Sumber daya terbarukan adalah sumber daya yang dapat dihasilkan terus menerus di alam dan tidak habis-habisnya misalnya, kayu, energi matahari, energi angin, energi pasang surut, tenaga air, energi biomassa, bahan bakar nabati, energi panas bumi dan hidrogen. Mereka juga dikenal sebagai sumber non-konvensional energi dan mereka dapat digunakan lagi dan lagi dalam cara yang tak ada habisnya.
1. Energi Matahari:
Matahari menawarkan sumber energi yang ideal, persediaannya tidak terbatas, mahal, yang tidak menambah beban panas total bumi dan tidak menghasilkan polutan udara dan air. Ini adalah alternatif yang kuat untuk bahan bakar fosil dan nuklir. Energi matahari sangat melimpah tetapi, dengan efisiensi pengumpulan hanya 10%.
Insiden energi surya harian adalah antara 5 sampai 7 kWh/m 2 di berbagai bagian negara. Sumber daya energi matahari yang sangat besar ini dapat diubah menjadi bentuk energi lain melalui rute konversi termal atau fotovoltaik. Rute panas matahari menggunakan radiasi dalam bentuk panas yang pada gilirannya dapat diubah menjadi energi mekanik, listrik atau kimia.
Keterbatasan untuk pembangkit listrik tenaga surya:
- Intensitas energi matahari tidak konstan.
- Kepadatan energi matahari lebih rendah dibandingkan dengan minyak, gas atau batu bara dll.
- Ada masalah ekonomi mengumpulkan energi surya di wilayah yang luas.
- Masalah perancangan fasilitas yang dapat memanfaatkan sinar matahari yang tersebar.
Perangkat panas matahari seperti kompor surya, pemanas air surya, pengering surya, sel fotovoltaik, plat tenaga surya, tanur surya, dll.
Kolektor Panas Matahari:
Ini bisa bersifat pasif atau aktif. Pengumpul panas matahari pasif adalah bahan alami seperti batu, bata dll atau bahan seperti kaca yang menyerap panas di siang hari dan melepaskannya perlahan di malam hari. Kolektor surya aktif memompa media penyerap panas (udara atau air) melalui kolektor kecil yang biasanya diletakkan di atas bangunan.
Sel surya:
Mereka juga dikenal sebagai sel fotovoltaik atau sel PV. Sel surya terbuat dari wafer tipis bahan semikonduktor seperti silikon dan galium. Ketika radiasi matahari menimpa mereka, perbedaan potensial dihasilkan yang menyebabkan aliran elektron dan menghasilkan listrik.
Silikon dapat diperoleh dari silika dan pasir yang tersedia melimpah dan murah. Dengan menggunakan galium arsenida, kadmium sulfida atau boron, efisiensi sel PV dapat ditingkatkan. Beda potensial yang dihasilkan oleh satu sel berukuran 4 cm 2 sekitar 0,4-0,5 V dan menghasilkan arus sebesar 60 mili ampere.
Kompor Tenaga Surya:
Pemasak tenaga surya memanfaatkan panas matahari dengan memantulkan radiasi matahari menggunakan cermin langsung ke lembaran kaca yang menutupi kotak terisolasi hitam di mana makanan mentah disimpan.
Pemanas Tenaga Surya:
Ini terdiri dari kotak terisolasi dicat hitam dari dalam dan memiliki tutup kaca untuk menerima dan menyimpan panas matahari. Di dalam kotak terdapat kumparan tembaga bercat hitam yang mengalirkan air dingin, yang kemudian dipanaskan dan mengalir keluar ke tangki penyimpanan. Air panas dari tangki penyimpanan yang dipasang di atap kemudian dialirkan melalui pipa ke gedung-gedung seperti hotel dan rumah sakit.
Tungku Surya:
Di sini ribuan cermin bidang kecil disusun dalam reflektor cekung, yang semuanya mengumpulkan panas matahari dan menghasilkan suhu setinggi 3000°C.
Pembangkit Listrik Tenaga Surya:
Energi matahari dimanfaatkan dalam skala besar dengan menggunakan reflektor cekung yang menyebabkan air mendidih menghasilkan uap. Turbin uap menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Pembangkit listrik tenaga surya (kapasitas 50 K Watt) telah dipasang di Gurgaon, Haryana.
2. Energi Angin:
Tenaga angin adalah energi dari turbin yang menghasilkan listrik saat angin memutar bilah kincir angin. Sejumlah besar kincir angin dipasang dalam kelompok yang disebut ladang angin. Turbin angin dibangun dengan spesifikasi tertentu untuk memaksimalkan efisiensi pembangkit listrik.
Turbin tipikal berputar pada sekitar 10 hingga 25 putaran per menit dan jenis angin yang menghasilkan putaran ini sekitar delapan hingga 10 knot atau 10 mil per jam (16 km/jam). Dari perspektif meteorologi, angin digambarkan sebagai udara yang bergerak dan pada dasarnya adalah pergerakan dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah.
Gerakan ini ditingkatkan bila ada sedikit yang mengganggu aliran keseluruhan. Dengan demikian, pembangkitan energi turbin angin yang paling efektif harus dilakukan di daerah elevasi tinggi atau di atas perairan terbuka. Potensi tenaga angin negara kita diperkirakan sekitar 20.000 MW, sedangkan saat ini kita menghasilkan sekitar 1020 MW. Ladang angin terbesar di negara kita dekat Kanyakumari di Tamil Nadu menghasilkan listrik 380 MW.
3. Tenaga air:
Pembangkit listrik tenaga air pertama di India adalah pembangkit listrik tenaga air kecil 130 kW yang ditugaskan pada tahun 1897 di Sidrapong dekat Darjeeling di Benggala Barat. Dengan kemajuan teknologi dan meningkatnya kebutuhan listrik, penekanan dialihkan ke pembangkit listrik tenaga air berukuran besar.
Air yang mengalir di sungai dikumpulkan dengan membangun sebuah bendungan besar di mana air disimpan dan dibiarkan jatuh dari ketinggian. Bilah turbin yang terletak di dasar bendungan bergerak mengikuti arus air yang bergerak cepat yang selanjutnya memutar generator dan menghasilkan listrik.
Kita juga bisa membangun pembangkit mini atau mikrohidro di sungai di daerah perbukitan untuk memanfaatkan energi hidro dalam skala kecil, tetapi ketinggian air terjun minimal harus 10 meter.
Keuntungan:
Tenaga air memiliki beberapa keunggulan seperti:
sebuah. Ini adalah sumber energi yang bersih.
- Ini menyediakan fasilitas irigasi.
- Ini menyediakan air minum untuk orang yang hidup, khususnya di padang pasir Rajasthan dan Gujarat.
- Ini benar-benar tidak berpolusi, memiliki umur panjang, dan memiliki biaya pengoperasian dan pemeliharaan yang sangat rendah.
- Membantu mengendalikan banjir dan menyediakan air selama musim non-hujan untuk irigasi dan penggunaan lainnya.
Masalah:
Situs pembangkit listrik tenaga air (bendungan) memiliki masalah lingkungan utama:
sebuah. Situs bendungan khususnya kawasan hutan dan pertanian dan terendam selama konstruksi.
- Ini menyebabkan genangan air dan pendangkalan.
- Ini menyebabkan hilangnya keanekaragaman hayati dan populasi ikan dan organisme air lainnya terpengaruh.
- Menggusur masyarakat lokal dan menciptakan masalah rehabilitasi dan masalah sosial ekonomi terkait.
- Meningkatkan kegempaan karena volume besar air yang ditampung.
4. Energi Pasang Surut:
Pasang surut laut yang dihasilkan oleh gaya gravitasi matahari dan bulan mengandung energi yang sangat besar. ‘Pasang tinggi’ dan ‘pasang surut’ mengacu pada naik turunnya air di lautan. Perbedaan beberapa meter diperlukan antara ketinggian air pasang dan air surut untuk memutar turbin.
Energi pasang surut dapat dimanfaatkan dengan membangun rentetan pasang surut. Saat air pasang, air laut mengalir ke reservoir bendungan dan memutar turbin, yang pada gilirannya menghasilkan listrik dengan memutar generator. Pada saat air surut, ketika permukaan laut rendah, air laut yang disimpan di waduk rentetan mengalir ke laut dan kembali memutar turbin.
5. Energi Panas Laut:
Energi yang tersedia akibat perbedaan suhu air di permukaan laut tropis dan di tingkat yang lebih dalam disebut Ocean Thermal Energy (OTE). Selisih 20°C atau lebih diperlukan untuk mengoperasikan pembangkit listrik OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion). Air permukaan laut yang hangat digunakan untuk merebus cairan seperti amonia.
Uap cairan bertekanan tinggi yang dibentuk oleh pendidihan kemudian digunakan untuk memutar turbin generator dan menghasilkan listrik. Air yang lebih dingin dari lautan yang lebih dalam dipompa untuk mendinginkan dan mengembunkan uap menjadi cairan.
6. Energi Panas Bumi:
Energi panas bumi adalah panas dari Bumi. Ini bersih dan berkelanjutan. Sumber daya energi panas bumi berkisar dari tanah dangkal hingga air panas dan batuan panas yang ditemukan beberapa mil di bawah permukaan bumi, dan bahkan lebih dalam hingga suhu batuan cair yang sangat tinggi yang disebut magma.
Uap atau air panas tersebut keluar dari dalam tanah secara alami melalui retakan berupa geyser alami. Terkadang uap atau air mendidih di bawah bumi tidak menemukan tempat untuk keluar. Kita dapat mengebor lubang secara artifisial ke bebatuan panas dan dengan meletakkan pipa di dalamnya membuat uap atau air panas menyembur keluar melalui pipa dengan tekanan tinggi yang memutar turbin generator untuk menghasilkan listrik.
7. Energi Biomassa:
Kita telah menggunakan energi biomassa atau bio-energi, energi dari bahan organik selama ribuan tahun, sejak orang mulai membakar kayu untuk memasak makanan atau menghangatkan diri. Dan saat ini, kayu masih menjadi sumber energi biomassa terbesar kita.
Tetapi banyak sumber biomassa lain yang sekarang dapat digunakan, termasuk tumbuhan, residu dari pertanian atau kehutanan, dan komponen organik dari limbah perkotaan dan industri. Bahkan asap dari tempat pembuangan sampah dapat digunakan sebagai sumber energi biomassa.
Penggunaan energi biomassa memiliki potensi untuk mengurangi emisi gas rumah kaca kita. Biomassa menghasilkan jumlah karbon dioksida yang hampir sama dengan bahan bakar fosil, tetapi setiap kali tanaman baru tumbuh, karbon dioksida sebenarnya dikeluarkan dari atmosfer.
Emisi bersih karbon dioksida akan menjadi nol selama tanaman terus diisi ulang untuk keperluan energi biomassa. Tanaman energi ini, seperti pohon dan rumput yang tumbuh cepat, disebut bahan baku biomassa. Penggunaan bahan baku biomassa juga dapat membantu meningkatkan keuntungan bagi industri pertanian.
Pembakaran sisa tanaman atau kotoran hewan menyebabkan pencemaran udara dan menghasilkan banyak abu sebagai sisa limbah. Pembakaran kotoran menghancurkan nutrisi penting seperti Nitrogen dan Fosfor. Oleh karena itu, lebih bermanfaat untuk mengubah biomassa menjadi biogas atau bahan bakar bio.
8. Biogas:
Biogas adalah campuran metana, karbon dioksida, hidrogen dan hidrogen sulfit, konstituen utamanya adalah metana. Biogas diproduksi oleh degradasi anaerobik limbah hewan (terkadang limbah tanaman) dengan adanya air. Degradasi anaerob berarti pemecahan bahan organik oleh bakteri tanpa adanya oksigen.
Biogas adalah bahan bakar yang tidak berpolusi, bersih, dan berbiaya rendah yang sangat berguna untuk daerah pedesaan di mana terdapat banyak kotoran hewan dan limbah pertanian. Ada pasokan gas langsung dari pembangkit dan tidak ada masalah penyimpanan. Lumpur yang tersisa adalah pupuk kaya yang mengandung biomassa bakteri dengan sebagian besar nutrisi dipertahankan seperti itu.
Pembangkit biogas yang digunakan di negara kita pada dasarnya terdiri dari dua jenis:
1. Pabrik biogas tipe kubah tetap:
Pabrik fixed-dome terdiri dari digester dengan penampung gas tetap yang tidak dapat dipindahkan, yang berada di atas digester. Saat produksi gas dimulai, bubur dipindahkan ke tangki kompensasi. Tekanan gas meningkat dengan volume gas yang disimpan dan perbedaan ketinggian antara level slurry di digester dan level slurry di tangki kompensasi.
Biaya pembangkit biogas fixed-dome relatif rendah. Ini sederhana karena tidak ada bagian yang bergerak. Juga tidak ada bagian baja yang berkarat dan oleh karena itu umur pabrik yang panjang (20 tahun atau lebih) dapat diharapkan. Pabrik dibangun di bawah tanah, melindunginya dari kerusakan fisik dan menghemat ruang.
Sementara digester bawah tanah terlindung dari suhu rendah pada malam hari dan selama musim dingin, sinar matahari dan musim hangat membutuhkan waktu lebih lama untuk memanaskan digester. Tidak ada fluktuasi suhu siang/malam di dalam digester yang secara positif memengaruhi proses bakteriologis.
Pembangunan pabrik kubah tetap padat karya, sehingga menciptakan lapangan kerja lokal. “Pabrik fixed-dome tidak mudah dibangun. Mereka hanya boleh dibangun di mana konstruksi dapat diawasi oleh teknisi biogas yang berpengalaman. Kalau tidak, tanaman mungkin tidak kedap gas.
2. Pabrik biogas tipe drum terapung:
Pabrik drum terapung terdiri dari digester bawah tanah dan penampung gas yang bergerak. Penampung gas mengapung baik secara langsung di atas bubur fermentasi atau di dalam selubung airnya sendiri. Gas tersebut ditampung dalam tabung gas yang naik atau turun, sesuai dengan jumlah gas yang tersimpan. Drum gas dicegah agar tidak miring dengan kerangka pemandu. Jika drum mengapung di jaket air, drum tidak akan tersangkut, bahkan di substrat dengan kandungan padat yang tinggi.
Di masa lalu, pabrik drum apung sebagian besar dibangun di India. Pabrik drum apung terdiri dari digester berbentuk silinder atau kubah dan penampung gas atau drum yang bergerak dan mengambang. Penampung gas mengapung baik secara langsung di dalam bubur fermentasi atau di jaket air terpisah.
Drum tempat biogas terkumpul memiliki kerangka pemandu internal dan/atau eksternal yang memberikan stabilitas dan menjaga drum tetap tegak. Jika biogas dihasilkan, drum bergerak ke atas, jika gas habis, penampung gas tenggelam kembali.
Drum baja relatif mahal dan intensif perawatan. Penghapusan karat dan pengecatan harus dilakukan secara teratur. Umur drum pendek (hingga 15 tahun; di daerah pesisir tropis sekitar lima tahun). Jika substrat berserat digunakan, penampung gas menunjukkan kecenderungan untuk “terjebak” di buih mengambang yang dihasilkan.
9. Bio-bahan bakar:
Tidak seperti sumber energi terbarukan lainnya, biomassa dapat diubah langsung menjadi bahan bakar cair, yang disebut “bahan bakar hayati”, untuk membantu memenuhi kebutuhan bahan bakar transportasi. Dua jenis bahan bakar nabati yang paling umum digunakan saat ini adalah etanol dan biodiesel.
Etanol adalah alkohol, sama seperti bir dan anggur (walaupun etanol yang digunakan sebagai bahan bakar dimodifikasi agar tidak dapat diminum). Ini paling sering dibuat dengan memfermentasi biomassa apa pun yang mengandung karbohidrat tinggi melalui proses yang mirip dengan pembuatan bir.
Saat ini, etanol dibuat dari pati dan gula, tetapi para ilmuwan NREL sedang mengembangkan teknologi yang memungkinkannya dibuat dari selulosa dan hemiselulosa, bahan berserat yang menyusun sebagian besar materi tumbuhan.
Etanol juga dapat diproduksi dengan proses yang disebut gasifikasi. Sistem gasifikasi menggunakan suhu tinggi dan lingkungan rendah oksigen untuk mengubah biomassa menjadi gas sintesis, campuran hidrogen dan karbon monoksida. Gas sintesis, atau “syngas”, kemudian dapat diubah secara kimiawi menjadi etanol dan bahan bakar lainnya.
Etanol sebagian besar digunakan sebagai bahan pencampur dengan bensin untuk meningkatkan oktan dan mengurangi karbon monoksida dan emisi penyebab asap lainnya. Beberapa kendaraan, yang disebut Kendaraan Bahan Bakar Fleksibel, dirancang untuk menggunakan E85, bahan bakar alternatif dengan kandungan etanol yang jauh lebih tinggi daripada bensin biasa.
Biodiesel dibuat dengan menggabungkan alkohol (biasanya metanol) dengan minyak nabati, lemak hewani, atau minyak goreng daur ulang. Ini dapat digunakan sebagai aditif (biasanya 20%) untuk mengurangi emisi kendaraan atau dalam bentuk murni sebagai bahan bakar alternatif terbarukan untuk mesin diesel.
Penelitian tentang produksi bahan bakar transportasi cair dari alga mikroskopis, atau mikroalga, muncul kembali di NREL. Mikroorganisme ini menggunakan energi matahari untuk menggabungkan karbon dioksida dengan air untuk membuat biomassa lebih efisien dan lebih cepat daripada tumbuhan darat.
Strain mikroalga kaya minyak mampu menghasilkan bahan baku untuk sejumlah bahan bakar transportasi – biodiesel, diesel dan bensin “hijau”, dan bahan bakar jet – sambil mengurangi efek karbon dioksida yang dilepaskan dari sumber seperti pembangkit listrik.
10. Hidrogen:
Hidrogen (H 2 ) sedang gencar dieksplorasi sebagai bahan bakar kendaraan penumpang. Ini dapat digunakan dalam sel bahan bakar untuk menggerakkan motor listrik atau dibakar di mesin pembakaran internal (ICE). Ini adalah bahan bakar ramah lingkungan yang berpotensi mengurangi ketergantungan kita pada minyak impor secara dramatis, tetapi beberapa tantangan signifikan harus diatasi sebelum dapat digunakan secara luas.
Manfaat bahan bakar hidrogen:
- Diproduksi Dalam Negeri:
Hidrogen dapat diproduksi di dalam negeri dari beberapa sumber, mengurangi ketergantungan kita pada impor minyak bumi.
- Ramah Lingkungan:
Hidrogen tidak menghasilkan polutan udara atau gas rumah kaca saat digunakan dalam sel bahan bakar; itu hanya menghasilkan nitrogen oksida (NOx ) ketika dibakar di ICE .
Tantangan Bahan Bakar Hidrogen:
- Biaya dan Ketersediaan Bahan Bakar:
Hidrogen saat ini mahal untuk diproduksi dan hanya tersedia di beberapa lokasi, kebanyakan di California.
- Biaya dan Ketersediaan Kendaraan:
Kendaraan sel bahan bakar saat ini terlalu mahal untuk dibeli sebagian besar konsumen, dan hanya tersedia untuk beberapa armada demonstrasi.
- Penyimpanan Bahan Bakar di Kapal:
Hidrogen mengandung energi yang jauh lebih sedikit daripada bensin atau solar berdasarkan volume, sehingga menyulitkan kendaraan hidrogen untuk melaju sejauh kendaraan bensin di antara pengisian bahan bakar – sekitar 300 mil. Teknologi meningkat, tetapi sistem penyimpanan hidrogen onboard belum memenuhi target ukuran, berat, dan biaya untuk komersialisasi.