MESIN STIRLING

MESIN STIRLING

Oleh : Leonid SP, dari berbagai sumber ( akhir nop 2008 )

Pengantar

Mesin Stirling adalah mesin pembakaran eksternal yang menggunakan udara atau gas ( helium, hydrogen, nitrogen, methanol dsb) sebagai fluida kerjanya, bekerja berdasarkan prinsip peredaran termodinamika (motor udara panas), ditemukan pada tahun 1816 oleh Robert Stirling, Kilmamock-Skotlandia. Jadi pada mesin Stirling, gas hanya disusutkan dan kemudian dikembangkan dengan pemanasan dari luar.

Sebuah regenerator memungkinkan panas yang dihasilkan disimpan di dalam, sebagian menggantikan energi panas karena sedikitnya alih panas yang dimungkinkan melalui dinding heat-exchanger. Energi panas disimpan di dalam regenerator sementara gas penggerak menyusup ke ruangan yang dingin, dan kemudian dilepaskan sewaktu kembali ke ruangan ekspansi panas. Tenaga terjadi pada temperatur yang tinggi dan konstan, sangat ideal untuk setiap mesin. Kompresi terjadi pada temperatur rendah, dan hampir tidak ada energi panas yang hilang. Tenaga bersih yang dihasilkan adalah akibat perbedaan antara pengembangan gas bertemperatur tinggi dan mengkompresi gas bertemperatur rendah.

Mesin ini dapat membakar setiap bahan bakar padat (solid) atau cairan sebagai sumber pemanasannya. Hal ini menyebabkan mesin stirling sangat menarik, khususnya pada situasi dimana bahan bakar konvensional saat ini sangat mahal dan sulit untuk memperolehnya. Beberapa jenis mesin Stirling , selain demikian efektif juga sangat mudah pembuatannya, sehingga menjadi pilihan yang terbaik untuk sistem pembangkit listrik di beberapa negara berkembang.

Sejarah pengembangannya

Sejak awalnya mesin Stirling memiliki reputasi kerja yang baik dan masa kerja yang lama ( di atas 20 tahun), antara lain digunakan sebagai mesin pompa air dengan kapasitas rendah, yaitu pada pertengahan abad ke sembilanbelas sampai sekitar tahun 1920, yaitu ketika mesin pembakaran internal dan motor listrik mulai menggantikannya.

Mesin dengan udara panas (hot-air machine) dikenal karena cara kerjanya yang mudah, kemampuannya menggunakan berbagai jenis bahan bakar; selain itu operasinya aman, tidak berisik, efisiensinya memadai (moderate) , stabil dan rendah biaya perawatannya. Kekurangannya adalah ukurannya yang sangat besar namun daya keluarannya (output) kecil dan harganya investasinya tinggi / mahal (untuk ukuran saat itu).

Lepas dari pada itu, karena biaya operasinya rendah, maka mesin Stirling dipilih aplikasinya untuk mesin dengan tenaga uap – pilihan satu-satunya pada saat itu- yang boros bahan bakar untuk mesin dengan daya yang sama, dan memerlukan perhatian khusus untuk mencegah terjadinya bahaya ledakan atau kerusakan lainnya.

Kekurangan utama lainnya untuk jenis mesin udara panas adalah kecenderungannya gagal operasi apabila heater head terlalu panas, walaupun hal itu kemudian dapat diatasi setelah dilakukan rekayasa ulang heater head nya, yang dapat mencegah panas lebih, serta aman pada mesin dengan daya rendah .

Namun tetap saja penyempurnaan ini tidak mampu meningkatkan daya saing mesin ini terhadap mesin-mesin pembakaran internal lainnya yang bermunculan dipasaran pada waktu itu yang harganya jauh lebih murah.

Penemuan baru baja tahan karat (stainless steel) dan berkembangnya pengetahuan pada proses mesin termodinamik yang kompleks, mengawali temuan mesin-mesin baru, menjelang dan sesudah perang Dunia ke II. Desain mesin udara panas yang disempurnakan , dengan bobot dan harga yang lebih murah, konstruksi dan operasinya yang mudah, dan yang lebih penting lagi adalah variasi bahan bakarnya yang tetap tidak berubah (bisa dengan udara ataupun gas). Ironisnya, beberapa negara maju justru tidak tertarik menggunakan sistem mesin yang “sangat sederhana” ini untuk umpamanya pada mesin otomotif yang canggih, sistem pembangkit daya (listrik,dll, bukan untuk daya dorong primer) pada pesawat ruang angkasa dll.

Situasi ini kemudian berubah tahun 1980, setelah USAID ( Agen AS untuk bantuan pengembangan internasional) mendanai pengembangan pembuatan mesin Stirling untuk negara-negara berkembang , dan itu dimulai dari Bangladesh. Dari sinilah berawal prospek pengembangan dan pemanfaatan mesin Stirling untuk negara-negara berkembang lainnya , di Afrika, Asia dan Amerika Latin, sebagai salah satu solusi mesin yang murah dan hemat energi dengan menggunakan udara atau gas ( helium, hydrogen, nitrogen, methanol dsb) sebagai fluida kerjanya.

Mesin Stirling generasi baru ini jauh lebih kuat, lebih efisien, tidak berisik, mudah penggunaannya, dan memiliki daya tahan yang lebih tinggi, serta mudah diproduksi secara massal. Digunakan antara lain untuk mesin pembangkit listrik, mesin pendingin, mesin pompa dll.

Jenis mesin Stirling

Tergantung kepada penggunaannya, mesin Stirling kemudian berkembang menjadi beberapa jenis , antara lain :

1. Crank-drive Stirling Engine. Mesin jenis ini pembuatan dan operasinya mudah, tidak menggunakan pelumas (oli) pada crankcase nya. Untuk mencegah masuknya oli ke crankcase, digunakan jenis bantalan : sealed roller bearings, ball bearings atau bushing dari bahan teflon yang tidak dilubrikasi. Daya (energi) diperoleh dari gerakan maju-mundurnya piston ( system linier). Untuk operasinya diperlukan bahan bakar.
2. Simple Free-Piston Engine. Bekerja dengan udara atmosfir sebagai bahan bakar kerjanya, dan putarannya sangat rendah. Kelebihan jenis mesin ini adalah daya angkat dan efisiensinya sangat tinggi . Digunakan biasanya untuk pompa (displacement pump). Mesin dengan displacer berdiameter 60 cm, dengan putaran 1 rotasi per detik (cycle per second), mampu menghasilkan daya sekitar 500 watt (50 liter-meter/sec)
3. Free-Cylinder Engine. Mesin jenis resiprokal (berputar), antara lain untuk pompa .
4. Duplex Stirling Engine, untuk mesin freezer penyimpan bahan makanan yang portable.
5. Free-Piston Alternator Engine. Digunakan antara lain dalam pengembangan mesin Stirling pembangkit listrik yang digerakkan dengan bantuan panas surya (matahari). Kapasitas daya sampai 20 kw. Dalam beberapa tahun ke depan diharapkan akan lebih besar lagi kapasitasnya.

Penggunaan mesin Stirling

Antara lain :

1. Mesin pompa untuk irigasi (pengairan) dengan menggunakan Biomasa*)
2. Mesin pembangkit listrik (generator) , ukuran kecil dan pemukiman (daya besar)
3. Mesin pemecah padi, gandum dsb, memakai sekam sebagai bahan bakarnya*)
4. Mesin untuk pendingin / freezer portable.
5. Mesin-mesin dengan tenaga surya (matahari) sebagai pembangkit dayanya. Aplikasinya luas, bisa mesin pompa, generator listrik dll.

Catatan : *) sebagai pemanasnya . Mesin Stirling biasanya digunakan untuk mesin penggerak dengan daya antara 100 watts sampai 20 kW.

Kelebihan mesin Stirling adalah :

· Frekuensinya stabil/ konstan

§ Mesin Stirling dapat bekerja pada sembarang sumber energi panas, termasuk bahan kimia, sinar surya (solar), limbah pertanian (sekam, tempurung kelapa dsb), kayu bakar, berbagai produk minyak bakar (biomassa, biofuel dsb),. panas bumi dan nuklir.

§ Kemungkinan implementasi mesin Stirling banyak sekali, namun sebagian besar masuk pada kategori mesin piston resiprokal.

§ Perbedaan yang menyolok dengan mesin pembakaran internal adalah potensi untuk menggunakan sumber panas terbarukan pada mesin Stirling lebih mudah, suara mesin lebih lembut (tenang), tidak berisik / bising dan biaya perawatannya lebih rendah.

§ Biaya kapital per unit daya ($/kW) dapat ditekan lebih rendah . Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal untuk daya yang sama , maka biaya investasi mesin Stirling untuk saat ini umumya masih lebih besar dan lebih berat, namun perawatannya jauh lebih mudah dan ekonomis. Sehingga secara menyeluruh biaya energinya masih dapat bersaing ketat. Efisiensi panasnya juga berimbang (untuk mesin-mesin yang kecil) berkisar antara 15% - 30%. Dengan basis biaya investasi per unit daya di atas, untuk unit generator dengan kapasitas s/d 100 kW., mesin Stirling masih kompetitif harganya.

Mesin Stirling tenaga surya

Sebagaimana yang terlihat pada gambar di bawah ini, mesin Stirling Tenaga Surya (Free-Piston Alternator Engine) menggunakan tenaga surya sebagai pembangkit energi / “bahan bakarnya”. Sebagaimana telah disebutkan di atas, prinsip kerjanya adalah berdasarkan prinsip peredaran termodinamika (motor udara panas). Jadi pada mesin Stirling, gas hanya disusutkan dan kemudian dikembangkan dengan pemanasan dari luar. Sebagaimana kita ketahui, tenaga surya adalah termasuk salah satu sumber daya terbarukan (tidak pernah habis, sampai bermilyar-milyar tahun ke depan) yang paling ekonomis dan mudah didapatkan, gratis lagi. Dan hal ini merupakan nilai lebih dari mesin Stirling tenaga surya, ekonomis dan mudah pengoperasiannya. Mesin Stirling tenaga surya adalah termasuk salah satu dari jenis mesin hemat energi.

Mungkin yang agak mengganggu (dari segi konstruksi dan biaya) adalah sistem parabola sebagai reflektor sinar surya yang terfokus ke mesin stirling, yang terkopel dengan suatu generator listrik (selanjutnya kita sebut generator Stirling). Yang lazim kita ketahui adalah, piringan reflektor sinar pada parabola biasanya dibuat dari bahan yang memantulkan sinar seperti kaca, ataupun pelat logam dengan permukaan mengkilat . Untuk ukuran parabola yang kecil, tentunya tidak banyak masalah yang timbul, dan mungkin masih bisa ditekan biaya pembuatannya. Namun bagaimana bila diperlukan suatu ukuran yang lebih besar, katakan lebih dari 2-3 meter ? Sudah pasti akan menelan biaya produksi yang lebih mahal dan tidak ekonomis.

Ternyata seorang ilmuwan dari Jerman Barat, Prof. dr.Hans Kleinwachter (direktur Bomin Solar GmbH di Lorrach) menemukan ide membuat reflektor sinar surya yang tidak berat, tahan terhadap angin dan perubahan cuaca (hujan dsb). Dia dengan tim yang terdiri atas beberapa insinyur dan konstruktor membuat reflektor ringan dari lembaran semacam plastik yang dilapisi dengan logam , yang ringan dan mampu memantulkan 80% sinar surya yang datang. Untuk melindungi dari terpaan hujan dan angin, ia membuat sebuah kubah tembus pandang yang bias melewatkan sinar. Dari 100% sinar surya yang datang, setidaknya 72% akan sampai ke titik baker reflector.

Konstruksi Reflektor Kleinwachter

Temuan Prof.Hans Kleinwachter yang kemudian disebut Reflektor Kleinwachter memiliki keunikan, yang dapat memangkas biaya pembuatan (dan produksi secara massal) reflektor dalam bentuk parabola dengan ukuran sedang dan besar.

Keunikannya , seperti disebutkan di atas terletak pada reflektornya. Lembaran tersebut dipasang pada suatu teromol, sedemikian sehingga rapat dan tidak terjadi kebocoran.Udara dalam teromol yang tertutup rapat (kedap udara) disedot dengan pompa vakum. Perbedaan tekanan antara atmosfir luar dan dan isi teromol yang vakum, akan menyebabkan lembaran tersebut tertekan ke dalam teromol. Karena ditahan oleh tepi teromol yang berbentuk lingkaran, lembaran itu akan membentuk bidang mirip parabola. Akibatnya terbentuk titik bakar, yang diperlukan reflektor untuk memanaskan dan menggerakkan mesin-generator (genset) Stirling. Unik dan cukup sederhana bukan?!

Sistem mesin-generator Stirling dengan reflektor Kleinwachter, dengan memanfaatkan sinar surya / matahari mungkin dapat menjadi pilihan yang tepat untuk diadopsi dan diaplikasikan di tanah air. Selain karena sistemnya mengacu kepada pemanfaatan energi alternatif ( & energi terbarukan), mengurangi ketergantungan kita kepada penggunaan energi fosil (minyak & gas bumi) terutama dalam menghadapi krisis energi yang melanda dunia termasuk Indonesia tentunya, yang entah kapan akan berakhirnya.

Methane Hydrate

China and India Exploit Icy Energy Reserves

By Gerald Traufetter

China and India have reported massive finds of frozen methane gas off their coasts, which they hope will satisfy their energy needs. But environmentalists fear that tapping these resources could have adverse effects on the world climate.

On the surface, it looked like any other drill core from the ocean floor. Its shimmering grayish-green surface was both slippery and grainy at the same time. But the sample only revealed its exciting secret when the geologists on board the "Bavenit," a drilling ship, lowered the pressure in the steel tube and held a lit match to the upper end. Suddenly a yellowish-red flame began licking from the slick material.

"As astonishing phenomenon," noted the scientists from the Guangzhou Marine Geological Survey. So astonishing, in fact, that when their ship pulled into the harbor at Shenzen on June 12 of this year, the scientists were all smiles.

Shengxiong Yang and Nengyou Wu, the two expedition leaders, stand an excellent chance of going down in the history of their country as heroes. The material they pulled from the muddy ocean floor of the South China Sea has the potential to satisfy the energy needs of China and its fast-growing economy.

The flames in the drill core were coming from methane hydrate, a material first discovered in the 1970s. Its unique characteristic is that it is a seemingly frozen and yet flammable material.

In the West, this potential fuel from the ocean floor has for the most part been the stuff of fantasy. But it's a different story in Asia. The People's Republic of China is investing millions to study this massive source of energy. The same holds true for India, South Korea and Taiwan, all nations that are on a fast track to surpassing the West as economic powers.

FROM THE MAGAZINE

Find out how you can reprint this DER SPIEGEL article in your publication.

These countries -- especially China, which produces one third of the world's steel and aluminum and half of its cement -- are playing a key role at the United Nations Climate Change Conference, currently being attended by roughly 10,000 delegates on the Indonesian island of Bali.

The needs of these emerging economies continue to rise. Each year, China increases its power consumption by an amount equal to France's total annual power production. By the end of 2007, the country, with its population of 1.3 billion, will have surpassed the United States as the world's No. 1 producer of greenhouse gases.

It is one of the ironies of the Kyoto Protocol that China is still treated as a developing country, which means that, legally speaking at least, it is not obligated to pay any heed to climate protection issues. However, China and the world's other budding economic superpowers will no longer enjoy that status under a follow-up agreement to Kyoto, which the delegates in Bali plan to initiate.

The Chinese government is pursuing a double strategy. On the one hand, it expresses great concern over climate change. Observers were astonished to note that Prime Minister Wen Jiabao used the terms "environment," "pollution" and "environmental protection" 48 times in his address to the National People’s Congress this year. China, he said, will not repeat the mistake of "polluting first and cleaning up later."

At the same time, however, China is energetically seeking new ways to satisfy its voracious demand for more energy. And Chinese officials are pinning their hopes on methane hydrate as one of these ways.

Graphic: Energy from Ice

Methane, trapped in an icy cage of water molecules, occurs in permafrost and, in even greater quantities, beneath the ocean floor. It forms only under specific pressure and temperature conditions. These conditions are especially prevalent in the ocean along the continental shelves, as well as in the deeper waters of semi-enclosed seas (see graphic).

World reserves of the frozen gas are enormous. Geologists estimate that significantly more hydrocarbons are bound in the form of methane hydrate than in all known reserves of coal, natural gas and oil combined. "There is simply so much of it that it cannot be ignored," says leading expert Gerhard Bohrman of the Research Center for Ocean Margins (RCOM) in the northern German city of Bremen.

A few months ago, Chinese Premier Wen Jiabao held the material in his hand -- or rather, in a metal ice bucket with flames shooting from the top. He was visiting an Australian research center at the time, but now he can just as easily watch the same spectacle unfold in Chinese research laboratories.

The Chinese researchers found the methane hydrate, also known as crystal gas, because of its molecular structure, in a layer of sediment 15 to 20 meters (50 to 65 feet) thick off the Chinese coast. "It was embedded in clay and silt ," says John Roberts, whose firm Geotek provided the technical equipment for the drilling expedition.

This is the sort of information natural gas companies like to hear. The porosity of this sediment mix is well suited to drilling for the gas. "The gas hydrate has never found in this form before," Roberts explains. It suddenly seems conceivable that production using conventional techniques could work.

One possible method would involve the use of drilling tubes that would conduct heated fluid into the cold reservoirs. This would dissolve the icy cage encasing the methane. The next step would be to capture the gas through a second opening.

These are the kinds of prospects that have inspired others to emulate the Chinese researchers' success. Japan has built the world's largest research drilling ship, the Chikyu, primarily to study methane hydrate. India has invested €200 million to launch a major national program -- and has already reported successes.

Methane Hydrate

SECONDARY Article: Energy on Ice - Methane Hydrates

What are the energy sources of the future? Some scientists believe methane hydrate is one of the answers. But what, exactly, is it? A gas hydrate, such as methane hydrate, is a crystalline solid known as a clathrate. The word clathrate has its origins in the Latin word meaning “to enclose with bars.” It follows then that clathrates are a class of chemical substances made of two unique materials, one of which encloses the other in an open, lattice-like cage. There is no chemical bonding to hold the two materials together, only the physical structure. The most abundant naturally forming clathrate is methane hydrate.

Methane hydrate is formed when water molecules freeze around a molecule of methane gas. It is typically found in two distinct geologic areas—on land in the subsurface sediments of permafrost regions, or in oceanic sediments under at least 450 meters of water. Pressure, temperature, and the availability of water and methane are the determining factors in how much hydrate develops. When hydrates form they fill in the porous space in the sediments.

As early as 1890, scientists were studying clathrates. At that time they were considered a laboratory oddity, mostly because they often formed well above the freezing point of water. It wasn’t until 1930, when natural gas pipelines were extended into colder climates, that methane hydrates received more attention. Engineers discovered that water ice was not a problem for pipeline flow in the colder regions, the real culprit was methane hydrate. Even with this discovery, the clathrates were considered a nuisance rather than a resource.

In 1964, the attitude of laboratory oddity or engineering nuisance changed to one of potential energy resource when a Russian drilling crew in northern Siberia encountered naturally occurring methane hydrate. This frozen natural gas discovery started a worldwide search for more deposits. By the 1970s, methane hydrate had also been located in ocean sediments.

Most methane hydrate deposits in the U.S. are located in the Alaskan Outer Continental Shelf. Additional deposits are onshore in northern Alaska, in the Gulf of Mexico, and on the western and eastern outer continental shelves. The U.S. Geological Survey (USGS) estimates the U.S. to have about 200,000 trillion cubic feet of methane hydrate. This number dwarfs the estimated 1,400 trillion cubic feet of recoverable conventional methane from natural gas reserves and reservoirs. Worldwide estimates of methane hydrate deposits reach the overwhelming number of 400 million trillion cubic feet—far outdistancing the 5,500 trillion cubic feet of proven worldwide gas reserves.

The U.S. relies on natural gas for heating, cooking, transportation, industry and products. As national and worldwide supplies become more scarce, new resources for methane are a domestic priority. According to the U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, “If only one percent of the methane hydrate resource could be made technically and economically recoverable, the United States could more than double its domestic natural gas resource base.” To that end, Congress approved the Methane Hydrate Research and Development Program in 2000. This program has provided tens of millions of dollars in matching seed funds for research and development of methane hydrate as an energy resource. More recently, in November 2005, the U.S. Department of Energy announced $2 million in funding for five research projects focused on the energy potential, safety and environmental impacts of methane hydrate exploration and development.

Scientists are researching specific concerns about methane hydrate recovery and use which include drilling safety issues, potential influences on global climate change as methane is a potent greenhouse gas and the natural release of vast quantities from hydrate deposits would affect the global carbon cycle, cost effective transportation of the gas to the surface, and the possible impact of hydrate removal on ocean floor stability.

As natural gas supplies decrease and the demand for cleaner fuels increases, methane hydrates may well play a role in the U.S. energy portfolio.

For more information about methane hydrates, visit:

1. U.S. Department of Energy Office of Fossil Energy: www.fe.doe.gov/programs/oilgas/hydrates
2. U.S. Department of Energy National Energy Technology Laboratory: www.netl.doe.gov/scngo/NaturalGas/hydrates/rd-program/GOM_JIP/index.html
3. U.S. Department of Interior U.S. Geological Survey: http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/hydrates

Gas Hidrat Metan

Gas Hidrat Metan (Methane hydrate)

Sumber energi alternatif masa depan, pengganti BBM

Oleh : Soesilo P *), dari beberapa sumber.

Ditengah ramainya pembicaraan mengenai tingginya harga bahan bakar minyak dan upaya setiap negara untuk mencari energi alternatif pengganti BBM, penggunaan gas hidrat metan sebagai energi abad 21 juga ramai dibicarakan oleh para ahli. Ada banyak alasan yang menyebabkan bangsa Indonesia juga perlu lebih intensif melakukan penelitian di bidang gas hidrat metan ini.

Gas hidrat metan yang dikenal juga sebagai "nyala dalam es" atau "fire in the ice" merupakan senyawa metan (CH₄) yang bernama ilmiah "methane hydrate". Selama jutaan tahun, mikroba telah menghancurkan bahan-bahan organik pada sedimen lautan, memproduksi metan sebagai zat sisa. Gas metan (CH4) merupakan gas rumah kaca yang lebih kuat daripada karbon dioksida. Gas ini biasanya berasal dari hasil pembakaran biomassa atau rawa-rawa (proses alam seperti biogenik, termogenik, dan abiogenik) . Selain itu gas ini juga ada (terperangkap) dalam jumlah yang sangat banyak di sedimen lantai samudera, terkubur pada kedalaman 1.000 kaki lebih di dalam es yang dikenal sebagai methane clathrate. Clathrate ini stabil hanya pada kisaran suhu sangat rendah (sedikit di atas titik beku air ) dan tekanan tertentu (sekitar 5 megapascal), dan akan mencair secara cepat dan melepaskan gas yang mudah terbakar ke udara jika dibawa ke permukaan laut (pada suhu dan tekanan udara bebas).

Devinder Mahajan, seorang ahli kimia di Laboratorium Nasional Brookhaven memiliki resep untuk "memasak" dengan hidrat : Penuhi wadah dengan air dan sedimen, taruh dalam gas metan dan dinginkan dibawah tekanan tinggi (1.500 pound per inci kubik). Setelah beberapa jam, hidrat akan terbentuk dan stabil pada suhu 4 derajat celcius. Dengan menghidupkan korek api pada hidrat yang sedang mencair maka jadilah es yang dapat membakar ("fire in the ice").

Banyak perhitungan yang telah dilakukan mengenai besarnya keberadaan gas hidrat di bumi. Meskipun perhitungan yang dilakukan masih dalam bentuk perhitungan kasar. Tetapi hampir semua prediksi volume gas hidrat merujuk dalam jumlah yang sangat besar yaitu sekitar 200.000 Tcf (trilyun kaki kubik).

Dengan besarnya cadangan gas hidrat di bumi tersebut, potensinya untuk menggantikan penggunaan bahan bakar minyak memang cukup besar. Di samping itu, pencarian potensi keberadaan gas hidrat ini masih sedikit dilakukan, sehingga estimasi besarnya cadangan gas hidrat sangat berpeluang untuk menjadi semakin besar, seiring dengan semakin banyaknya penelitian yang dilakukan.

Spekulasi lebih jauh menunjukkan apabila temperaturnya meningkat setinggi ini akan berakibat pada pelepasan secara cepat dan tidak dapat dibalikkan untuk hidrat metan yang terkunci di dasar laut, menjadikan lepasnya gas metan, salah satu gas rumah kaca paling kuat ke atmosfir. Mekanisme serupa adalah salah satu teori yang menjelaskan tentang kepunahan pada masa Permian-Triassic sekitar 252 juta tahun yang lalu, dan Paleocene-Eocene Thermal Maximum sekitar 55 juta tahun yang lalu. Diperkirakan bumi membutuhkan waktu sekitar 100.000 tahun untuk kembali menjadi normal sesuai dengan Thermal Maximum.

Hal ini bukan berarti bahwa hidrat metan di laut tidak mengalami letusan sama sekali. Penelitian dengan menggunakan fosil dari bakteri yang tumbuh dengan subur pada konsentrasi metan yang tinggi, menunjukkan bahwa jumlah gas yang besar pasti telah dilepaskan di basin Santa Barbara, Kalifornia pada 44.000 tahun yang lalu.

Potensi cadangan gas hidrat metan di Indonesia berdasarkan penelitian adalah sebesar 858,6 Tcf, berada di perairan selatan pulau Sumatera, Sulawesi dan Jawa. Sebagai perbandingan, potensi ladang gas Natuna diperkirakan sebesar 222 Tcf, atau seperempatnya cadangan gas hidrat metan. Has hidrat metan lebih padat dari gas alam. Untuk 1 meter kubik gas hidrat akan melepaskan 164 meter kubik gas alam/ metan pada suhu 25^o C dan tekanan 1 atm (suhu dan tekanan udara bebas) , sehingga diperkirakan cadangan energi tersebut tidak akan habis dalam kurun waktu 800 tahun. Bisa dibayangkan betapa besar potensi energi Indonesia dimasa mendatang !

Dalam sistem gas alam padat, gas hidrat (NGH) diproduksi dari percampuran gas alam dengan air untuk membentuk kristal es. Gas alam padat terjadi ketika beberapa partikel kecil dari gas seperti metana, etana, dan propana, menstabilkan ikatan hidrogen dengan air untuk membentuk struktur sangkar 3 dimensi dengan molekul gas alam terjebak dalam sangkar tersebut. Sebuah sangkar terbuat dari beberapa molekul air yang terikat oleh ikatan hidrogen. Tipe ini dikenal dengan nama clathrates. Gas alam padat diperkirakan akan menjadi media baru untuk penyimpanan dan transportasi gas, sebab memiliki stabilitas yang tinggi pada suhu dibawah 0^o C pada tekanan atmosfer. Kestabilan tersebut disebabkan lapisen es yang terjadi pada saat hidrat terurai (terdisosiasi) menutupi hidrat dan mencegah penguraian lebih lanjut.

Sampai sekarang memang belum ada gas hidrat yang berhasil dikembangkan menjadi sumber energi, tapi melihat indikasi yang ada, gas ini dipercaya suatu hari nanti bisa menjadi bahan bakar alternatif menggantikan minyak bumi. Gas hidrat metan termasuk "renewable energy" atau "energi terbarukan", yang tidak akan habis sekalipun terus diambil. Gas akan terbentuk kembali selama sumbernya masih ada yang tersisa.

Metana adalah gas rumah kaca dan pelepasannya diperkirakan sebagai akibat dari menghangatnya suhu laut oleh pemanasan global .Mengapa lautan bisa cukup hangat untuk mengeluarkan metana dari kurungan es-nya masih belum diketahui. Sejumlah teori mengatakan kemungkinan akibat dari aktifitas vulkanik.

Walaupun destabiliasi massal hidrat metan sepertinya tidak mungkin, menghangatnya kawasan Artik secara cepat adalah titik panas potensial .

Lautan Artik dan daratan bekunya mengandung lebih sedikit hidrat metan, karena temperatur sangat dingin-lah yang membuatnya tetap membeku, bukan oleh tekanan besar.

Penelitian Kanada dan Jepang di Artik beberapa waktu yang lalu telah membuktikan bahwa kuantitas ekonomis dari metan dapat diperoleh pada hidrat di permukaan. walaupun hidrat metan di Alaska terbatas, jumlah hidrat yang terkubur di dasar laut dan lainnya jauh lebih besar.

Sampai saat ini teknologi eksplorasi gas hidrat metan sudah bisa dilakukan, tetapi banyak permasalahan dalam hal teknologi untuk membuat gas hidrat itu dalam kondisi stabilnya. Proses pengeboran sering kali menyebabkan perubahan tekanan dan suhu sehingga gas bermigrasi ke tempat lain. Dengan begitu perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai karakteristik dari gas hidrat metan ini sehingga kita bisa memanfaatkan gas hidrat itu menjadi sumber energi alternatif yang murah dan aman.

Ada berbagai pertimbangan dalam menentukan pemilihan energi alternatif. Beberapa isu yang cukup penting untuk dipertimbangkan adalah : 1) Harga produksi sebuah energi alternatif dibandingkan dengan bahan bakar minyak. 2) Keberadaannya di bumi, dan jenis energi yang dihasilkan; apakah termasuk energi terbarukan atau tidak. 3) Kemudahan pengolahan atau proses produksi untuk bisa digunakan. Keberadaan sumber energi yang menjadi bahan baku bagi sumber energi alternatif tersebut (jika bukan merupakan energi yang langsung diambil dari alam). 4) Manfaat tambahan yang bisa ditawarkan oleh energi alternatif tersebut. 5) Nilai keamanan bagi penggunaan energi tersebut. 6) Kemudahan proses modifikasi peralatan yang akan menggunakan energi tersebut.

Metode pemboran "hot water simulation" sejauh ini belum berhasil memanaskan gas hidrat secara terus menerus. Gas hidrat kembali beku dan tidak bisa diangkat ke permukaan. Biaya eksploitasinya yang masih mahal juga menjadi salah satu kendalanya.

HASIL PEMETAAN DENGAN KAPAL RISET

Seperti dikatakan di atas, pada umumnya, gas hidrat metan lebih sering ditemukan di laut. dalam . Distribusi gas hidrat di dunia menunjukkan kecenderungan yang lebih merata dibandingkan dengan keberadaan minyak bumi. Negara-negara yang selama ini adalah konsumen terbesar pengguna minyak bumi seperti Amerika, Jepang dan Kanada, diperkirakan memiliki cadangan gas hidrat metan dalam jumlah besar. Tidak terkecuali , perairan Indonesia diperkirakan juga memiliki cadangan yang cukup besar . Sementara itu, di India, para peneliti menemukan kandungan metan hidrat dengan ketebalan hingga 132 meter di cekungan Krisna Godavari. Menurut Malcolm Lall, direktur program gas hidrat India, kandungan tersebut merupakan salah satu yang terbesar di dunia. Selain itu ditemukan juga kandungan metan hidrat di kepulauan Andaman dengan kedalaman 600 meter dari dasar laut.

Sejak tahun 1994, Indonesia telah memulai penelitian untuk mencari potensi gas hidrat metan yang ada di perairan laut dalam , antara lain bekerjasama dengan Bundessanstalt fur Geowisseschaften und Rohstoffe dari Jerman dan Japan Marine Agency for Marine Earth Science and Technology.

Ekspedisi kapal riset Yokosuka milik pemerintah Jepang ini terbilang istimewa sebab didukung oleh kapal selam berawak Shinkai 6500, yakni salah satu kapal selam yang dapat menyelam hingga kedalaman 6500 di bawah permukaan laut milik Jamstec. Shinkai 6500 mampu membawa satu orang peneliti dan dua operator yang bisa bertahan selama delapan jam pada kedalaman 3000 meter. Hasil penelitian selama dua bulan penyelaman tersebut berhasil memetakan cadangan gas hidrat sebanyak 6,6 x 1012 meter kubik atau atau setara 233 trilyun kaki kubik (Tcf) pada area seluas 8.200 kilometer persegi. Pada penelitian selanjutnya di perairan dalam Sumatera Selatan, Selat Sunda dan kawasan selatan Jawa Barat yang ditelusuri pada tahun 1999 ditemukan potensi cadangan gas hidrat sebesar 17,7 x 1012 meter kubik atau 625 Tcf, dengan area seluas 22.125 kilometer persegi. Keseluruhan, potensi cadangan gas hidrat di seluruh Indonesia sebesar 858,6 Tcf (trilyun kaki kubik). Jumlah yang sangat besar untuk bumi kita Indonesia !!

Berbagai perhitungan telah dilakukan mengenai besarnya keberadaan gas hidrat di bumi. Perhitungan yang dilakukan masih dalam bentuk perhitungan kasar, akan tetapi hampir semua prediksi volume gas hidrat merujuk dalam orde yang sangat besar. Diperkirakan besarnya volume gas hidrat di atas 200.000 Tcf. Secara garis besar, total potensi gas hidrat ini diperkirakan sebesar 2 kali lipat dari keberadaan bahan bakar fosil baik yang terbarukan maupun yang tidak terbarukan (batu bara, minyak dan gas). Dengan besarnya cadangan gas hidrat di bumi, potensinya untuk menggantikan penggunaan bahan bakar minyak memang cukup besar. Di samping itu, pencarian potensi keberadaan gas hidrat ini masih sedikit dilakukan, sehingga estimasi besarnya cadangan gas hidrat sangat berpeluang untuk menjadi semakin besar, seiring dengan semakin banyaknya penelitian yang dilakukan.

Penelitian-penelitian tersebut telah dapat menyimpulkan bahwa gas hidrat metan ini bisa dieksplorasi untuk diolah menjadi sumber energi baru dimasa depan , menggantikan sumber energi minyak (BBM).

Gas metan relatif mudah untuk dimanfaatkan tanpa membutuhkan banyak modifikasi pada mesin. Dengan keunggulan yang dimiliki, gas metan, justru memberikan harapan yang lebih baik terhadap performa mesin, memperpanjang waktu penggunaan, dan kemudahan perawatan. Trend untuk beralih kepada gas-based economy juga dilakukan pemerintah Indonesia. Dengan demikian, pada saat teknologi eksploitasi gas hidrat juga telah kita kuasai, akan semakin mudah bagi kita untuk melakukan proses peralihan ke penggunaan gas metan ini.

Selain potensi di atas, ada lagi potensi gas bebas yang biasanya terperangkap di bawah lapisan gas hidrat. Melihat beberapa penelitan mengenai ketebalan gas bebas ini (free gas), agaknya jumlahnya juga berada dalam orde yang sangat besar. Dengan demikian, keberadaannya yang selalu seiring dengan keberadaan gas hidrat, akan dapat diperhitungkan sebagai potensi tambahan bagi eksploitasi gas hidrat.

Sebagai salah satu anggota Konsorsium Gas Hidrat International (International Methane Hydrate Consorsium) , Indonesia berperan aktif mengirimkan delegasinya dalam forum yang diselenggarakan setiap tahunnya, untuk mengikuti perkembangan terbaru dari kegiatan penelitian maupun pengembangan teknologi terkait eksploitasi gas hidrat metan tsb. Penelitian juga terus digalakkan, terutama untuk memetakan potensi cadangan gas metan hidrat di perairan sepanjang palung Aceh, Sumatera, Jawa dan Irian, yang membentang sepanjang kurang lebih 6.000 kilometer !

Diperkirakan, pada tahun 2020 mendatang gas hidrat baru bisa diproduksi secara massal sebagai bahan bakar alternatif baru menggantikan BBM.( bahan bakar fosil - minyak dan gas bumi). Kita masih mempunyai cukup waktu untuk terus melakukan kajian dan penelitian yang lebih dalam sebelum tiba waktunya untuk mengeksploitasinya secara besar-besaran.

Apabila proses eksplotitasi gas hidrat ini sudah bisa dilakukan, maka akan banyak manfaat yang akan kita peroleh dari penggunaan gas hidrat sebagai pengganti bahan bakar minyak, sebagai proses transisi dari petreoleum-based ke gas-based economy. Metan sebagai gas yang paling banyak terdapat dalam gas hidrat, selain menjanjikan gas buang yang bersih juga memberikan kemudahan dalam proses transportasi dari satu tempat ke tempat yang lain. Pembakaran gas metan menghasilkan karbon dioksida dan polutan yang rendah, sehingga secara biomedis merupakan gas yang tidak mengganggu kesehatan tubuh, karena tubuh bisa mentolerir polutan dalam kadar rendah.

Bagaimanapun, menurut Direktur Teknologi Inventarisasi Sumber Daya Alam BPPT, Yusuf S.Djajadihardja, dalam mengolah gas ini diperlukan kehati-hatian sebab kalau salah eksplorasi dan terjadi kebocoran ke udara maka bisa mengganggu stabilitas lapisan ozon. Eksploitasi gas metan hidrat secara besar-besaran nantinya jangan sampai menimbulkan dampak pencemaran terhadap lingkungan , khususnya tanah air kita.

*) Mantan Pertamina EP, Anggota Pantis SNI –Energi Baru.