Energi Nuklir Tidak Begitu Buruk

     

 

 

 

       Ketika kita mendengar kata “Nuklir” dibenak pikiran kita pertama kali adalah BOM yang sangat berbahaya, mematikan, bahkan dapat menghancurkan sebuah negara. Thats right, nuklir merupakan senjata yang mengandung resiko bahaya radiasi, disamping digunakan sebagai senjata utama berbagai negara, senjata nuklir merupakan sebuah senjata pemusnah massal yang paling efektif sekaligus instant dan men-“delete” sebuah komunitas kehidupan. Selain itu nuklir juga dapat dijadikan sebagai energi yang dapat menghasilkan listrik. Sehingga energi nuklir disebut juga energi yang bersih

 

Gambar 2 Bom nuklir yang terjadi di Hiroshima dan Nagasaki 

 

     Nuklir mulai dikenal sejak Perang Dunia II dengan dijatuhkannya bom nuklir bernama “Little Boy” untuk meldakkan kota Hiroshima. Dan yang kedua, pada tanggal  9 Agustus 1945 saat Amerika menggunakn bom nuklir bernama “Fat Man” untuk menghancurkan kota Nagasaki. Energi ini diperoleh dari proses pemecahan atom, suatu reaksi yang mulai terkendali, yang mulai dirintis sjak tahun 1940. Dipelopori oleh Albert Einstein pada tahun 1939, Amerika mengembangkan program pengembangan energi nuklir. Dibawah bimbingan Enrico Ferni, pada desember 1942 di University of Chichago, telah ditemukan suatu reaksi Uranium alam terkendali

 

     Lebih dari 30 tahun sesudah itu, pengembangan energi nuklir sebagai pembangkit tenaga listrik dirintis, yakni pada akhir tahun 1974, dimana suatu pusat listrik bertenaga nuklir dibangun dengan kekuatan 29,8 GigaWatt. Perkembangan teknologi ini begitu pesat sehingga pada tahun 1980 telah berdiri pusat listrik bertenaga nuklir dengan kekuatan 92,6 GW. Saat ini pusat listrik bertenaga nuklir mampu bersaing dengan pusat listrik berbahan bakar fosil meskipun sebagian orang menganggap bahwa penggunaan pusat listrik bertenaga nuklir mengandung resiko tinggi, terutama dengan bahaya radiasi yang timbul bilamana terjadi kebocoran. Jadi dalam hal ini kendala utama pembangunan pusat listrik bertenaga nuklir terletak pada masalha pengamanan operasional serta kualitas reaktor nuklirnya. Reaktor nuklir mulai berkembang setelah Einstein pada tahun 1905 mengungkapkan teori relativitasnya, dimana energi sebanding dengan massa dan kuadrat kecepatan cahaya, E=m.C². Ekivalen energi yang terjadi untuk 1 kg massa adalah 9x10¹⁶ Joule. Padahal konsumsi energi di dunia sebesar 7,1x10¹² Watt. Harga konversi untuk 1 kg massa adalah 3,5 jam pemakaian sehingga untuk satu hari hanya dibutuhkan 7 kg massa yang ekivalen dengan seluruh bahan bakar fosil yang digunakan saat ini.

 

     Energi nuklir dapat berkembang melalui fisi maupun fusi. Proses fisi nuklir adalah proses interaksi partikel dengan inti untuk memulai reaksi. Reaksi ini merupakan proses yang dapat dikendalikan dan sangat berbeda dengan proses peluruhan radio aktif. Pada proses fisi, isotop berat yang berfisi menyerap sebuah neutron berenergi rendah sehingga membentuk suatu inti senyawa yang dalam keadaan terangsang akibat penyerapan energi pengikat neutron yang besarnya 7-8 MeV. Dalam waktu 10^-4detik, inti yang terangsang akan meluruh dengan memancarkan radiasi gamma yang ditangkap dalam reaksi penangkapan radioaktif.

     Pada reaksi fisi, inti senyawa yang terangsang terbelah menjadi dua inti massa yang lebih rendah, yang disebut produk inti. Produk ini disertai dua atau tiga netron dengan radiasi inti gamma. Bila reaksi penangkapan radioaktif sangat kecil maka reaksi fisi akan melepaskan energi total sekitar 200 MeV/fisi. Rata-rata energi yang dilepaskan oleh suatu reaksi fisi tergantung pada kenaikan kecepatan neutron yang terjadi, jenis inti bahan bakar dan jenis bahan lain yang dipakai di dalam reaktor. Besar energi fisi yang dilepas rata-rata konstan sebesar 200 MeV/fisi. Ini sebanding dengan 215x10⁹ Watt-detik/ fisi atau 3,1x10¹⁰ fisi/Watt-detik. Sebuah reeaktor berkekuatan 3.800 MW akan memiliki laju fisi sebesar 3.800x10⁶x3,1x10¹⁰ sama dengan 1,178x10²⁰ fisi/detik.

     Proses nuklir secara fusi pada hakikatnya merupakan kebalikan dari proses fisi nuklir. Pada proses fisi, inti bermassa berat membelah menjadi inti bermassa ringan sambil melepaskan kelebihan energi ikatannya. Pada proses fusi, inti bermassa ringan bergabung dalam rangka melepaskan kelebihan energi ikatannya. Reaksi fusi adalah reaksi nuklir yang terjadi pada matahari. Pengelolaannya masih banyak mengalami kendala dan mahal harganya sehingga belum di manfaatkan secara besar-besaran untuk maksud komersial.

 

 

Sistem Pembangkit Tenaga Uap Berbahan Bakar Nuklir

      Reaktor termal memerlukan sumber panas. Reaktor nuklir memerlukan moderator untuk memanaskan netron dan pendingin untuk menyerap panas yang timbul dalam reaksi itu. Moderator dan pendingin dapat satu dan sama seperti air atau air-berat (heavy – water), atau berbeda seperti grafit sebagai moderator dan pendingin berupa gas seperti He ata Co₂. Water Reactor, liquid Metal Fast Breeder Reactor, High-Temeprature gas – Cooled Reactor, dan Pressurrized Heay – Water Reactor.

     Reaktor pembiakan cepat (fast-breeder reactor) adalah reaktor dimana netron tidak diperlambat menjadi energi termal oleh moderator. Namun pendingin dan bahan reaktor yang lain membatasi netron sampai perlambatan tertentu di dalam reaktor cepat sehingga spektrum netron yang dihasilkan dari energi fisi ddapat mencapai 17 MeV, dengan rata-rata 2 MeV, turun sampai 0,05 atau 0,1 MeV. Yang termasuk reaktor jenis ini adlaah Liquid Metal Fast-Breeder Reactor. Jenis pembangkit tenaga nuklir yang digunakan untuk kepentingan komersial adalah

 

     1.      Liquid Metal Fast Breeding Reactor (LMFBR)

      Pada sistem pembangkit nuklir ini, bahan pendingin reaktor adalah logam cair jenis natrium.

 

Gambar 4 Skema Pembangkit Tenaga Nuklir Liquid Metal Fast Breeding Reactor (LMFBR)

 

     Untuk menghindari terjadinya radiasi nuklir maka digunakan beberapa loop (siklus) pengubah kalor (heat exchanger) yang terdiri dari loop pendingin primer berfluida kerja Na cair dan loop perantara (tengah) dengan fluida kerja Na cair sebagai penyuplai panas untuk sistem generator uap  yang terjadi pada loop berikutnya. Sistem pembangkit uap yang terjadi dapat memanfaatkan uap dengan sistem uap panas lanjut sehingga efisiensi sistem meningkat.

2.      Boiling Water Reactor (BWR) 
    Pembangkit tenaga BWR terdiri dari reaktor, turbin, kondensor dan peralatan lain (air ejector, sistem pendingin, dll), dan pompa pengumpan.cairan subdingin memasuki inti reaktor pada bagian bawah, dimana air ini menerima panas sensibel ke jenuh ditambah panas laten penguapan.

Gambar 5 Skema Pembangkit Tenaga Nuklir Boiling Water Reactor (BWR)

 

Gambar 6 Bejana Reaktor BWR laluan aliran internal 

 

    Ketika mencapai bagian atas inti, pendingin telah dikonversikan menjadi campuran cairan uap sangat basah. Uap dipisahkan dari cairan, mengalir ke turbin, melakukan kerja, dikondensasikan dalam kondensor, dan dipompa kembali ke reaktor dengan pompa pengumpan.

 

3.      Reaktor Air Bertekanan (Pressurized Water Reactor / PWR)

     Pembangkit tenaga PWR terdiri dari dua loop yang dipasang seri, yaitu loop pendingin yang disebut primary loop,  dan loop uap air atau working fluid.

Gambar 7 Skema Pembangkit Tenaga Nuklir Reaktor Air Bertekanan (Pressurized Water Reactor / PWR)

     Pendingin mengambil panas reaktor dan memindahkannya ke fluida kerja pad apembangkit uap. Uap menggunakan siklus rankine untuk membangkitkan tenaga listrik. Primary loop (siklus primer) juga disebut  Nuclear Steam Supply System (NSSS), di mana terdapat reaktor dan sejumlah loop yang beroprasi secara paralel tergantung pada reaktor.

Gambar 8 Sistem Supplai Uap PWR Nuclear

     Pada tiap loop terdapat pembangkit uap dan pompa pendingin primer atau utama. Sebagai tambahan juga terdapat pressurizer yang dihubungkan dengan salah satu loop. Pendingin meninggalkan reaktor, memasuki pembangkit uap dimana pendingin memberikan panas ke fluida kerja dan meninggalkan pembangkit uap ke pompa dan dipompakan kembali ke reaktor.

4.      Reaktor Temperatur Tinggi Berpendingin Gas (High Temperature Gas-Cooled Reactor/HTRG).

     Reaktor jenis ini menggunakan pendingin gas yang mempunyai konduktiitas termal rendah dengan kerapatan kecil dan kapasitas volume panas yang kecil pula. Helium (He) adalah gas yang sering digunakan pada sistem ini karena memiliki massa atom rendah dengan sifat-sifat termal yang baik dan tidak bersifat korosif. He memasuki inti reaktor pada bagian atas dengan suhu sekitar 240⁰C, mengalir turun melalui lubang-lubang dalam blok grait, dan keluar pada suhu 760⁰C ke tabung gas panas pada bagian bawah. Dari sini He mengalir secara radial ke saluran masuk bawah enam pembangkit uap, memasuki enam sirkulator bagian atas pembangkit uap dimana temperaturnya mencapai titik rendah, dan kembali secara radial ke tabung gas dingi pada bagian atas inti reaktor.

Gambar 9 Skema Pembangkit Tenaga Nuklir Reaktor Temperatur Tinggi Berpendingin Gas (High Temperature Gas-Cooled Reactor/HTRG)

     Pembangkit uap adalah penukar panas berjenis selongsong dan buluh yang didalamnya air dan uap mengalir dalam koil-koil buluh dan helium mengalir pada sisi selongsong. Sirkulator adalah Blower aksial tingkat tunggal dan digerakkan oleh turbin uap tingkat tunggal berdaya 14.500 hp pada 6.755 rpm. Impeler sirkulator dan roda jalan turbin adalah satu poros, dengan pendinginan air pada bantalannya.
     Uap panas lanjut dari enam pembangkit tenaga, dengan total aliran 1.000 kg/det dikombinasikan ke single header dan memasuki turbin bertekanan tinggi pada 166 bar dan 510⁰C. Uaap mengalir meninggalkan bagian ini,dibagi untuk menggerakkan enam turbin pemutar sirkulator, kemudian menuju pemanas ulang dalam pembangkit uap, bergabung dan memasuki turbin bagian tekanan menengah dan tiga buah turbin tekanan rendah dua aliran dikeluarkan ke kondensor pada 0,09bar.