Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Membelah Massa Menuai Energi

Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Teori Einstein tentang kesetaraan massa dan energi telah membuka kemungkinan baru untuk memperoleh energi dari pemecahan atau penggabungan massa. Rumus kesetaraan dari Einstein yang sangat sederhana dan terkenal menyatakan bahwa energi sama dengan massa dikalikan dengan kuadrat kecepatan cahaya. Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) adalah salah satu hasil teknologi yang dibuat berdasarkan teori Einstein tersebut.

Prinsip dasar PLTN

Pada dasarnya PLTN beroperasi dengan prinsip yang sama seperti pembangkit listrik konvensional, tetapi dengan perbedaan pada cara pembangkitan panas untuk menghasilkan uap. Pada pembangkit listrik konvensional, panas dihasilkan dari pembakaran bahan fosil (minyak, batubara, gas), sedang pada PLTN panas dihasilkan dari reaksi pembelahan inti atom bahan bakarnya (Uranium) di dalam reaktor nuklir. Panas yang dihasilkan digunakan untuk membangkitkan uap di dalam alat pembangkit uap dan kemudian, sama seperti pada pembangkit konvensional, uap digunakan untuk menggerakkan turbin dan generator untuk menghasilkan listrik. Dalam membangkitkan listrik, PLTN tidak membebaskan asap atau debu yang mengandung logam berat atau CO2, SO2, NOx ke lingkungan.

Gambar di bawah ini menunjukkan skema prinsip pengoperasian PLTN jenis reaktor tekan (PWR).

Pembelahan Inti

Seperti sudah disebutkan di atas, panas untuk membangkitkan uap dalam PLTN didapatkan dari proses pembelahan inti. Gambar di bawah ini menunjukkan proses pembelahan inti. Bila sebuah partikel neutron berhasil masuk ke dalam inti atom bahan bakar Uranium, maka inti Uranium menjadi lebih tidak stabil dan akibatnya mengalami pembelahan. Hasil dari pembelahan ini adalah dua buah atom materi yang lain, 2 sampai 3 buah neutron baru dan energi. Total massa seluruh materi yang terbentuk sesudah terjadinya pembelahan inti atom Uranium lebih kecil daripada sebelum terjadi pembelahan. Selisih massa inilah yang berubah menjadi energi. Neutron baru yang terbentuk setelah pembelahan inti dapat menumbuk inti atom Uranium lain dan seterusnya menghasilkan atom materi lain, 2-3 buah neutron baru dan energi. Demikian seterusnya sehingga terbentuklah sebuah reaksi berantai. Satu gram Uranium akan dapat menghasilkan daya sebesar 1 juta watt selama 1 hari. Seandainya sebuah rumah menggunakan energi sebesar 1000 kilowatt-jam dalam sehari, maka energi yang dihasilkan 1 gram Uranium dapat digunakan selama sekitar 24 hari.

Agar reaksi berantai tidak berkembang menjadi tidak terkendali, seperti halnya bom atom, maka digunakanlah bahan kendali, antara lain terbuat dari cadmium, untuk membuat reaksi berantai berjalan stabil dan terkendali.

Neutron baru hasil pembelahan memiliki kecepatan yang sangat tinggi, karena itu agar dapat lebih mudah masuk ke dalam inti atom neutron ini harus diperlambat. Bahan yang sering digunakan sebagai pelambat atau moderator adalah air biasa yang telah dihilangkan mineralnya. Bisa juga digunakan air berat, atau grafit sebagai moderator sesuai dengan jenis bahan bakarnya.

Panas yang dihasilkan di dalam bahan bakar uranium sangat tinggi. Jika tidak dilakukan pendinginan maka bahan bakar bisa mengalami kerusakan atau meleleh. Ada beberapa jenis bahan yang biasanya dipakai sebagai pendingin, misalnya air ringan, air berat, logam natrium cair, dan gas. Pemilihan jenis pendingin bergantung juga kepada jenis bahan bakarnya.

Pemenuhan Energi

Indoneseia yang dulu kaya dengan sumber energi, kini tidak lagi demikian. Sumber daya minyak bumi Indonesia sekitar 321 miliar barrel (1,2 persen potensi dunia), gas bumi sekitar 507 TSCF (3,3 persen potensi dunia), batu bara sekitar 50 miliar ton (3 persen potensi dunia), panas bumi sekitar 27.000 MW (40 persen potensi dunia), dan tenaga air sekitar 75.000 MW (0,02 persen potensi dunia). Cadangan terbukti minyak bumi pada tahun 2002 sekitar 5 miliar barrel, cadangan terbukti gas bumi sekitar 90 TSCF, dan cadangan terbukti batu bara sekitar 5 miliar ton.

Dengan tingkat produksi seperti pada tahun 2002, dan bila tidak ada cadangan terbukti baru, cadangan minyak bumi akan habis dalam waktu 10 tahun, gas bumi 30 tahun, dan batu bara 50 tahun. Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) pada Kongres I Organisasi Profesi Praktisi Akuntansi Sumber Daya Alam dan Lingkungan di Baturaden, 12 Desember lalu, memperkirakan cadangan minyak bumi kita hanya dapat mencukupi kebutuhan hingga tujuh tahun ke depan. Bagaimana kita memenuhi kebutuhan energi nantinya?

Jika kita terus menggunakan bahan bakar fosil, maka kita akan terus bergantung kepada negara produsen, dan untuk membelinya dibutuhkan devisa yang besar. Salah satu cara yang memungkinkan adalah pemanfaatan PLTN. Dengan kebutuhan bahan bakar yang tidak terlalu besar dan frekuensi penggantian yang panjang, maka PLTN dapat dianggap sebagai sumber energi semi-domestik. Dengan tingkat keselamatan yang semakin baik sejak terjadinya kecelakaan di Three Mile Island dan Chernobyl, maka kekuatiran akan terjadinya kecelakaan dapatlah dikurangi. Dengan beberapa faktor di atas dan faktor lain lagi, maka PLTN memiliki potensi untuk menjadi salah satu penghasil energi untuk menunjang pembangunan Indonesia