

Sampel tanah yang telah diambil dilakukan uji laborarotium

untuk mengetahui nilai dari masing-masing kriteria dan

kaitannya terhadap radiasi yang diterima dari sinar matahari

‘soil thermal conductivity’.

1.2.2 Uji Fluida

Uji fluida dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tekanan

yang dihasilkan oleh pemanasan terhadap fluida (ammonia)

8

oleh panas tanah pada masing-masing sampel tanah yang

diujikan. Hal ini dilakukan untuk estimasi besarnya daya yang

dapat dihasilkan dari gerak turbin oleh tekanan fluida

terpanaskan.

H.2. Pengolahan data

Langkah-langkah yang dilakukan dalam menganalisis data adalah sebagai

berikut.

1. Analisis perbedaan struktur, kandungan unsur, kadar air, agregat, dan

warna tanah terhadap konduktivitas termal berdasarkan data hasil uji

laboratorium.

2. Analisis penyimpanan panas dan anomalinya berdasarkan waktu

penyinaran matahari pada masing-masing kriteria tanah

3. Pembuatan rekayasa wilayah penelitian dengan tanah yang memiliki

konduktivitas termal terbaik.

4. Analisis termodinamika pada tekanan yang dihasilkan oleh pemanasan

ammonia.

5. Model matematis dan simulasi alat pembangkit listrik tenaga panas

tanah berdasarkan data dan perhitungan yang didapat pada penelitian.

6. Perhitungan daya yang dihasilkan oleh turbin pada simulator dan

analisis ekonomi mengenai input dan output yang dihasilkan sebagai

parameter keberhasilan.

H.3. Penarikan kesimpulan

Penarikan kesimpulan merupakan jawaban dari permasalahan dan tujuan

yang disimpulkan berdasarkan hasil analisis output yang berupa peta dan

model dari data yang diperoleh.

9

Skema model penelitian

I. Jadwal Kegiatan

Perancangan Sampling Tanah

Pengambilan Data

Deskripsi Data

Analisis Data

Uji Fluida dan Pengukuran

Tekanan

Pembuatan Rekayasa Wilayah

Analisis Data

Pembuatan Model dan

Simulator

Penyusunan Laporan

10

J. Rancangan Biaya

No. Rincian Biaya

1 Biaya Internet Rp 25.000

2 Biaya Print Rp 50.000

3 Perbanyak Proposal Rp 50.000

4 Penjilidan Proposal Rp 25.000

7 Ammonia 10% Rp 500.000

8 Sewa Pompa Hidrolik Rp 400.000

9 Sewa manometer Rp 500.000

10 Survei Lapang Rp 1.200.000

11 Perizinan Rp 150.000

12 Pengolahan dan Analisis

Data Rp 2.000.000

13 Pembuatan Simulator Rp 500.000

14 Uji Laboratorium Tanah Rp 2.000.000

15 Penulisan Laporan Rp 100.000

16 Finalisasi dan Perbanyak

Laporan Rp 250.000

Total Biaya Rp 7.750.000

11

K. Daftar Pustaka

C. Dejfors., et al. 1998. Ammonia-Water Power Cycles For Direct-Fired

Cogeneration Applications. Energy Convers. Mgmt Vol. 39, No. 16-18,

pp. 1675 – 1681

Finney, K. A. 2008. Ocean Thermal Energy Conversion. Guelph

Engineering Journal, (1), 17 - 23.

LIPI. Pengembangan Energi Terbarukan Sebagai Energi Aditif di Indonesia.

http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1101089425&9 (Diakses pada 4

Agustus 2011, Pukul 16.30)

Quoilin, Sylvain. 2007. Experimental Study and Modeling of a Low

Temperature Rankine Cycle for Small Scale Cogeneration. Faculty Of

Applied Sciences, University of Liege

Robinson, C. Soil Temperature.

http://www.wtamu.edu/~crobinson/SoilTemp/index.html (Diakses pada 5

Agustus 2011, Pukul 10.16)

Singarella, Paul. N., Adams, E. Eric. 1982. Physical And Numerical

Modeling Of The External Fluid Mechanics Of OTEC Pilot Plants.

Massachusetts Institute of Technology: Cambridge, Massachusetts

Uehara, Goro dan Gillman, Gavin. 1981. The Mineralogy, Chemistry, and

Physics of Tropical Soils with Variable Charge Clays. Westview Press:

Colorado

12

L. Lampiran

Biodata Peserta (Ketua)

1. Nama lengkap : Fidelis Awig Atmoko

2. Tempat tanggal lahir : Bogor, 27 April 1991

3. Alamat rumah : Jl. Cibalagung Indah 1 No. 15, Pasirjaya

Kec. Bogor Barat, Kota Bogor 16119

4. NPM : 0906555071

5. Nomor telp/handphone : 08821510035 (Email: fidelis.awig@ui.ac.id)

6. Jurusan dan fakultas : Departemen Geografi, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

Ketua

Fidelis Awig Atmoko

Biodata Peserta (Anggota)

1. Nama lengkap : Angga Dito Fauzi

2. Tempat tanggal lahir : Ujung Pandang, 06 Mei 1992

3. Alamat rumah : Jl. Toddopuli VI Perumahan Puri Taman Sari Blok C 8 / 8, Makassar, Sulawesi Selatan

4. NPM : 1006757303

5. Nomor telp/handphone : 08124139348 (Email: angga.dito@ui.ac.id)

6. Jurusan dan fakultas : Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

Anggota

Angga Dito fauzi

Biodata Peserta (Anggota)

1. Nama lengkap : Ibni Sabil A’ifa Zaenal Manan

2. Tempat tanggal lahir : Cilacap, 27 April 1990

3. Alamat rumah : Jl. Banyupanas No. 37 Rt 06/02 Cipari, Kec.

Cipari – Kab. Cilacap 53262

4. NPM : 0906514935

5. Nomor telp/handphone : 085229762200 (Email: ibni.sabil@ui.ac.id)

6. Jurusan dan fakultas : Departemen Geografi, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

7. Karya Tulis

“Dana Aspirasi, Kedok Baru Selimuti Korupsi”

13

(Finalis lima besar Olimpiade Ilmiah Mahasiswa Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia, 2010)

“Rokok di Indonesia, Madu atau Racun?”

(Juara Lomba Essay Olimpiade Kastrat Denta Fair 2010)

Anggota

Ibni Sabil A Z M

Biodata Peserta (Anggota)

1. Nama lengkap : Miqdad Anwarie

2. Tempat tanggal lahir : Bogor, 21 November 1990

3. Alamat rumah : Pajeleran RT02/07 No.43, Sukahati, Cibinong

4. NPM : 0906515004

5. Nomor telp/handphone : 081574000348 (Email: miqdad.anwarie@ui.ac.id)

6. Jurusan dan fakultas : Departemen Geografi, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

7. Karya Tulis

Website GIS Kesehatan Menjawab ”Mencegah Lebih Baik Daripada

Mengobati” (LKTG Nasional – Undiksha)

”Analisis Spasial Area Potensi Panasbuni Dengan Survei Panasbumi

Terpadu (Geografi, Geologi, Geokimia) dan Teknologi Penginderaan

Jauh” (Juara 2 Sub-tema energi pada Konferensi Ilmuwan Muda Indonesia –

FMIPA UI)

Anggota

Miqdad Anwarie

Biodata Dosen Pendamping

Nama Lengkap : Adi Wibowo S.Si., M.Si.

NIP/NUK : 0307050163

Pangkat dan

: Penata / III/c

Golongan Ruang

Tanggal Lahir / Umur : 25 Mei 1972 / 38 tahun

14

Tempat Lahir : Jakarta

Jenis Kelamin : Pria

Agama : Islam

Status

Pernikahan : Menikah

Alamat Rumah

: Jl. Teluk Sampit. No. 78A Komplek TNI AL Rawa

Bambu Ps. Minggu JAK – SEL

Kode Pos : 12520

No. Telepon : ( 021) 7800019

No. HP : 0811848149

E-mail : adi.w@ui.ac.id

PUBLIKASI

2004 Merentang Waktu, Menapak Cerita di Sekitar Parakan Salak Geo Spasial

Edisi 2/Th II Agustus 2004

2005 Membaca, memahami dan menulis dengan Peta Geo Spasial Edisi 31 Juni

2005 Mewujudkan Mimpi Geo Spasial Edisi 31 Juni 2005

2006 Pembangunan Basis Data SIG Disajikan dalam kegiatan Apresiasi Teknik

Analisis Penyusunan RTRQ di Wilayah IV, diselenggarakan DPU, 11-13

September 2006, Sorong Irian Jaya

2006 Sitem Informasi Geografis

Workshop BMG "Meteorologi, klimatologi dan Geofisika untuk Media Massa dan

Pengguna Jasa, 14-15 Juni 2006, Bogor

2007 Cariying Capacity in Jakarta City Sistem Informasi Kepegawaian

15

1st Joint Seminar "Curent Research in NAtural and Mathematical Sciences

Collaboration Opportunity at UI and UKM, 19 -20 Juni 2007, FMIPA UI

2007 Sebaran Manifes Panasbumi di Parakan Salak HIBAH SETILA FMIPA UI

2008 Analisis Spasial Geo Spasial Edisi Mei 2008

2008 Analisis Spasial dalam SIG: Adi Wibowo ,Geo Spasial Vol 6/No 1 Mei

2008 Distribution of Manifestacion Geothermal on Parakan Salak ICRS,

Kolombo, 2008

2008 GPS Navigasi untuk Pemetaan Semiar Sehari/Kuliah Umum tema GPS

untuk Navigasi dan Pemetaan, 14 April 2008, Gd. B 101 FMIPA UI Depok

2009 Pemetaan Ekologis Sempadan Sungai (Studi Kasus Ci Liwung) Jurnal

Geografi, Vol 2. No.1 Janurai 2004 hal. 64 - 76, Dept. Geografi FMPA UI

2009 Pemetaan Evaluasi Ekosistem Estuari Forum Riset Geomarin: Neraca dan

Akutansi Sumberdaya Alam Laut Sarana Pembangunan Berkelanjutan

2009 Sistem Informasi Geografis dengan Open Source Software Workshop

Pengkayaan Bidang Sistem Informasi Geografis untuk Guru SMA

2010 GIS DI WEB PEMERINTAH DAERAH DI INDONESIA

2010 Manfaat Peta Sekala Besar Majalah Globe, Vol 12, Tahun Juni 2010, 67-72,

Bakosurtanal, ISSN 125752 (akreditasi B, Bidang Kebumian, SK Kepala

LIPI No. 253/Akre-LIPI/P2MBI/ 2010/

2010 Panduan Membaca Peta Bagi Guru Geografi SMA HIBAH PENG-MAS UI

2010 Panduan Membaca Peta Bagi Pengemudi Taksi HIBAH PENG-MAS UI

2010 Pemanfaatan Teknologi GIS untuk Kepentingan Militer di Indonesia

Sinposium Tenologi Survei dan Pemetaan dalam rangka HUT ke-64 Topografi

Angkatan Darat, 20 April 2010, Jakarta

Dosen Pendamping

Adi Wibowo S.Si., M.Si.

NIP 0307050163