SUMBER-SUMBER ALAM DARI LAUTAN

Sumber-Sumber Fisika dan Kimia

Energi Laut

Potensi energi kelautan yang bersifat exhaustive (tak pernah habis), seperti angin, gelombang, panas bumi dan OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) dapat digunakan sebagai energi pembangkit listrik.

Energi laut yang dihasilkan dari gerakan dan perbedaan suhu lapisan laut (samudera) merupakan sumber energi di perairan laut yang berupa energi pasang surut, energi gelombang, energi arus laut, dan energi perbedaan suhu lapisan laut.

Ada juga berasal dari aspek biologi berupa makroalga dan mikroalga. Makroalga (rumput laut) dan mikroalga (alga/ganggang), keduanya bisa diekstrak menjadi biofuel.

Arus Pasang Surut

Perkembangan teknologi pemanfaatan energi samudera khususnya arus laut sebagai energi baru terbarukan di dunia saat ini berkembang dengan pesat, seiring dengan meningkatnya tuntutan akan kebutuhan energi listrik masyarakat kawasan pesisir serta semakin maraknya issu pemanasan global yang mendorong untuk membatasi penggunaan bahan bakar hidrokarbon.

Prinsip yang dikembangkan pada aplikasi teknologi pemanfaatan energi dari laut adalah melalui konversi tenaga kinetik masa air laut menjadi tenaga listrik. Tercatat beberapa negara telah berhasil melakukan instalasi pembangkit energi listrik dengan memanfaatkan energi arus dan pasang surut, mulai dari prototype turbin pembangkit hingga mencapai turbin skala komersial dengan kapasitas 1,2 MW/turbin, seperti yang telah dibangun di Skotlandia, Swedia, Perancis, Norwegia, Inggris, Irlandia Utara, Australia, Italia, Korea Selatan dan Amerika Serikat. Kelebihan karakter fisik arus laut ini memberikan peluang yang lebih optimal dalam pemanfaatan konversi energi kinetic menjadi energi listrik.

 

Gambar 3.1. Kincir arus yang menghasilkan energi arus

Gelombang Laut

Gelombang laut merupakan salah satu bentuk energi yang bisa dimanfaatkan dengan mengetahui tinggi gelombang, panjang gelombang, dan periode waktunya. Ada 3 cara untuk menangkap energi gelombang, yaitu:

1. Pelampung: listrik dibangkitkan dari gerakan vertikal dan rotasional pelambung

2. Kolom air yang berosilasi (Oscillating Water Column): listrik dibangkitkan dari naik turunnya air akibat gelombang dalam sebuah pipa silindris yang berlubang. Naik turunnya kolom air ini akan mengakibatkan keluar masuknya udara di lubang bagian atas pipa dan menggerakkan turbin.

3. Wave Surge. Peralatan ini biasa juga disebut sebagai tapered channel atau kanal meruncing atau sistem tapchan, dipasang pada sebuah struktur kanal yang dibangun di pantai untuk mengkonsentrasikan gelombang, membawanya ke dalam kolam penampung yang ditinggikan. Air yang mengalir keluar dari kolam penampung ini yang digunakan untuk membangkitkan listrik dengan menggunakan teknologi standar hydropower.

Energi ini dapat dikonversi ke listrik lewat 2 kategori yaitu off-shore (lepas pantai) and on-shore (pantai).

Kategori lepas pantai (off-shore) dirancang pada kedalaman sekitar 40 meter dengan menggunakan mekanisme kumparan seperti Salter Duck yang diciptakan Stephen Salter (Scotish) yang memanfaatkan pergerakan gelombang untuk memompa energi. Sistem ini memanfaatkan gerakan relatif antara bagian/pembungkus luar (external hull) dan bandul didalamnya (internal pendulum) untuk diubah menjadi listrik. Peralatan yang digunakan yaitu pipa penyambung ke pelampung di permukaan yang mengikuti gerakan gelombang. Naik turunnya pelampung berpengaruh pada pipa penghubung selanjutnya menggerakan rotasi turbin bawah laut. Cara lain untuk menangkap energi gelombang lepas pantai adalah dengan membangun tempat khusus seperti sistem tabung Matsuda, metodenya adalah memanfaatkan gerak gelombang yang masuk di dalam ruang bawah dalam pelampung dan sehingga timbul gerakan perpindahan udara ke bagian atas pelampung. Gerakan perpindahan udara ini menggerakkan turbin. Pusat Teknologi Kelautan Jepang telah mengembangkan prototype jenis ini yang disebut ‘Mighty Whale’ berupa peralatan penangkap gelombang yang di tempatkan di dasar laut (anchored) dan dikontol dari pantai untuk kebutuhan listrik di pulau-pulau kecil.

Sistem on-shore mengkonversi gelombang pantai untuk menghasilkan energi listrik lewat 3 sistem: channel systems, float systems dan oscillating water column systems. Prinsipnya energi mekanik yang tercipta dari sistem-sistem ini secara langsung mengaktifkan generator dengan mentransfer gelombang pada fluida, air atau udara penggerak yang kemudian mengaktifkan turbin generator. Pada channel systems gelombang disalurkan lewat suatu saluran kedalam bangunan penjebak seperti kolam buatan (lagoon). Ketika gelombang muncul, gravitasi akan memaksa air melalui turbin guna membangkitkan energi listrik. Pada float systems yang mengatur pompa hydrolic berbentuk untaian rakit-rakit dihubungkan dengan engsel-engsel (Cockerell) bergerak naik turun mengikuti gelombang. Gerakan relatif menggerakkan pompa hidrolik yang berada di antara dua rakit. Tabung tegak Kayser juga dapat digunakan dengan pelampung yang bergerak naik turun didalamnya karena adanya tekanan air. Gerakan antara pelampung dan tabung menimbulkan tekanan hidrolik yang diubah menjadi energi listrik. Oscillating water column systems menggunakan gelombang untuk menekan udara diantara kontainer. Ketika gelombang masuk ke dalam kolom kontainer berakibat kolom air terangkat dan jatuh lagi sehingga terjadi perubahan tekanan udara. Sirkulasi yang terjadi mengaktifkan turbin sebagai hasil perbedaan tekanan yang ada. Beberapa sistem ini berfungsi juga sebagai tempat pemecah gelombang ‘breakwater’ seperti di pantai Limpit, Scotlandia dengan energi listrik yang dihasilkan sebesar 500 kW.

Ada empat teknologi energi gelombang yaitu sistem rakit Cockerell, tabung tegak Kayser, pelampung Salter, dan tabung Masuda.

A.     Sistem rakit Cockerell berbentuk untaian rakit-rakit yang saling dihubungkan dengan engsel-engsel dan sistem ini bergerak naik turun mengikuti gelombang laut. Gerakan relatif rakit-rakit menggerakkan pompa hidrolik yang berada di antara dua rakit.

B.     Sistem tabung tegak Kayser menggunakan pelampung yang bergerak naik turun dalam tabung karena adanya tekanan air. Gerakan relatif antara pelampung dan tabung menimbulkan tekanan hidrolik yang dapat diubah menjadi energi listrik.

C.      Sistem Pelampung Salter memanfaatkan gerakan relatif antara bagian pembungkus luar (external hull) dan bandul didalamnya (internal pendulum) untuk diubah menjadi energi listrik.

D.     Pada sistem tabung Masuda metodenya adalah memanfaatkan gerak gelombang laut masuk ke dalam ruang bawah dalam pelampung dan menimbulkan gerakan perpindahan udara di bagian ruangan atas dalam pelampung. Gerakan perpindahan udara ini dapat menggerakkan turbin udara.

Angin

Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Berdasarkan Green and Clean Energy for Indonesia, angin kelas 4 (1,6 – 3,3 m/s) adalah batas minimum dan angin kelas 9 (13,9 – 17,1 m/s) adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Secara sederhana sketsa kincir angin disajikan pada Gambar 3.2.

                                   

                                      Gambar 3.2. Perangkat kincir angin sebagai pembangkit listrik

Bioaktif

Bahan-bahan bioaktif (Bioactive sub-stances) atau berbagai macam bahan kimia yang terkandung dalam tubuh biota laut merupakan potensi yang sangat besar bagi penyediaan bahan baku industri farmasi, kosmetika, pangan dan industri bioteknologi lainnya. Sejauh ini, pemanfaatan potensi bahan-bahan bioaktif untuk keperluan industri terutama bioteknologi masih rendah (DAHURI et al., 1996).

Pemanfaatan bahan-bahan bioaktif (natural product) dari biota laut praktis belum berkembang, padahal di negara-negara seperti Amerika Serikat, Jepang, dan Malaysia, industri bioteknologi yang mengelola bahan- bahan bioaktif dari laut telah menjadi salah satu industri andalan. Di Hawai, Amerika Serikat, yang hanya memiliki sedikit terumbu karang, telah berhasil mengembangkan industri pembuatan tulang dan gigi palsu yang terbuat dari hewan karang. Di Madagaskar, salah satu jenis biota terumbu karang telah diekstrak zat bioaktifnya untuk industri obat anti kanker.

Indonesia yang memiliki keanekaragaman hayati tinggi mempunyai potensi besar untuk mengembangkan industri bioteknologi. Hal ini merupakan tantangan untuk diwujudkan untuk dinikmati hasilnya.

Pembentukan Lautan

         Benua (continent, lithosphere) dan  Samudera (ocean, biosphere). Benua menyusun kira-kira sepertiga permukaan Bumi.

         Benua (continent) adalah daratan yang sangat besar yang muncul dari permukan samudera, sampai bagian tepinya yang digenangi air dengan kedalaman air yang dangkal (kurang dari 200 meter). Samudera (ocean) adalah air asin yang sangat besar dan menerus yang dibatasi oleh benua.

Asal Usul Samudera dan Cekungan Samudera

         Cekungan samudera (ocean basin) adalah cekungan yang sangat besar dan dalam yang dipenuhi oleh air asin dan dibatasi oleh benua.

         Teluk (bay, gulf) adalah bagian air yang relatif kecil yang tiga sisinya dibatasi oleh daratan. Teluk sering juga disebut sebagai Laut Setengah-tertutup (Semi-enclosed Sea).

         Estuari (estuary) adalah kawasan muara sungai yang dipengaruhi oleh pasang surut dengan massa air yang memiliki salinitas lebih rendah daripada air laut dan lebih tinggi daripada air tawar.

         Sampai sekarang, asal usul air laut tidak diketahui dengan pasti. Salah satu hipotesa yang banyak diterima adalah bahwa air laut berasal dari aktifitas vulkanisme. Hipotesa tersebut dibuat berdasarkan fakta saat ini yang menunjukkan bahwa aktifitas vulkanisme mengeluarkan banyak uap air, disamping gas nitrogen dan karbon dioksida.
         Tahukah kalian bagaimana cekungan samudera dapat terbentuk?. Berbagai hipotesa dan teori telah muncul dalam upaya mencari jawaban atas pertanyaan itu. Saat ini, teori yang diterima oleh banyak ahli adalah Teori Tektonik Lempeng (Plate Tectonic Theory). Teori ini adalah teori yang didukung oleh sangat banyak data dan fakta.

Bebarapa Fakta Tentang Bumi dan Laut

1) Bumi berumur kira-kira 4,5 miliar tahun yang lalu, sedang bukti-bukti pertama tentang adanya laut muncul dari sekitar 3,8 – 3 miliar tahun yang lalu.

2) Bukti-bukti tertua tentang adanya samudera ditemukan di benua, bukan di samudera.

3) Batuan yang tertua di laut hanya berumur 70 juta tahun.

Teori dan Analisa tentang Asal Usul Lautan

•                     a. Hipotesa Pelepasan Lempeng

         Bertolak dari teori kabut oleh Laplace (1796), Menurutnya bahwa bumi merupakan bagian dari pada tata surya, awalnya berasal dari gumpalan gumpalan kabut yang berputar (terpilin). Dan seterusnya menjadi cairan pijar hingga terjadi pembekuan akibat penurunan temperatur. Pada kondisi ini bumi dalam keadaan tidak stabil, karena pada bagian dalamnya masih cair dan panas. Sehingga terciptalah kondisi dimana mudah terjadi peretakan peretakan di antara dua lapisan yang berbeda fase. Terjadinya peretakan-peretakan dan mungkin dalam waktu relatif agak lama, bumi tetap berputar dan bergerak mengelilingi planet induk (matahari), terjadilah pelepasan sebagian lapisan luar dari bumi akibat adanya gaya lemparan (centrifugal) tidak seimbang dengan gaya tarikan bumi(centripetal). Terlepasnya sebagian permukaan bumi tersebut maka terbentuklah cekungan yang nantinya terisi air, membentuk lautan.

Lapisan bumi yang telah terlepas diduga sebagai bulan atau planet yang mengelilingi bumi. Dalam sistem tata surya dapat dilihat bahwa material-material atau planet-planet yang terlepas dari induknya akan tetap terkontrol dan mengelilingi dimana planet tersebut berasal.

         Berbagai macam penelitian telah membuktikan bahwa batuan dasar penyusun lautan itu berbeda dengan penyusun benua. Hal tersebut terjadi akibat pemisahan secara konsentrik ke arah inti bumi terhadap cairan (magma) basa, dimana cairan basa lebih berat turun ke arah inti bumi membentuk magma basa hingga ultra basa. Cairan lebih ringan (asam) naik mengapung di atas cairan basa, sehingga terjadi suatu fase magma yang berbeda sifat fisik dan kimianya. Akibat dari pemisahan ini, menyebabkan batuan benua bersifat asam dan batuan samudra (lautan) bersifat basa. 

•                     b. Teori Undasi

         Telah dijelaskan oleh Van Bemmelen (1932-1935), bahwa adanya permukaan bumi yang tidak rata yaitu sebagian cekungan dan sebagian tonjolan (pegunungan), diakibatkan oleh gelombang turun naik terhadap bagian bumi yang cair (magma) Timbulnya gerakan gelombang tersebut akibat pengaruh pemisahan magma dari yang basa ke yang asam dan dari basa ke ultrabasa, sehingga terdapat empat susunan magma yaitu mulai dari atas: asam, intermediat, basa dan ultrabasa.

•                     c. Teori Tektonik lempeng

         Menurut teori ini, seluruh kerak Bumi dipandang tersusun oleh beberapa lempengan besar yang bergerak seperti balok yang kaku di atas permukaan Bumi. Batas-batas lempeng adalah kawasan memiliki aktifitas seikmik tinggi, yang terjadi karena pembentukan material kerak baru di sepanjang pematang tengah samudera, maupun karena material kerak yang tua ter-subduksikan di daerah palung. Dengan demikian, batas lempeng ditentukan oleh aktifitas seismik (Gambar 2.1).

Kontak antar lempeng dapat berupa (Gambar 22.):

         1) Kontak divergen, yang disebut juga dengan spreading center (pusat pemekaran). Pada kontak ini, lithophere yang baru terus menerus terbentuk karena dua lempeng saling menjauh. Pembentukan cekungan laut terjadi pada kontak lempeng jenis ini, seperti Samudera Atlantik.

         2) Kontak konvergen, yang terjadi bila dua lempeng bergerak saling mendekat satu sama lain. Pada kontak konvergen, salah satu lempeng menyusup ke bagian bawah yang lain, yang dalam kasus ini kita sebut subduction zone (zona penunjaman atau zona subduksi). Pada kontak ini dapat pula terjadi dua lempeng saling benturan, yang disebut sebagai collision zone (zono kolisi). Zona subduksi adalah zona tempat lempeng samudera dikonsumsi, seperti Palung Jawa di sebelah selatan Pulau Jawa; sedang zona kolisi adalah zona tempat terbentuknya kawasan pegunungan, seperti Pegunungan Himlaya.

         3) Kontak transform fault, terjadi bila dua lempeng berpapasan satu sama lain dengan tepi-tepi lempeng yang saling menggerus. Gempa bumi sering terjadi di kontak lempeng jenis ini. Contohnya adalah kawasan Sesar San Andreas.

         Menurut teori ini, laut baru dapat terbentuk karena pecahnya continental crust (Gambar 2.3). Selanjutnya, cekungan samudera tidak tetap posisi maupun ukurannya, dan samudera dapat mengalami pembukaan dan bertambah luas, seperti Samudera Atlantik; dan dapat pula mengalami penutupan dan bertambah sempit, seperti Samudera Pasifik. Selain itu, teori ini juga menerangkan tentang pembentukan deretan gunungapi (Gambar 2.4) dan kawasan pegunungan (Gambar 2.5).

Gambar 2.1. Penyebaran lempeng kerak Bumi. Dikutip dari Le Pichon et al. (1973)

Gambar 2.2. Macam-macam kontak antar lempeng. (A) kontak divergen, (B) kontak konvergen dengan satu lempeng mengalami subduksi, (C) kontak konvergen dengan lempeng mengalami kolisi, (D) kontak lempeng berbentuk transform fault. Dikutip dari Skinner dan Porter (2000)

Gambar 2.3. Mekanisme pembentukan laut baru melalui pecahnya continental crust. Dikutip dari Skinner dan Porter (2000)

Gambar 2.4. Pembentukan gunungapi menurut teori plate tectonic. Dikutip dari Skinner dan Porter (2000)

2.1.3. Sejarah Pembentukan Samudera

         Dari ketiga teori tentang asal usul lautan dapat disimpulkan bahwa: Teori pelepasan lempeng adalah mengungkapkan fase tertua kejadian lautan. Teori undasi merupakan pembuktian gangguan keseimbangan isostatik akibat pengaruh gerakan vertikal setelah pembekuan kulit bumi, Sedang teori tektonik lempeng membahas lebih jauh tentang pergerakan pergerakan lempeng bumi dalam kaitannya dengan perkembangan lautan baru.

         Membicarakan tentang asal-usul samudera atau laut tidak dapat dilepaskan dari membicarakan tentang asal-usul bumi. Sementara itu, membicarakan asal-usul bumi tidak dapat dilepaskan dari membicarakan tentang asal-usul sistem tatasurya. Kita tidak tahu secara tepat bagaimana awal pembentukan sistem tatasurya, tetapi secara garis besar kita dapat mengetahuinya berdasarkan bukti-bukti yang diperoleh oleh para ahli astronomi, pengetahuan kita tentang sistem tatasurya, dan hukum-hukum fisika dan kimia. Selanjutnya, tentang sejarah bumi, secara garis besar dapat kita ketahui dari bukti-bukti geologis dan teori- teori yang berlaku.

Gambar 2.5. Salah satu contoh mekanisme penutupan samudera dan pembentukan kawasan pegunungan menurut teori plate tectonic. Dikutip dari Skinner dan Porter (2000)

DAFTAR PUSTAKA

Le Pichon, X., Francheteau, J. and Bonnin, J., 1973. Plate Tectonics. Developments in Geotectonics6,
          Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 300 p.
Skinner, B.J. and Porter, S.C., 2000. The Dynamic Earth: an introduction to physical geology, 4th ed.
          John Wiley & Sons, Inc., New York, 575 p.