Categories
Kajian Nuklir PPI Dunia Pusat Kajian & Gerakan

Teknologi Nano di Indonesia

WP Komisi Teknologi No. 6 tahun 2020

Nanoteknologi merupakan disiplin ilmu dalam manipulasi materi di skala 1 per 1.000.000.000 meter. Dengan ukurannya yang sangat kecil menciptakan sifat dan perilaku yang baru bagi material tersebut. Implementasi nanoteknologi pada bahan mentah dapat memberikan nilai tambah ekonomi yang tinggi. Namun, sejumlah hambatan ditengarai menjadi sebab lambatnya pengembangan teknologi nano di tanah air seperti kurangnya informasi, teknologi, sumber daya manusia, dan aturan konkret dari pemerintah terkait keamanan produk nanoteknologi.

Lalu bagaimana melihat perkembangan Teknologi Nano di Indonesia? Berikut adalah kajian dari Komisi Teknologi PPI Dunia 19/20 yang ditulis oleh Fatimah Mustafawi Muhammadi.

WP-Komisi-Teknologi-No.-6-tahun-2020

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi PPI Dunia

Kunjungan PPI Dunia Ke Reaktor Nuklir Batan di Serpong Banten

Tim Kajian Nuklir PPI Dunia

Kami dari PPI Dunia membentuk tim khusus yang bertugas untuk mengkaji teknologi nuklir. Tim tersebut beranggotakan 32 orang yang terdiri dari pelajar dan alumni PPI Dunia dari berbagai latar belakang negara studi. Tim ini bertugas untuk menggali pemahaman yang utuh terkait bahaya dan potensi teknologi nuklir berdasarkan perkembangan iptek global terkini. Dalam rangka memperoleh pemahaman yang utuh seputar teknologi nuklir, tim kajian nuklir PPI Dunia menggali sedalam mungkin perkembangan dan pemanfaatan luas teknologi nuklir di berbagai negara lain tempat kami masing-masing menempuh studi. Hasil informasi yang kami peroleh kemudian kami kaji bersama dengan dibandingkan pada perkembangan dan pemanfaatan teknologi nuklir nasional.

Menurut kajian yang telah kami lakukan, berbagai kendala yang berkembang dalam perkembangan nuklir nasional banyak disebabkan karena kekurangakuratan informasi seputar nuklir yang beredar di masyarakat luas dibandingkan dengan perkembangan iptek pernukliran global terkini. Ketidaktahuan secara utuh terkait nuklir diduga menjadikan teknologi ini terhambat penerimaannya oleh masyarakat luas di tanah air.

Di sisi lain, harapan atas potensi pemanfaatan nuklir oleh para pelajar Indonesia di luar negeri cukuplah besar. Berdasarkan survey kami atas 566 pelajar Indonesia yang tersebar di 48 negara, diketahui bahwa hanya 4,5% dari responden kami yang menyatakan sama sekali tidak berminat terhadap potensi aplikasi nuklir di bidang apapun. Sementara 28.5% responden menyatakan tertarik pada teknologi nuklir di bidang energi dan 67% responden menyatakan tertarik pada pemanfaatan teknologi nuklir di bidang-bidang non-energi. Seperti pada bidang medis (radio farmaka, radio terapi), bidang lingkungan, bidang industri, bidang pertanian, infrastruktur dan bidang industry manufaktur. Dari survey tersebut juga diketahui bahwa mayoritas responden (66%) beranggapan bahwa energi nuklir paling efisien dibanding energi alternatif lain yang tersedia. Lebih jauh, 57% dari responden kami menyatakan setuju bahwa Indonesia perlu mempertimbangkan penggunaan teknologi nuklir dalam pemenuhan kebutuhan energi nasional (pembangkit listrik tenaga nuklir).

Dialog dan Kunjungan Tim Kajian Nuklir PPI Dunia Ke Instalasi Nuklir Nasional

Demi untuk memperoleh gambaran yang menyeluruh atas perkembangan teknologi nuklir nasional, pada hari rabu, 23 Agustus 2017 dari jam 09.00 hingga pukul 12.30 perwakilan tim kajian nuklir PPI Dunia beserta rombongan mengadakan kegiatan kunjungan kerja ke reaktor nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) yang berlokasi di Serpong, Banten. Peserta dikhususkan bagi para pelajar yang tengah menempuh studi di luar negeri maupun baru saja lulus. Selain itu dibuka juga beberapa kuota undangan terbatas untuk pelajar di dalam negeri melalui jalur rekomendasi dan pihak pers mitra PPI Dunia untuk keperluan peliputan kegiatan ini. Dalam kegiatan ini hadir rekan-rekan kami para mahasiswa maupun alumni dari Belanda, Rusia, China, Iran, Italia, Romania, LIPI, pihak pers, komunitas muda nuklir nasional dan rekan-rekan dari Universitas Pertahanan. Total jumlah peserta sebanyak 25 orang dipimpin oleh Dwi Rahayu dari PEMIRA Rusia yang pada kesempatan ini sekaligus berperan sebagai ketua tim kajian nuklir PPI Dunia.

Acara ini terdiri dari dialog interaktif dengan ahli nuklir BATAN, penjabaran mengenai hasil produk penelitaian nuklir dari BATAN yang sudah ada, kunjungan langsung ke reaktor  (laboratorium) nuklir serpong serta diskusi tentang pemanfaatan teknologi nuklir yang sudah dilakukan di negara lain dan yang tengah dilakukan di Indonesia.

Kunjungan kami disambut oleh Adipurwa sebagai Kepala Subbid Edukasi Publik BATAN serta tim petugas layanan informasi BATAN. Pada pertemuan tersebut disajikan sejarah perkembangan nuklir nasional. Adipurwa menjelaskan bahwa titik awal perkembangan ketenaganukliran nasional telah ada semenjak era presiden pertama Indonesia, presiden Soekarno di tahun 1954. Pada tahun tersebut presiden Soekarno membentuk Panitia Negara yang bertugas melakukan penyelidikan adanya kemungkinan sisa zat radioaktif di wilayah NKRI akibat uji coba persenjataan. Panitia Negara inilah yang kemudian menjadi cikal bakal BATAN. Perkembangan teknologi nuklir nasional terus mengalami pasang surut seiring dinamika politik yang ada. Pada kesempatan tersebut turut dijelaskan juga standar keamanan berlapis yang diterapkan di seluruh fasilitas nuklir nasional. Demi menjamin tingkat keamanannya, sistem keamanan ini distandardisasi menurut standar internasional yang rutin diinspeksi berkala oleh Badan Atom Internasional (IAEA).

Melalui kunjungan ini kami mengetahui bahwa teknologi nuklir memiliki potensi besar dalam pemenuhan kebutuhan energi nasional maupun secara strategis mendukung program-program pembangunan nasional sektor non-energi. Sebagai informasi Reaktor G.A. Siwabessy di serpong memiliki kapasitas maksimal sebesar 30 megawatt yang difungsikan sebagai reaktor riset untuk berbagai keperluan penelitian. Sampai dengan saat ini, BATAN telah mampu menghasilkan beberapa produk terkait teknologi nuklir bernilai ekonomi tinggi yang aman dan dapat dimanfaatkan oleh masyarakat luas. Turut dipaparkan juga bagaimana teknologi tersebut sudah dimanfaatkan secara luas oleh negara-negara lain seperti di Vietnam, Jepang, Pakistan, India dan Amerika dalam mendukung sektor pertanian, industri pangan dan industri kesehatan mereka.

Pemanfaatan Teknologi Nuklir Nasional Kini dan Potensi Masa Depannya

Saat ini BATAN mengelola tiga buah reaktor nuklir riset di Indonesia. Yaitu instalasi reaktor nuklir Kartini di Jogjakarta, Instalasi reaktor nuklir Triga di Bandung dan Instalasi reaktor nuklir G.A. Siwabessy di Serpong. Sebagai catatan, reaktor G.A. Siwabessy ini sendiri merupakan salah satu reaktor  nuklir riset terbesar yang ada di Asia.

Turut diuraikan juga oleh pihak BATAN potensi pemanfaatan nuklir di masa depan dari fasilitas-fasilitas nuklir yang telah dimiliki BATAN saat ini. Untuk dapat menyebarluaskan manfaat teknologi nuklir nasional yang sudah berkembang ini, maka didirikanlah PT. INUKI. PT INUKI adalah BUMN mitra usaha BATAN yang memproduksi teknologi nuklir secara komersial untuk dapat dimanfaatkan masyarakat luas.

Beberapa teknologi nuklir yang sudah terbukti dapat dimanfaatkan masyarakat Indonesia dalam bidang berikut:

  1. Riset dan studi tapak sumber energi terbarukan;
  2. Pemuliaan benih unggul tanaman pertanian;
  3. Pembuatan isotop untuk produk obat-obatan;
  4. Irradiasi gamma untuk pengawetan bahan makanan;
  5. Irradiasi untuk mendukung pembangunan infrastruktur, dll.

Menganalisa potensi besar yang dimiliki teknologi nuklir nasional, pemanfaatan luas teknologi ini di tanah air kami nilai belum cukup maksimal. Kepemimpinan nasional yang kuat dan penyebaran informasi yang utuh seputar teknologi ini ke masyarakat luas dapat menjadi solusi dari situasi ini. Program edukasi nuklir yang transparan dan mudah dipahami oleh generasi muda bangsa dapat menjadi solusi agar pemanfaatan potensi teknologi nuklir yang sudah ada tidak ditakuti secara berlebihan ataupun disalahpahami oleh masyarakat luas.

Dengan perkembangan teknologi global terbaru dan kemampuan para ilmuwan BATAN yang ada sekarang, keamanan dan potensi instalasi nuklir nasional yang ada sudah semakin baik. Perkembangan teknologi global kini juga turut menjadikan teknologi nuklir memiliki manfaat yang semakin beragam dan strategis untuk kemajuan suatu bangsa. Atas pertimbangan itu kami Tim Kajian Nuklir PPI Dunia menilai Indonesia sudah bisa mulai melirik serta mengambil manfaat nyata dari teknologi nuklir yang ada dalam konteks sektor energi maupun bidang non-energi untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakatnya.

Ke depan, kami dari pihak tim kajian nuklir PPI Dunia akan terus mendalami perkembangan potensi teknologi nuklir nasional dan global terkini serta pemanfaatannya untuk kesejahteraan luas masyarakat bangsa Indonesia. Kami tim kajian nuklir PPI Dunia mendukung agar potensi nuklir nasional di berbagai bidang dapat terus digali dan secara terukur dapat disebarluaskan pemanfaatannya sebagai bagian dari pembangunan kualitas hidup masyarakat Indonesia.

Jakarta, 30 Agustus 2017

Tim Kajian Nuklir PPI Dunia

Press release lengkap bisa diunduh dalam link berikut

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi

PEMANFAATAN TEKNOLOGI NUKLIR UNTUK PENGEMBANGAN PUPUK HAYATI

Sebuah teknologi yang bernama nuklir, sering dikenal orang sangat menakutkan karena mempunyai sejarah yang cukup kelam dalam perang dunia. Namun, sekarang ini teknologi nuklir tumbuh dewasa dengan menebarkan manfaat untuk kemaslahatan umat. Hal ini dibuktikan dengan beberapa temuan dan penelitian dalam berbagai bidang. Tidak hanya dalam bidang energi, teknologi nuklir juga dimanfaatkan dalam bidang non energi yang salah satunya ialah bidang pertanian. Salah satu pemanfaatan nuklir dalam bidang pertanian ialah digunakannya teknologi nuklir untuk membuat biofertilizer yang merupakan hasil kolaborasi dari Food Agriculture Organization (FAO) dengan International Atomic Energy Agency (IAEA). Kolaborasi ini menghasilkan teknologi nuklir untuk bidang pertanian, salah satunya ialah nuclear biofertilizer atau pupuk hayati dari hasil teknologi nuklir.

Kegunaan teknologi nuklir dalam pupuk hayati lebih mengarah pada cara mensterilisasi mikroba dalam bahan pembawa. Bahan pembawa sangat penting dalam memproduksi pupuk hayati karena mengandung mikroba bawaan dalam jumlah yang sangat banyak hingga 106 sel/gram bahan pembawa bahkan lebih (Enjelia, 2011). Sterilisasi dilakukan untuk mengurangi atau membunuh jumlah mikroba bawaan (indigenus). Karena itu lah sterilisasi mutlak harus dilakukan agar dapat menyortir bahan pembawa yang diinginkan. Mensterilisasi dengan iradiasi gamma dirasa lebih baik, lebih irit dan praktis dari pada dengan menggunakan autoklaf yang selama ini digunakan. Dengan menggunakan iradiasi gamma, prosesnya membuat hampir tidak ada perubahan sifat fisik dan kimia pada materialnya. Sedangkan sterilisasi menggunakan autoklaf, beberapa material dapat mengubah sifatnya sehingga berefek samping akan dapat menghasilkan zat beracun bagi strain bakteri (FNCA, 2005).

Penelitian tentang nuclear biofertilizer secara konsisten diteliti oleh banyak negara yang tergabung dalam Forum for Nuclear Cooperation Asia atau FNCA, yaitu Jepang, Australia, Bangladesh, China, Indonesia, Kazakhstan, Korea, Malaysia, Mongolia, Filipina, Thailand dan Vietnam. Pada tahun 2014, FNCA menginformasikan fakta-fakta positif atas penggunaan nuclear biofertilizer. Di China, pupuk hayati dari hasil teknologi nuklir berpengaruh pada peningkatan hasil panen. Pupuk hayati berpengaruh meningkatkan bobot segar dan bobot kering jagung hingga 91,8% dan 211,8% dibandingkan dengan kontrol. Di Mongolia, pengaruh pupuk hayati dari teknologi nuklir dengan memanfaatkan Aspergillus niger berpengaruh pada peningkatan hasil biji bunga matahari sebesar 59,8% bila dibandingkan dengan tanaman kontrol. Di provinsi Shandong, penggunaan pupuk hayati pada budidaya tomat dapat meningkatkan hasil hingga 35% dari tanaman control (FNCA, 2016).

Di Indonesia, penelitian tentang hal ini dikembangkan oleh Badan Tenaga Nuklir Nasional atau yang biasa disebut BATAN. BATAN telah meriset dan memperoleh mikroba yang membuat tanah lebih mampu menangkap nitrogen dan membuatnya menjadi subur. Mikroba itu bernama Azospirillum disterilisasi dengan radiasi sinar gamma dari Cobalt 60 yang kemudian akan menjadi suatu produk pupuk hayati dari nuklir. Hasil proyek ini dimulai sejak tahun 2001 dan sudah menghasilkan isolat unggul pupuk hayati. Pengaplikasian sudah digunakan pada berbagai komoditas pertanian seperti jagung, salada, bukis, brokoli, sawi, cabe dan keberhasilannya meningkatkan komoditas pertanian (Kompas, 2009).

Pemberian inokulan berbasis kompos teriradiasi dengan bioaktif berupa kombinasi isolat Azotobacter sp. (KDB2), Bacillus sp. (KLB5+BM5+KBN1) dan Trichoderma sp. (KLF6), dapat meningkatkan serapan hara N dan P. Penggunaan ini sebagai biofertilizer yang mampu meningkatkan tinggi tanaman sekitar 23,64%, bobot kering berangkasan tanaman 63,62%, bobot hingga 29,41%, dan produksi tongkol segar jagung manis hingga 29,35% (Mulyana dan Dadang, 2012).

Maka dari itu, peran teknologi nuklir dalam pupuk hayati ini perlu dikembangkan secara konsisten. Selain cukup efektif, metode ini juga dapat mendukung pertanian berkelanjutan, dapat mengurangi penggunaan pupuk anorganik yang merugikan lingkungan, serta dapat meningkatkan hasil produksi pertanian. Jika kombinasi riset antara bidang pertanian dengan bidang nuklir ini terus digalakkan, besar harapan kedepan akan muncul penemuan-penemuan yang lebih dari sekarang.

Hambatan yang terjadi selama ini tidak hanya dalam hal terbatasnya teknologi di Indonesia, namun juga dari segi sosial akan penerimaan nuklir di kalangan masyarakat Indonesia serta pengedukasian dikalangan petani terkait nuclear biofertilizer. Faktanya petani sampai saat ini masih menggunakan metode lama yang dianggap menguntungkan pada masa kini dan tidak untuk masa depan. Padahal cara-cara lama seperti menggunakan pupuk anorganik dapat berakibat buruk di masa yang akan datang. Penggunaan pupuk anorganik secara terus menerus dapat mengeraskan tanah, mengurangi kesuburan tanah, memperkuat pestisida, mencemari udara dan air, melepaskan gas rumah kaca sehingga dapat membahayakan kesehatan lingkungan dan manusia (Zaman et al., 2017).

Di sinilah peran pemanfaatan teknologi nuklir untuk pengembangan pupuk hayati menjadi penting. Adanya pupuk hayati dari hasil teknologi nuklir ini akan dapat memacu hasil produksi pertanian dan juga mampu mengurangi hal-hal buruk dari sector pertanian yang dapat terjadi di masa yang akan datang.

Daftar Pustaka

Enjelia. 2011. Penggunaan Sterilisasi Iradiasi Sinar Gamma Co-60 dan Mesin Berkas Elektron pada Viabilitas Inokulan dalam Bahan Pembawa (Kompos dan Gambut). Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Available at http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/46875/A11enj.pdf;jsessionid=E65EEBEC8E7DCC93645679147ECD1A70?sequence=1

FNCA. 2005. FNCA Biofertilizer Newsletter 6. Available at http://www.fnca.mext.go.jp/english/bf/news_img/nl06.pdf

FNCA. 2016. FNCA Biofertilizer Newsletter 14. Available at http://www.fnca.mext.go.jp/english/bf/news_img/nl14.pdf

Kompas. 2009. Pupuk Radiasi Nuklir Tingkatkan Produktivitas Pertanian. Available at http://sains.kompas.com/read/2009/02/23/1744399/pupuk.radiasi.nuklir.tingkatkan.produktivitas.pertanian

Mulyana, N dan Dadang Sudrajat. 2012. Formulasi Inokulan Konsorsia Mikroba Rhizosfer Berbasis Kompos Teriridiasi. Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi. BATAN. Available at http://digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/BP_12.pdf

Zaman, S. Prosenjit. P dan Abhijit Mitra. 2017. Chemical Fertlizer. Available at https://www.researchgate.net/profile/Abhijit_Mitra3/publication/265968789_CHEMICAL_FERTILIZER_By/links/54227bb60cf238c6ea67a7b4/CHEMICAL-FERTILIZER-By.pdf

 

Oleh : MUHAMAD SYAIFUDIN

Diperiksa oleh : Erwin Fajar, M. Mahfuzh, Dwi Rahayu

Tim Kajian Nuklir PPI Dunia – Divisi Non Energi

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi

Ilmu Nuklir dalam Penanganan Masalah Lingkungan Sungai

Pada Oktober 2015 silam terjadi sebuah fenomena lingkungan yang aneh di tempat tinggal saya, Berau-Kalimantan Timur. Sungai Segah yang merupkaan sungai terbesar di Kabupaten Berau warnanya tiba-tiba berubah menjadi hijau, dan karena perubahan ini ikan-ikan di sungai mati dan mengapung(1).

Tentu saja bagi sebagian orang peristiwa ini menjadi berkah, karena mereka bisa dengan mudah menjaring ikan yang sekarat di permukaan air. Tetapi bagi para pemilik tambak yang menggantungkan nafkahnya pada aliran Sungai Segah, ini merupakan bencana besar. Beberapa pemilik keramba ikan terpaksa gulung tikar dan kehilangan pekerjaannya karena mengalami kerugian mencapai 25 juta rupiah(2).

Seminggu setelah kejadian ini, diketahui bahwa penyebab air berubah warna menjadi hijau dan menyebabkan ikan-ikan di sungai ini mati ialah algae blooming. Algae blooming merupakan peristiwa dimana mikroorganisme sianobakteria mengalami peningkatan jumlah yang signifikan di dalam air tawar. Peristiwa ini merupakan kejadian yang pertama kali di Berau. Kemudian pertanyaannya ialah apa penyebabnya?

Salah satu penyebab dari terjadinya algae blooming ialah karena tingginya kandungan amoniak (NH3) pada aliran sungai. Meningkatnya kandungan senyawa organik di sungai akan menyebabkan perkembangbiakan mikroorganiseme Sianobakteria meningkat secara pesat (logaritmik). Perkembangan jumlah Sianobakteria ini memberikan warna hijau pada aliran sungai dan menurunkan kandungan oksigen dalam air (DO) dan menurunkan pH air menjadi asam. Turunnya pH air dan kadar oksigen dalam air menyebabkan ikan-ikan kesulitan untuk bernafas dan sekarat kemudian mati(3).

Karena kasus limbah ini akhirnya dinyatakan sebagai peristiwa alami maka tidak ada pihak yang bisa dituntut untuk kerugian yang diderita oleh pemilik keramba. Kesimpulan bahwa ini adalah peristiwa alami didasarkan bahwa peningkatan jumlah Sianobakteria di berbagai tempat di dunia terjadi secara alami.

Tetapi mengingat kejadian ini baru pertama kali terjadi di Sungai Segah, maka logika ini sulit diterima. Apalagi ini terjadi setelah dibukanya beberapa lokasi perkebunan sawit di daerah aliran Sungai Segah (DAS). Perkebunan sawit tentu saja menjadi sorotan utama disini karena salah satu kebutuhan dari lahan sawit ialah pupuk yang mengandung amoniak. Penggunaan pupuk yang berlebihan, lokasi perkebunan yang terlalu dekat dengan sungai ataupun aliran air dari kebun sawit menuju sungai yang tanpa filter akan menyebabkan senyawa nitrogen ini masuk ke aliran sungai.

Metode Fingerprinting Isotope

Untuk kasus yang sama, di berbagai belahan dunia sebenarnya telah digunakan metode nuklir dalam menganalisa sumber pencemaran. Dengan menggunakan metode ini kita bisa mengetahui dari mana sumber ammoniak yang mencemari sungai dan menyebabkan pertumbuhan jumlah Sianobakteria.

Di alam, kandungan dari nitrogen pada pupuk akan mengalami perubahan bentuk senyawa ketika diserap oleh tanaman maupun mikroorganisme. Untuk meneliti bentuk senyawa asal dari nitrogen yang telah terlalut di sungai akan sangat sulit oleh karena itu digunakan metode fingerprint isotope. Namun metode ini telah digunakan di Great Lakes of Nicaragua dan Inle Lake Myanmar(4).

Secara sederhana metode ini menggunakan isotop nitrogen 15N yang terdapat pada tanah kemudian membandingkanya dengan kandungan isotop nitrogen 15N yang terdapat pada aliran sungai. Karena kandungan alami isotop ini sangat rendah maka dinyatakan dalam satuan part per thousand (dari total unsur Nitrogen). Jika pada pengukuran ini ditemukan kesamaan konsentrasi 15N yang terlarut di air dengan yang ada pada tanah maka akan diketahui dari mana asal dari limbah nitrogen tersebut.

Penggunaan pupuk di lahan tanam yang berbeda-beda konsentrasinya dan perbedaan kandungan isotop nitrogen pada lahan tanam akan memberikan kita informasi yang spesifik mengenai jumlah konsentrasi isotop nitrogen pada lahan tersebut, ini akan menjadi acuan (fingerprint) yang spesifik untuk setiap perkebunan. Dengan adanya fingerprint ini kita dapat menentukan darimana penambahan nitrogen (dalam bentuk amoniak) yang terlalut di sungai. Pengukuran ini dapat menggunakan Isotope Ratio Mass Spectroscopy (IRMS) yang telah ditemukan oleh J.J Thompson pada 1910(5).

Jika saja metode nuklir ini diterapkan pada kasus pencemaran di Sungai Segah, maka akan dengan mudah diketahui dari mana asal limbah amoniak pada aliran sungai. Ini akan membawa pada kesimpulan pihak mana yang bertanggung jawab untuk kerugian puluhan juta yang diderita oleh pemilik keramba dan para nelayan yang menggantungkan mata pencahariannya di aliran Sungai Segah.

Ilmu Nuklir Dalam Optimasi Penggunaan Pupuk

Penggunaan pupuk yang berlebih merupakan praktek yang sangat umum dalam industri perkebunan dan terjadi di seluruh dunia. Berbagai penelitian menyimpulkan bahwa dari seluruh pupuk yang digunakan di perkebunan, hanya 40% yang akan teserap oleh tanaman, sedangkan 60% sisanya akan menguap ke atmosfer dan terserap masuk ke aliran air bahwah tanah.

Baru-baru ini, Su Win, Direktur dari Divisi Pemanfaatan Air dan Rekayasa Pertanian dari Myanmar melakukan penelitian untuk melakukan optimasi penggunaan pupuk nitrogen dalam pertanian. Ia juga menggunakan teknik tracking isotop nitrogen-15 dalam penelitiannya(7).

Dalam proses pertumbuhannya, tanaman membutuhkan senyawa nitrogen terutama pada proses fotosintesis dimana tanaman menyerap energi matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia. Dalam penelitian ini digunakan pupuk nitrogen yang telah dilabeli dengan (mengandung) isotop nitrogen-15.

Jika pada metode konvensional para peneliti hanya menghitung jumlah nitrogen yang terserap oleh tanaman berdasarkan dari jumlah nitrogen yang tersisa di tanah, maka metode ini sangat rendah akurasinya, karena senyawa nitrogen dari pupuk bisa saja terlarut pada air tanah ataupun menguap ke atmosfer seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Sedangkan tracking (pelacakan) secara langsung tidak memungkinkan karena nitrogen telah membentuk senyawa-senyawa kompleks pada jaringan tubuh tanaman.

Metode dengan ilmu nuklir memanfaatkan isotop nitrogen-15 untuk melacak jumlah senyawa nitrogen yang diserap langsung oleh tanaman. Jadi pupuk yang mengandung isotop nitrogen-15 diberikan pada tanaman, kemudian dilakukan tracking (pelacakan) jumlah isotop nitrogen yang diserap oleh tanaman menggunakan alat 15N NMR (Nitrogen-15 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy). Ini mungkin dilakukan karena isotop 15N memiliki bilangan nuclear spin ½ yang NMR-nya sangat mudah untuk dibaca. Dengan cara ini maka konsentrasi nitrogen yang diserap tanaman akan diketahui dengan akurasi yang benar-benar tepat. Metode ini hanya akan berhasil jika penggunaan air pada tanaman juga efektif, karena terlalu banyak menggunakan air setelah pemberian pupuk akan membawa sejumlah nitrogen larut dalam air tanah(7)(9).

Penelitian menggunakan ilmu nuklir isotope tracking ini memberikan hasil yang menggembirakan. Dengan metode ini didapatkan metode optimum penggunaan pupuk dalam pertanian. Ini mampu menghemat penggunaan pupuk hingga 30%.

Optimasi ini juga mengurangi terlalutnya nitrogen dari pupuk ke lingkungan sekitar hingga 20%. Artinya pencemaran sungai akibat terlalu banyak kandungan senyawa amoniak dapat berkurang hingga 20%(7).

Radiasi Gama Untuk Pengendalian Mikroorganisme Patogen di Air

Kasus di Sungai Segah ini ternyata tak hanya terjadi satu kali. Setelah peristiwa algae blooming pertama, beberapa minggu berikutnya terjadi kembali algae blooming yang menewaskan ikan-ikan di Sungai Segah. Peristiwa ini berulang hingga satu bulan kedepan dan terjadinya secara random.

Perkembangan jumlah mikroorganisme patogen pada aliran sungai ini bukanlah hal yang baru dalam ilmu lingkungan. Oleh karena itu para ahli lingkungan hidup telah membuat metode pencegahan maupun penanganannya. Selain metode konvensional salah satu metode yang populer digunakan di dunia ialah dengan radiasi ion.

Metode ini menggunakan sinar gama dan electron beam sebagai desinfektan air yang tercemar. Dosis penggunaan sinar radiasi ini berbeda sesuai dengan jumlah mikroorganisme yang mencemari air. Sumber radiasi yang dapat digunakan untuk desinfektan ini berasal dari radiasi gamma (Cobalt-60 atau Cessium-137) dan electron beam accelerators(8).

Jika menggunakan metode konvensional, mikroorganisme patogen ini akan mengalami regrow atau pertumbuhan kembali. Ini sama seperti yang terjadi pada Sungai Segah setelah terjadinya algae blooming yang pertama, akan terjadi yang kedua maupun ketiga. Namun, jika menggunakan metode radiasi maka mikroorganisme patogen tidak akan dapat tumbuh kembali dalam waktu dekat.

Radiasi gamma dapat merusak dinding dan membran sel dari mikroorganisme dan bahkan mengakibatkan perubahan material DNA pada mikroorganisme. Perubahan material DNA ini akan menyebabkan mikroorganisme patogen tidak dapat berkembang biak kembali.

Kesimpulan

Berdasarkan kasus algae blooming di Sungai Segah yang berada di Berau-Kaltim ini kita dapat mempelajari bahwa kasus semacam ini akan bisa terselesaikan dengan mudah jika menggunakan ilmu nuklir dalam bidang lingkungan. Ini bukan hanya akan memberikan keadilan bagi para pengusaha tambak di aliran Sungai Segah yang ikannya mati tetapi juga akan memberikan solusi penggunaan pupuk untuk industri perkebunan yang lebih bijak.

Dalam hal ini, peranan ilmu nuklir ialah memberikan kontribusi dalam menegakkan keadilan bagi rakyat kecil dan juga akan menyokong ekonomi untuk industri-industri besar tanpa merusak lingkungan. Aliran sungai yang disterilisasi juga akan meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan masyarakat. Oleh karena itu ilmu nuklir merupakan instrument ilmu pengetahuan modern yang harus kita kuasai untuk menyelesaikan permasalahan lingkungan secara lebih bijaksana.

Pustaka:

(1) Berau Post. (05 Oktober 2015). Fenomena Sungai Segah yang Bikin Bingung BLH. Pro Berau. Diambil dari www.berau.prokal.co

(2) Berau Post. (23 April 2016). Air Sungai Segah Diduga Tercemar. Pro Berau. Diambil dari www.berau.prokal.co

(3) Berau Post. (07 Oktober 2015). Ternyata, Ini Penyebab Matinya Ribuan Ikan di Sungai Segah. Pro Berau. Diambil dari www.berau.prokal.co

(4) Karuppan Sakadevan. (Februari 2015). Tracking Pollution to Its Source. International Commission for the Protection of the Danube River. Diambil dari www.icpdr.org

(5) Sulzman W.E. 2007, Stable Isotope Chemistry and Measurement: A Primer. Blackwell Publishing Ltd. Malden, USA.

(6) IAEA General Conference, 2010, Nuclear and Isotoopic Techniques for Marine Pollution Monitoring. International Atomic Energy Agency. Dokumen di download dari from www.iaea.org

(7) Gaspar Miklos. (23 May 2017). Stable Nitrogen Isotope Helps Scientist Optimize Water, Fertilizer Use. International Atomic Energy Agency. Diambil dari www.iaea.org

(8) El-Motaium, R.A. 2006. Application of Nuclear Techniques in Environmental Studies and Pollution Control, Proceeding of the 2nd Environmental Physics Conference. Egypt.

(9) William Reusch, Suplemental NMR Topics, Michigan State University Departement of Chemistry, diambil dari www.chemistry.msu.edu

Oleh : Muhammad Mahfuzh Huda (Graduate School of Natural Science and Technology – Okayama University)

Diperiksa Oleh : Erwin Fajar dan Dwi Rahayu

Tim Kajian Nuklir PPI Dunia

 

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi

Masa Depan Energi Nuklir: Desain dan Faktor Keselamatan Reaktor Berbasiskan Bahan Bakar TRISO

Pendahuluan

Pertambahan jumlah penduduk dan meningkatnya kehidupan masyarakat menyebabkan meningkatnya kebutuhan akan energi terutama energi listrik. Indonesia sendiri merupakan salah satu negara yang masih bergantung pada energi fosil untuk memenuhi kebutuhan listriknya. Menurut BPPT pada kajian Outlook Energi Indonesia 2016 [1], kebutuhan listrik Indonesia pada tahun 2050 akan meningkat hingga 6.9 kali lipat dibandingkan tahun 2015. Apabila digunakan kebijakan dan pertumbuhan yang sama maka energi fosil pada tahun 2050 masih akan mendominasi untuk pembangkitan listrik dengan persentase 61% untuk sumber batu bara. Permasalahan untuk batu bara adalah harga dan biaya lingkungan yang tinggi. World Bank memproyeksikan bahwa pada tahun 2050 harga batu bara akan meningkat 1.8 kali lipat dibandingkan pada tahun 2015 [2]. Walaupun peningkatan harga tidak terlalu tinggi, namun penggunaan batu bara akan meningkatkan gas rumah kaca yang berakibat buruk bagi lingkungan. Oleh karena itu dibutuhkan sumber energi alternatif yang masif apabila subtitusi batu bara diinginkan.

Energi nuklir merupakan sumber energi yang tepat untuk menyubtitusi batu bara karena dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang besar dan juga ramah lingkungan. Secara teori uranium mengandung energi sebesar 24.5 juta kWh/kg dimana fast breeder reactor dapat merealisasikan sebesar 6.67 juta kWh/kg. Peningkatan efesiensi dari suatu reaktor akan meningkatkan energi yang dapat direalisasikan. Sebagai perbandingan, batu bara hanya mampu menghasilkan energi sekitar 8 kWh/kg. Oleh karena itu, teknologi nuklir terus dikembangkan oleh berbagai pihak karena berpotensi sebagai sumber energi listrik skala besar di masa depan. Saat ini, perkembangan reaktor nuklir sudah sampai pada generasi ke-4 dengan beberapa desain yang disetujui berdasarkan sistem pendinginnya. Beberapa desain yang disetujui adalah Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), Supercritical Water-cooled Reactor (SCWR), Molten Salt Reactor (MSR), dan Very High Temperature Reactor (VHTR). Dari berbagai desain tersebut, VHTR keunggulan berupa efisiensi yang tinggi (hingga 50%), temperatur operasional yang tinggi sehingga memungkinkan pemanfaatan energi panas untuk keperluan industri, dan potensi pemanfaatan thorium sebagai bahan bakar. Tingkat keamaan yang tinggi dari VHTR diusung oleh desain bahan bakar yang unik yaitu menggunakan desain tristructural-isotropic (TRISO). Lingkup bahasan artikel ini berfokus pada pemanfaatan desain TRISO pada VHTR dengan bahasan-bahasan pokok seperti pembahasan desain bahan bakar, mekanisme proteksi, serta faktor keselamatan yang disematkan.

Konsep Desain TRISO 

TRISO dikembangkan pertama kali di Jerman sebagai bahan bakar Pebble Bed Reactor dan High Temperature Reactor berbahan bakar thorium yang keduanya merupakan VHTR. Konsep TRISO dinilai potensial sehingga terus dikembangkan dan digunakan dalam desain reaktor nuklir masa depan [3]. Sesuai dengan namanya, tristructural-isotropic, TRISO merupakan desain dimana bahan bakar dilapis dengan tiga struktur lapisan dengan arah radial dan berbentuk bola guna mendapatkan sifat yang seragam (isotropic). Ketiga lapisan tersebut adalah inner pyrolitic carbon (IPyC), silicon carbide (SiC), dan outer pyrolitic carbon (OPyC). Adapun dalam pengaplikasiannya, bahan bakar TRISO juga dilapisi oleh porous carbon buffer yang memisahkan antara ketiga lapisan tersebut dengan bahan bakar. Ilustrasi dari struktur TRISO dapat dilihat pada Gambar 1.

Fuel kernel merupakan inti dari bahan bakar TRISO yang merupakan oksida, karbida, atau oksikarbida bahan bakar nuklir seperti uranium, plutonium, thorium, ataupun transuranic elements (TRU). Inti tersebut akan dilapisi oleh lapisan karbon berpori yang berfungsi sebagai penahan perubahan dimensi yang disebabkan oleh tekanan dari inti akibat penumpukan gas dan rekoil dari pecahan reaksi fisi. Setelah itu, terdapat lapisan IPyC yang merupakan lapisan padat dari carbon. Lapisan ini berfungsi sebagai pelindung inti dari gas korosif yang digunakan untuk mendeposisi SiC. Lapisan selanjutnya adalah lapisan SiC dimana lapisan ini merupakan lapisan utama yang berfungsi sebagai penahan tekanan dan penghalang difusi untuk mencegah terlepasnya gas dan metallic fission product (FPs). Walaupun SiC merupakan material yang mampu mempertahankan kekuatannya hingga temperature tinggi (~1400oC), penggantian SiC dengan ZrC dianggap sebagai salah satu potensi yang layak untuk dikembangkan [5,6]. Lapisan terluar merupakan OPyC, lapisan karbon padat yang berfungsi sebagai bonding surface untuk pelapisan lebih lanjut [7]. PyC, baik inner maupun outer, dapat berfungsi untuk mengurangi tegangan tarik yang diterima oleh lapisan SiC.

Gambar 2. Dua desain elemen (prismatic dan pebble) dengan bahan bakar TRISO [8].

Hingga saat ini, terdapat dua bentuk elemen yang digunakan sebagai bahan bakar dengan konsep TRISO yaitu prismatic dan pebble. Penggunaan kedua elemen tersebut ditentukan oleh desain reaktor yang akan digunakan. Pada desain prismatic, partikel TRISO dikompaksi memanjang sedangkan pada desain pebble dibenamkan pada kulit grafit berbentuk bola seukuran bola tenis. Pembentukan elemen tersebut bertujuan untuk meningkatkan kepadatan dari partikel TRISO sehingga temperature dan efisiensi reaktor secara keseluruhan dapat ditingkatkan. Skema partikel TRISO yang disusun dengan model prismatic dan pebble ditunjukkan dengan Gambar 2.

Teknologi Kinerja Bahan Bakar dan Mekanisme Proteksi Very High Temperature Reactor (VHTR) umumnya menggunakan gas sebagai pendingin reaktor yang biasanya adalah gas helium. Penggunaan gas sebagai pendingin menjadikan VHTR sering disebut dengan High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR). Desain reaktor ini menggunakan dua elemen bahan bakar TRISO, prismatic dan pebble, yang sudah dijelaskan sebelumnya. Dua elemen TRISO ini digunakan sebagai bahan bakar dengan desain reaktor khusus seperti desain Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) untuk elemen pebble dan High Temperature Test Reactor (HTTR) untuk elemen prismatic. Di dalam PMBR sedikitnya terdapat 360,000 uranium pebble yang mengandung sekitar 9 mg uranium yang diperkaya rendah dengan jumlah 10.000-15.000 partikel TRISO. Pebble Bed Modular Reactor mempunyai beberapa karakteristik berupa [9]:

  1.  Secara alamiah dapat dikatakan aman karena secara fisik tidak memungkinkan terjadi peluluhan dan tidak akan terjadi kecelakaan akibat kerusakan pada bahan bakar.
  2.  Masih berkapasitas kecil, berkisar antara 100-200 MW yang dapat dihasilkan dari desain saat ini.
  3.  Sistem pengisian bahan bakar online (online refueling) menjadi keuntungan utama karena dapat menghindari waktu down untuk pengisian bahan bakar (refueling outages). PBMR secara terus-menerus dapat mengganti bahan bakar yang sudah terpakai dengan bahan bakar baru.

HTTR merupakan reaktor yang dioperasikan oleh Japan Atomic Energy Agency sebagai reaktor untuk riset. Dalam persyaratan disain keselamatan untuk bahan bakar HTTR, ditetapkan bahwa fraksi kegagalan fabrikasi harus kurang dari 0.2%. Untuk pengoperasian HTTR yang aman, pengukuran keandalan aktivitas pendingin yang terus-menerus sangat diperlukan untuk mengevaluasi kinerja bahan bakar dan radiologis sistem reaktor selama kondisi operasi normal. Salah satu cara untuk mengevaluasi kinerja bahan bakar adalah dengan mengukur Release-to-Birth rate (R/B) yang merupakan ukuran dari kemampuan dari partikel TRISO untuk menahan hasil reaksi fisi agar tidak terlepas keluar. Kemampuan tersebut ditentukan oleh kualitas lapisan pada partikel TRISO. Gambar 3 menunjukkan rasio R/B untuk 88Kr selama operasi reaktor ini. Nilai Terukur R/B kurang dari 1.2×10-8, empat orde lebih rendah dari batas desain untuk operasi normal (10-4), sehingga sesuai dengan 0,2% kegagalan pada bahan bakar. Dengan data tersebut, dapat disimpulkan bahwa bahan bakar HTTR memiliki kualitas yang sangat baik selama operasi suhu tinggi untuk jangka panjang [10]. Selain itu, temperatur operasional HTTR yang cukup tinggi memungkinkan pemanfaatan energi panas reaktor untuk keperluan industri seperti produksi hidrogen menggunakan siklus sulfur-iodine.

Gambar 3. Release-to-birth rate ratio pada 88Kr selama pengoperasian HTTR [10].

Selain mengevaluasi TRISO dari sudut pandang reaktor, evaluasi dari sisi material pelapisnya juga dilakukan. Terdapat dua tipe pelapis untuk partikel TRISO yang dinilai potensial yaitu SiC dan ZrC.

  1. SiC-TRISO Untuk mengetahui perilaku bahan bakar pada penambahan burn-up seperti sistem VHTR, uji iradiasi dilakukan dengan menggunakan bahan bakar dengan tingkat burn-up yang tinggi, dengan reaksi fluorin neutron cepat yang lebih tinggi daripada bahan bakar HTTR. Melalui uji iradiasi ini dapat diketahui agar mekanisme kegagalan yang diduga dalam kondisi burn-up yang tinggi adalah kegagalan mekanis yang terjadi pada lapisan SiC dan/atau peningkatan tekanan internal yang berlebihan dengan adanya percepatan iradiasi.
  2. ZrC-TRISO ZrC adalah salah satu karbida logam transisi, yang memiliki karakteristik: kompatibilitas yang baik dengan struktur logam, titik lebur yang tinggi dan stabilitas termodinamika yang baik, dan ketahanan terhadap keausan. ZrC memiliki titik leleh berkisar 3420℃, tetapi titik leleh dapat turun menjadi 2850℃ ketika berinteraksi dengan karbon (PyC) yang digunakan sebagai pelapis TRISO. Keunggulan utama ZrC dibandingkan SiC adalah kemampuan bertahan pada temperature yang lebih tinggi. Hasil uji pemanasan pasca iradiasi, partikel bahan bakar berlapis ZrC tidak mengalami kegagalan hingga ~6000 detik ketika diuji pada suhu 2400℃, sementara hampir 100% partikel bahan bakar berlapis SiC mengalami kegagalan seketika pada suhu 2400℃. Hal ini disebabkan oleh stabilitas thermal dari lapisan ZrC dan stabilitas kimia dari produk fisi metalik ZrC pada uji pemanasan pasca iradiasi.

Penyusutan akibat proses iradiasi pada IPyC dapat menyebabkan retak parsial pada lapisan SiC atau pelepasan lapisan SiC dari IPyC. Retak parsial dapat terjadi apabila perbedaan tegangan radial antara lapisan IPyC dan SiC melebihi kekuatan lapisan IPyC. Pada model kegagalan ini, ikatan lapisan IPyC/SiC sangat kuat sedangkan apabila kekuatan ikatan IPyC/SiC rendah maka pelepasan ikatan dapat terjadi. Pada iradiasi partikel TRISO, temperatur akan meningkat dan dapat menyebabkan perbedaan temperatur (temperature gradient) yang tinggi. Perbedaan temperatur yang tinggi ini dapat menyebabkan kernel pada partikel TRISO berpindah tempat sehingga mengakibatkan kegagalan pada sistem lapisan IPyC-SiC-OpyC. Fenomena ini disebut sebagai kernel migration yang dapat disebabkan oleh difusi gas CO dari kernel ke arah luar partikel. Gas CO dapat menumpuk dan beraksi menghasilkan gas CO2 dan karbon yang berfasa padat. Seiring waktu, karbon padat terbentuk di sisi dingin lapisan buffer dan mendorong kernel untuk berpindah ke sisi panas partikel TRISO, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Kernel migration, yang terjadi akibat gradiasi suhu dan menyebabkan tegangan thermal yang cukup signifikan [11].

Partikel TRISO yang digunakan dalam PBMR mengandung produk fisi radioaktif di dalamnya. Produk fisi gas bersama dengan karbon monoksida terjebak dalam partikel dan mengalami proses tekanan operasi yang signifikan dari reaksi fisi pada reaktor inti. Kegagalan pada partikel yang diberikan tekanan secara seragam biasanya terjadi pada bagian partikel yang mengalami kerusakan/ketidaksempurnaan sehingga tegangan dapat terkonsentrasi. Secara teoritis, partikel yang difabrikasi tanpa cacat harus mempunyai fracture strength mendekati 40 GPa [12]. Dengan kerusakan/ketidaksempurnaan partikel, kekuatan partikel sepenuhnya tergantung pada ketangguhan retak material dan kegagalan terjadi dimana intensitas tegangan lokal mencapai atau melebihi nilai ketangguhan patah partikel [13]. Walaupun kegagalan biasanya terjadi karena tegangan tarik, pengujian tekan dapat mensimulasikan tegangan tarik sesuai dengan Gambar 5. Pengujian tekan tidak memerlukan persiapan sehingga menguntungkan terutama bila pengujian harus dilakukan pada partikel setelah iradiasi. Tekanan gas internal karena iradiasi akan menyebabkan tegangan sisa yang akan menambah atau mengurangi tegangan yang diterapkan dengan pengujian kompresi sehingga mempengaruhi beban terukur pada proses pengujian. Pengaruh tersebut akan mencerminkan kemampuan partikel ketika pembakaran terjadi.

Gambar 5. Skema yang menggambarkan mekanisme tegangan tarik longitudinal akibat beban kompresi pada partikel TRISO, T: tension, C: compression [13].

Jika kekuatan partikel diukur dengan faktor creep rupture (perambatan retak akibat beban konstan) maka perhitungan laju creep dapat menentukan kinerja dari bahan bakar. Demikian juga, perhitungan tegangan terperinci sangat diperlukan untuk memodelkan dan mengukur kinerja bahan bakar yang dibatasi oleh retakan melalui celah karena tekanan. Partikel bahan bakar TRISO telah diamati secara eksperimental untuk memiliki beberapa kemungkinan mode kegagalan, yang dikategorikan pada efek satu dimensi (1D) atau tiga dimensi (3D). Mekanisme kegagalan 1D atau 3D yang dominan untuk partikel bahan bakar TRISO melibatkan kegagalan pada bejana tekan, dimana lapisan retakan pada SiC yang dihasilkan dari tegangan tarik yang melebihi kekuatan fraktur material.

Adapun pengamatan eksperimental menunjukkan bahwa reaksi kimia SiC oleh elemen seperti paladium (Pd) dapat menipiskan lapisan pada partikel. Tingkat penipisan dikatakan rendah namun bisa sangat berarti untuk lingkungan dengan tekanan tinggi atau waktu iradiasi yang cukup lama. Tingkat reaksi kimia ini telah terbukti meningkat dengan adanya kerusakan/ketidaksempurnaan pada partikel seperti retakan pada lapisan IPyC atau pemisahan lapisan IPyC/SiC. Pemodelan difusi produk fisi yang akurat memungkinkan perkiraan tingkat penipisan SiC karena reaksi kimia oleh Pd atau elemen lainnya. Perlu dicatat bahwa, mekanisme kegagalan yang telah dibahas mewakili mode kegagalan yang dominan untuk partikel bahan bakar TRISO.

Faktor Keselamatan 

Faktor keamanan PBMR pada halnya didasarkan pada dua prinsip yang terdapat pada elemen TRISO. Yang pertama adalah densitas daya reaktor yang sangat rendah, yang berarti bahwa jumlah energi dan panas yang dihasilkan secara volumetrik rendah dan adanya proses mekanisme alami seperti perpindahan panas konduksi dan radiasi yang akan menghilangkan panas meskipun tidak ada pendinginan konveksi yang tersedia. Keamanan ini didukung oleh karbon yang digunakan dalam elemen bahan bakar yang memiliki heat capacity tinggi dan high temperature stability. Prinsip kedua adalah bahwa silikon karbida, yang membentuk proteksi penahan pada partikel TRISO perlu memiliki kualitas yang cukup sehingga dapat mempertahankan produk fisi. Selain itu, pendingin helium yang digunakan memiliki fasa tunggal yang inert yang memiliki reaktivitas rendah dan tidak dapat menjadi radioaktif. Ukuran optimum untuk PBMR disimpulkan sekitar 250 MWth termal untuk memungkinkan konstruksi yang cepat dan modular guna menjaga fitur keselamatan. Desain ini tidak memerlukan sistem pendinginan bahan bakar darurat yang mahal dan rumit karena bahan bakar tidak akan meleleh.

Sebagai pembanding dengan reaktor yang ada di Chernobyl. Untungnya, desain pebble sangat berbeda dari pada desain Chernobyl karena tidak mengandung air yang dapat menyebabkan ledakan uap maupun zirkonium yang dapat terbakar di udara pada suhu tinggi. PBMR juga tidak memungkinkan untuk dapat mencapai suhu tinggi yang dapat mencairkan bahan bakar. Masalah utama pada desain PBMR adalah jumlah udara yang tersedia untuk inti dari rongga reaktor sehingga dibentuk lah cerobong asap agar aliran udara masuk ke dalam inti dengan lebih mudah [9].

Karena PBMR dirancang untuk suhu yang lebih tinggi, reaktor dirancang agar dapat secara pasif mengurangi tingkat daya yang aman dalam skenario kecelakaan. Ini adalah fitur keselamatan pasif utama dari PBMR, dan hal ini yang membuat desain pebble unik dibanding reaktor air ringan konvensional yang memerlukan kontrol keselamatan aktif. Reaktor dengan bahan dasar pebble tidak akan menyebabkan semua mesin pendukungnya gagal, dan reaktor tidak akan retak, meleleh, meledak atau mengeluarkan limbah berbahaya ke lingkungan. Pada kasus yang ekstrim, reaktor hanya akan beratahan pada suhu idle. Dalam keadaan tersebut, bejana reaktor memancarkan panas, namun bejana dan bahan bakar tetap utuh dan tidak rusak. Penanggulangannya cukup mudah hanya dengan memperbaiki mesin dan melepas bahan bakar. Fitur keselamatan ini telah diuji (dan didokumentasikan) dengan reaktor AVR di Jerman. Pengujian dilakukan dengan cara melepas semua batang kontrol ditambah dengan memberhentikan aliran pendingin. Setelah itu, sampel bahan bakar diambil dan diperiksa untuk kerusakan dan tidak ada satupun yang mengalami kerusakan.

Dengan perkembangan teknologi nuklir yang pesat terutama dalam faktor keamaan maka sudah semestinya Indonesia mempertimbangkan secara serius untuk memanfaatkan energi nuklir. Pembangkit listrik tenaga batu bara sudah tidak memungkinkan lagi untuk dipergunakan di masa mendatang bukan hanya karena permasalahan harga tetapi permasalahan lingkungan yang ditimbulkan akibat pembakaran batu bara. Di lain sisi, pemanfaatan energy terbarukan seperti turbin angin, turbin air, dan sel surya tidak mampu menyediakan energi yang stabil dalam jumlah yang banyak.

Disusun oleh : Arifin Septiadi dan Rando Tungga Dewa

Diperiksa oleh : Dwi Rahayu dan Feri Wibisono

TIM KAJIAN NUKLIR – PPI DUNIA

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi PPI Negara

Menteri ESDM Iganasius Jonan Menyapa Diaspora Indonesia di Jepang

Tokyo, 14 Mei 2017 – Bertempat di Balai Indonesia, Sekolah Republik Indonesia Tokyo, Menteri ESDM Ignasius Jonan meluangkan waktu secara khusus untuk menyapa ratusan masyarakat Indonesia di Jepang.

Meskipun acara agak tertunda dari jadwal dikarenakan Menteri Jonan yang baru tiba di Tokyo pada hari yang sama, hal itu tidak mengurangi animo masyarakat yang datang untuk bertemu. Pada kunjungannya yang pertama sebagai Menteri ESDM ke Jepang kali ini, Menteri Jonan direncanakan bertemu beberapa investor dan perusahaan besar Jepang seperti Mitsubishi, Marubeni, Inpex dan Tokyo Gas untuk membahas peluang kerjasama Indonesia-Jepang.

Dalam kunjungannya kali ini, Menteri Jonan didampingi oleh Utusan Khusus Presiden untuk Investasi dengan Jepang, Bapak Rahmat Gobel, Dirjen Ketenagalistrikan Andy Noorsaman Sommeng, dan Wakil Kepala SKK Migas M.I Dzikrullah.

Dalam kesempatan pertemuan dengan masyarakat Indonesia di Jepang, Menteri Jonan memilih untuk melakukan dialog interaktif dengan para Diaspora Indonesia yang hadir dalam pertemuan tersebut. Setelah Duta Besar RI untuk Jepang, Bapak Arifin Tasrif memberi beberapa kata sambutan, Menteri Jonan langsung membuka sesi tanya jawab bagi para peserta tanpa berpidato terlebih dahulu.

Tidak kurang dari 9 (Sembilan) pertanyaan umum maupun teknis diajukan oleh masyarakat Indonesia pada kesempatan tersebut, yaitu mulai dari soal Freeport, perubahan tarif listrik bagi rumah berkapasitas 900W, hingga pemanfaatan energi geothermal dan nuklir serta dampaknya terhadap lingkungan ditanyakan kepada Menteri Jonan.

Diselingi tawa dan canda, Menteri Jonan menjawab pertanyaan dari para peserta dengan ringkas dan apa adanya. Sesekali juga Menteri Jonan menunjukkan data dalam bentuk angka untuk menegaskan jawaban. Terkait isu kenaikan listrik misalnya, “Penting diketahui bahwa harga listrik tidak naik, tetapi pelanggan listrik rumah tangga 900W dicabut, sedangkan pelanggan listrik 450W tetap disubsidi,” terang Jonan menanggapi pertanyaan salah satu peserta.

Sedangkan ketika diajukan pilihan antara listrik murah atau energi ramah lingkungan dari salah satu peserta, Menteri Jonan menjawab bahwa tentunya keduanya sedang diupayakan oleh Pemerintah RI. Namun apabila diharuskan memilih salah satu, Menteri Jonan dengan lugas menjawab tentunya lebih memilih mengedepankan affordability bagi masyarakat. Beliau pun lalu menyampaikan bahwa salah satu target pemerintah saat ini adalah untuk menerangi 2500 desa hingga 2019. Pemerintah juga tengah mendorong agar harga listrik dapat semakin bersaing dan menjadi lebih terjangkau, khususnya bagi warga-warga yang kurang mampu.

Selepas dialog interaktif dengan para diaspora, Menteri Jonan juga masih menyempatkan waktunya untuk diwawancarai oleh Radio PPI Jepang, dimana Beliau juga menyematkan harapan yang tinggi agar para intelektual muda Indonesia dapat segera pulang dan berkarya untuk Indonesia. Menteri Jonan pun tak lupa menyampaikan apresiasi yang tinggi atas karya dan kontribusi teman-teman lewat wadah PPI dan bahkan menyampaikan bahwa salah satu putrinya juga menjadi Sekretaris Jenderal di salah satu PPI di Eropa. Semoga kunjungan Menteri Jonan dapat membawa banyak manfaat, khususnya bagi upaya Pemerintah RI untuk dapat mandiri secara energy. Tentunya para Diaspora Indonesia yang berada di Jepang pun siap berkolaborasi dan mendukung segala upaya yang dilakukan pemerintah, khususnya dalam hal kemandirian energi dan meningkatkan kerjasama dengan Jepang.

(Red, Theodorus Alvin / Ed, pw)

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi

Kecelakaan Nuklir di Three Mile Island

Berbicara tentang kecelakaan nuklir, publik pasti masih ingat dengan peristiwa kecelakaan nuklir di Fukushima tahun 2011. Sebagai peristiwa kecelakaan nuklir terbaru di awal abad 21, gempa bumi dan Tsunami yang menyertai peristiwa tersebut tentu menjadi bumbu pekat yang cukup mengidentikkan nuklir dengan peristiwa Fukushima di alam bawah sadar masyarakat. Peristiwa tersebut mendapatkan perhatian masyarakat milenial seperti pula kecelakaan nuklir Chernobyl (Uni Soviet) di era perang dingin ataupun bom Hiroshima-Nagasaki (Jepang) di era perang dunia kedua. Di Amerika Serikat sendiri, ada 1 peristiwa kecelakaan nuklir yang jarang dibahas, khususnya oleh masyarakat Indonesia: kecelakaan nuklir di Three Mile Island.

Dalam konteks klasifikasi kecelakaan nuklir dan radiologis, lembaga International Atomic Energy Agency (IAEA) mempunyai skala dalam yang dinamakan International Nuclear and Radiological Event Scale (INES). Skala ini adalah alat yang digunakan secara konsisten dalam komunikasi publik dalam membahas signifikansi sebuah kejadian radiologis atau terkait nuklir terhadap keselamatan masyarakat. Pada Gambar 1, dapat dilihat bahwa kejadian nuklir dan radiologis dapat diklasifikasi dari level 0-7, dengan memperhitungkan dampak terhadap 3 area: 1. Dosis

radiasi terhadap masyarakat sekitar fasilitas, serta pelepasan material radioaktif yang tidak direncanakan/diinginkan dari fasilitas. 2. Perisai dan kontrol radiologis yang mampu menahan penyebaran material radioaktif dan radiasi level tinggi terkurung hanya di dalam fasilitas, serta tidak menimbulkan efek langsung ke masyarakat dan lingkungan. 3. Pertahanan berlapis yang dapat mencegah efek langsung kecelakaan nuklir ke masyarakat dan lingkungan, hanya saja fungsi-fungsi sistem penanganan tidak berfungsi sebagaimana mestinya untuk mencegah kecelakaan nuklir.

Gambar 1. International Nuclear and Radiological Event Scale (INES)

Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) Three Mile Island (TMI) adalah fasilitas nuklir dengan 2 unit reaktor nuklir yang terletak di Harrisburg, ibukota negara bagian Pennsylvannia, Amerika Serikat. Kedua unit reaktor tersebut menggunakan teknologi air bertekanan sebagai media pendingin reaktor (Pressurized Water Reactor = PWR), yang didesain oleh perusahaan Babcock & Wilcox. Kedua reaktor tersebut dibangun dan mulai beroperasi di tahun 1970-an dan menghasilkan daya 800 MWe untuk unit 1 dan 906 MWe untuk unit 2. Pada 28 Maret 1979 dini hari, terjadi kecelakaan nuklir pada reaktor unit 2. Kegagalan fungsional pompa pendingin sekunder berujung pada kerusakan parah pada bagian inti reaktor nuklir, yang mana sebagian pelet bahan bakar nuklir meleleh karena suhu yang terlampau tinggi. Terdapat pula pelepasan sejumlah kecil gas radioaktif dari gedung pendukung (auxiliary building) yang menampung sistem pendinginan reaktor darurat. Kecelakaan nuklir ini masuk dalam kategori level 5 pada skala INES. Sebagai perbandingan, kecelakaan Chernobyl dan Fukushima masuk dalam kategori level 7.

Gambar 2. Diagram Reaktor Unit 2 Three Mile Island

Gambar 2, memberikan gambaran mengenai perangkat dan skema pembangkitan listrik reaktor nuklir unit 2 TMI. Di dalam bangunan reaktor, terdapat sistem pendinginan primer, dimana panas yang dihasilkan reaksi nuklir di inti/teras reaktor (reactor core), diambil dan dibawa oleh air bertekenan ke perangkat pembangkit uap (steam generator). Di perangkat tersebut, terjadi transfer panas dari sistem pendingin primer ke sistem pendinginan sekunder. Air sistem pendingin sekunder didorong masuk oleh pompa utama (main feedwater pump) sistem pendingin sekunder, berubah menjadi uap di perangkat pembangkit uap, kemudian memutar turbin generator untuk menghasilkan listrik. Kecelakaan nuklir ini bermula dari sebuah kegagalan fungsional (tidak diketahui apakah kegagalan mekanik atau elektrik) dari pompa utama (main feedwater pump) sistem pendingin sekunder. Tidak adanya pendingin sekunder dalam sekejap meningkatkan suhu di sistem pendingin primer. Dalam waktu 1 detik, sistem keselamatan sukses memadamkan reaktor.

Walaupun telah padam, inti/teras reaktor tetap menghasilkan panas residu, panas yang dihasilkan dari peluruhan produk fisi inti/teras reaktor, dengan besaran daya sekitar 5% dari daya total reaktor. Suhu dan tekanan reaktor meningkat. Untuk mengendalikan tekanan reaktor, katup pelepasan kendali jarak jauh (PORV) yang berada di atas bejana tekan (pressurizer) terbuka, dan mengalirkan uap dan air pendingin sistem primer keluar dari sistem pendingin menuju ke tangki (pressurized relief tank) yang berada di dasar bangunan. Katup ini akan tertutup kembali setelah tekanan reaktor kembali turun ke level tekanan normal. Sayangnya, hal itu tidak terjadi. Katup tersebut macet dalam kondisi terbuka, namun lampu instrumen di ruang operator memberikan indikasi yang membuat operator menyimpulkan bahwa katup telah tertutup. Air sistem pendingin primer terus mengalir keluar melalui katup tersebut menyebabkan kondisi Loss of Coolant Accident (LOCA).

Saat reaktor padam, pompa sistem pendinginan darurat menyala menggantikan sistem pendingin sekunder. Namun, katup saluran pada 2 dari 3 sistem pendingin darurat tersebut berada dalam keadaan tertutup, dan tidak segera disadari oleh operator reaktor. Pada kondisi seperti ini, pembangkit uap terus mendidih menyebabkan pendingin primer berekspansi sementara tekanan terus menurun karena LOCA. Operator tidak mendeteksi terjadinya LOCA dan hanya menyimpulkan bahwa inti/teras reaktor mendapatkan cukup air pendingin dari level air di bejana tekan (pressurizer). Padahal pada kenyataanya, level air di bejana tekan (pressurizer) ditopang oleh ekspansi dan pembentukan gelembung uap karena kurangnya pendinginan. Saat tekanan makin rendah dan level air di bejana tekan semakin tinggi, sesuai dengan standar operasi saat pelatihan, operator mematikan pompa pendingin primer untuk mencegah kerusakan vibrasi serta mematikan pompa pendinginan darurat untuk mencegah bejana tekan terlalu penuh dengan air dan tak terkendali. Namun ternyata tindakan tersebut menyebabkan semakin minimnya pendinginan inti reaktor, menjadi terlalu panas hingga akhirnya pelet bahan bakar rusak dan melepaskan sejumlah material radioaktif ke air pendingin primer.

Air dan uap pendingin primer yang mengalir keluar melalui katup (PORV) terkumpul di tangki di dasar bangunan. Seiring bertambahnya volume air dan uap, bertambah pula panas dan tekanan di dalam tangki tersebut hingga akhirnya pecah dan menimbulkan kebocoran tangki. Tumpahan pendingin primer yang mengandung material radioaktif tersebut mengalir dan tertampung dalam sebuah ruang tampung cairan (sump) hingga akhirnya dipompa oleh sistem ke bangunan pendukung (auxiliary building). Tangki penampung di bangunan pendukung tersebut tidak mampu menampung semua pendingin primer tersebut, sehingga tumpah di dalam bangunan tersebut.

Material radioaktif yang terlarut dalam air pendingin primer tersebut kemudian berubah menjadi gas-gas di atmosfer bangunan pendukung (auxiliary building). Sistem sirkulasi dan filtrasi di bangunan tersebut mampu menyaring sebagian besar material radioaktif seperti cesium, strontium, iodine, dan pemancar partikel alpha lainnya. Hanya saja, sistem tersebut tidak didesain untuk menahan gas mulia seperti krypton dan xenon. Karena hal itulah terdapat sejumlah kecil gas radioaktif, termasuk krypton dan xenon yang terlepas ke lingkungan di sekitar fasilitas nuklir. Gambar 3 memberikan data mengenai material radioaktif yang terlepas ke lingkungan selama terjadinya kecelakaan tersebut yang dipublikasikan oleh GPU Nuclear Corporation, perusahaan pemilik fasilitas nuklir tersebut. Gambar 3. Radioaktivitas yang terlepas ke lingkungan selama kecelakaan Three Mile Island

Sekitar waktu tengah hari, sistem pendingin dapat kembali diaktifkan, reaktor kembali stabil, dan fasilitas dalam keadaan terkendali. Tidak terjadi ledakan reaksi kimia yang menyebabkan rusaknya gedung pengungkung hingga menyebabkan penyebaran material radioaktif lebih lanjut. Namun, warga sekitar fasilitas, terutama anak-anak dan wanita, dievakuasi hingga radius 5 mil dari fasilitas.

Setelah kejadian tersebut, berbagai lembaga pemerintah seperti Nuclear Regulatory Commision (NRC), Environmental Protection Agency, Department of Health, Education and Welfare, Department of Energy, Commonwealth of Pennsylvania serta beberapa lembaga independen dan universitas melakukan studi dan investigasi mendetail mengenai konsekuensi radiologis dari kecelakaan tersebut. Kurang lebih 2 juta orang di sekitar fasilitas terpapar dosis radiasi rerata sebesar 1 milirem dari batas maksimal 100 milirem di atas paparan latar normal. Sebagai komparasi, paparan radiasi X-Ray di bagian dada akan memberikan dosis radiasi 6 milirem, dan total paparan radiasi natural di sekaitar fasilitas adalah 100-125 milirem per tahun. Dari situ, dapat disimpulkan bahwa walaupun terdapat kerusakan parah pada bahan bakar reaktor, pelepasan radioaktif tidak memberikan dampak yang berarti pada kesehatan fisik masyarakat ataupun lingkungan. Pantauan badan kesehatan Pennsylvania selama 18 tahun terhadap masyarakat juga menunjukkan tidak adanya bukti penyimpangan kesehatan di area tersebut.

Dari hasil investigasi, dapat disimpulkan bahwa penyebab kecelakaan adalah kombinasi antara kegagalan perangkat, masalah desain sistem reaktor, serta eror karyawan. Berangkat dari kejadian ini, NRC meningkatkan standar desain dan persyaratan perangkat yang tinggi dan ketat. Dibentuk pula lembaga pendidikan dan pelatihan untuk operator reaktor nuklir. Hasilnya, jumlah kejadian signfikan reaktor menurun dari 2.38 per reaktor di tahun 1986 menjadi 0.1 per reaktor di akhir tahun 1997. Kecelakaan ini menjadi pelajaran bagi regulasi keselamatan nuklir di Amerika Serikat.

Teknologi PLTN generasi pertama dan kedua sudah tidak dikembangkan lagi di dunia. Beberapa kejadian di fasilitas nuklir pada masa lalu menjadi pelajaran sangat berharga untuk masyarakat dunia, khususnya para ilmuwan nuklir yang terus berinovasi menciptakan teknologi PLTN yang aman dan dan dapat diandalkan. Sebagai contoh saat ini yang sedang dikembangkan dan dibangun di berbagai Negara adalah PLTN generasi III+ yang memiliki sistem keselamatan pasif. Sistem ini berfungsi untuk memastikan kondisi PLTN tetap aman meski dalam kondisi darurat tanpa adanya tindakan operator maupun sumber daya selama rentang waktu tertentu.

Oleh : Yanuar Ady Setiawan dan Ilham Variansyah – Tim Kajuan Nuklir PPI Dunia

(AASN)

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi

Teknik Fingerprinting Tracer dengan menggunakan Fallout Radionuklir untuk Prediksi Erosi (khususnya 137Cs)

Pendahuluan 

Mendengar kata Nuklir merupakan momok tersendiri bagi masyarakat. Namun jangan salah, nuklir rupanya dapat kita manfaatkan menjadi sesuatu hal yang baik dan berguna. Bukan hanya di bidang energi, kesehatan dan pertanian, nuklir juga dapat kita manfaatkan keberadaannya untuk menanggulangi masalah-masalah lingkungan, salah satunya untuk penanggunangan akan konservasi tanah akibat erosi. Unsur nuklir atau radioaktif yang dapat kita manfaatkan adalah unsur yang mempunyai bilangan radio isotop.

Isotop adalah sebuah unsur dimana keadaan inti atom (nucleus) menjadi tidak stabil karena kehilangan atau kelebihan neutron (muatan negatif), sedangkan jumlah protonnya (muatan positif) sama. Contohnya adalah unsur Oksigen (16-O), pada kondisi yang stabil, Oksigen mempunyai jumlah proton dan neutron masing-masing 8. Namun, pada keadaan yang tidak stabil akibat sesuatu hal seperti reaksi nuklir, jumlah neutron pada Oksigen dapat berkurang atau bertambah menjadi 12-O (jumlah proton 8 dan neutron 4) atau 24-O (jumlah proton 8 dan neutron 16). Disebut radioisotop karena unsur-unsur tersebut bersifat radioaktif. Pada kenyataannya, oksigen mempunyai sifat radioaktif pada bilangan 13-O dan 15-O.

Gambar 1. Isotop dari Oksigen Sumber: https://sites.google.com/site/ellesmerealevelchemistry/module-2-foundations-in-chemistry/2-1-atoms-and-reactions/2-1-1-atomic-structure-and-isotopes/2-1-1-a-isotopes

Beberapa radioisotop yang dapat dimanfaatkan untuk keperluan penelitian dalam studi lingkungan salah satunya adalah unsur Caesium-137 (137-Cs). Pada dasarnya, Caesium merupakan unsur logam berat yang berwujud cair pada suhu ruangan dan merupakan salah satu unsur toksik berbahaya. Namun disisi lain, 137-Cs radioisotop banyak dimanfaatkan untuk keperluan penelitian di belahan bumi utara, yang mana daerah utara merupakan daerah yang banyak terdapat sumber radioisotop seperti di Chernobyl, Ukraina dan juga Fukushima, Jepang. Namun, 137-Cs juga terdeteksi di belahan bumi selatan seperti Australia dan Asia Tenggara. (Lougran, 1993; Martinez et al., 2009; Furuichi and Wasson, 2013). Dengan konsentrasi rendah dan data terbatas, 137-Cs hasil inventarisasi di belahan bumi selatan menunjukkan bahwa konsentrasi 137-Cs rupanya mencapai di atas batas bawah konsentrasi yang dapat digunakan untuk prediksi laju erosi. Selain 137-Cs, unsur lain yang banyak digunakan untuk prediksi laju erosi tanah adalah timbal-210 (210-Pb) dan berilium-7 (7-Be). Unsur-unsur tersebut bukan berasal dari kondisi reaksi fisika biasa yang terjadi pada kehidupan sehari-hari, khususnya pada timbal-210. 210-Pb tidak berasal dari pembakaran asap kendaraan bermotor seperti yang sering diduga oleh banyak masyarakat awam. Unsur-unsur radioisotop tersebut, terutama 137-Cs tercipta dan tersebar akibat dari peristiwa yang dinamakan Fallout Radio Nuclear (FRN). Peristiwa fallout atau kejatuhan radionuklir dimulai pada tahun 1954, dimana negara-negara barat memulai percobaan aktifitas nuklir. Kemudian mencapai puncaknya pada tahun 1960an setelah dilakukannya banyak pengujian bom nuklir hingga pada tahun 1963 disepakati penandatangan Perjanjian Pelarangan Uji Coba Nuklir.

210-Pb adalah produk alami dari peluruhan Uranium-238 (238-U) yang berasal dari peluruhan gas Radon-222 (222-Rn), yaitu anakan dari unsur Radium-226 (226-Ra). 210-Pb dapat ditemukan secara alami di tanah dan batu yang mengalami peluruhan. Sedangkan 7-Be adalah radionuklida kosmogenik alami yang diproduksi di stratosfer dan troposfer sebagai akibat dari reaksi spallation dari nitrogen dan oksigen yang kemudian kemudian mengendap dan jatuh ke bumi. Waktu paruh 137-Cs, 210-Pb dan 7-Be masing-masing adalah 30,1 tahun; 22,3 tahun dan 53,12 hari. Oleh karena waktu paruhnya yang lama, juga ketersediaannya di tanah, 137-Cs dan 210-Pb adalah unsur-unsur yang paling banyak dimanfaatkan untuk pelacak jejak dan prediksi laju erosi (Guzman et.al., 2013). Akibat dari peristiwa tersebut, unsur radioaktif secara mikroskopis terbang dan tersebar ke udara dan terbawa angin menyebar dan jatuh ke seluruh belahan bumi. Namun, unsur-unsur radioaktif mempunyai waktu paruh yang akan membuatnya rusak dan menghilang. Pada tahun 1980an, hampir semua unsur radioisotop yang jatuh ke permukaan bumi hampir mengalami kerusakan hingga ke konsentrasi nol. Namun, akibat dari persitwa meledaknya pembangkit nuklir di Chernobyl pada tahun 1986, jumlah konsentrasi unsur radioaktif yang tersebar meningkat kembali (Zapata ed., 2010). Karena setiap unsur radioisotop mempunyai waktu paruh, maka pada prinsipnya unsur-unsur tersebut dapat menjadi acuan perbandingan konsentrasi pada aktivitas erosi. Inilah yang menjadi prinsip dasar metode prediksi laju erosi dengan memanfaatkan unsur radioisotop. Radioisotop ini telah digunakan di berbagai lingkungan pengendapan untuk menentukan tingkat erosi dan sedimentasi untuk skala menengah (puluhan tahun) di berbagai skala spasial (daerah berbukit, padang rumput, tanah datar dll).

 

Penggunaan Teknik Fingerprinting untuk Prediksi Erosi

Seperti disebutkan sebelumnya, prinsip dasar penggunaan FRN adalah dengan membandingkan persediaan FRN di daerah terkikis dan daerah yang tidak terkikis, begitu juga dengan teknik fingerprinting menggunakan 137-Cs. (Zapata, 2010). Daerah tidak terkikis didefinisikan sebagai lokasi pembanding yang mana tanahnya tidak mempunyai catatan sejarah erosi baik pengikisan atau pun deposisi. Daerah terkikis didefinisikan sebagai daerah dengan erosi, baik itu terkikis atau pun mengalami pengendapan, utamanya terjadi setelah fallout nuklir pertama (akhir tahun 1960-an) sampai saat ini. Gambar 2 menunjukkan pola distribusi vertikal 137-Cs pada profil tanah yang dikembangkan dari bahan induk yang berbeda pada dua jenis penggunaan lahan.

Walling (1991) pada Zapata (2010) menentukan penggunaan lahan menjadi dua jenis besar, tanah tidak terganggu dan tanah terganggu, yang terkadang didefinisikan juga sebagai tanah bebas dan tanah pertanian. Tanah terganggu adalah lahan dengan banyak tujuan pengembangan, misalkan pertanian, pelatihan militer, industri, pengolahan sampah kota dll. (Bhattarai et al., 2011). Tanah tidak terganggu didefinisikan sebagai tanah tanpa bebas, contohnya padang rumput, sabana, stepa dll. (Walling, 1991; Zapata, 2010). Beberapa peneliti masih sulit untuk membedakan lokasi pembanding dengan tanah terganggu dan tanah tergarap karena tidak ada penjelasan yang cukup jelas mengenai hal tersebut. Namun, Tang et al. (2006) pada Gambar 2 menekankan bahwa tanah yang digunakan sebagai pembanding, atau yang disebut dengan lokasi pembanding, dapat berasal dari tanah terganggu dan tanah tidak terganggu selama tidak ada bukti catatan erosi.

Gambar. 2 ketersediaan 137-Cs pada lokasi pembanding di atas bahan induk yang berbeda, termasuk Kuarter tanah liat merah (QRC), batu pasir merah (RSS), argillaceous shale (ARS) dan granit (GRA) pada penggunaan lahan yang berbeda, termasuk uncultivated crest (U1) dan sawah (P1). a -d: QRC-U1, RSS-U1, ARS-U1, dan GRA-U1. e -h: QRC-P1, RSS-P1, ARS-P1, GRA-P1 (Tang et al., 2006).

Ada perbedaan besar antara persediaan konsentrasi 137-Cs di lahan tidak terganggu dan lahan terganggu pada Gambar 2. Gambar 3 mendukung penjelasan Gambar 2 a-d dimana tanah yang tidak terganggu memiliki pola yang mana lapisan permukaan tanahnya mengandung konsentrasi 137-Cs yang tinggi. Konsentrasi tersebut akan berangsur-angsur menurun seiring dengan kedalaman tanah. Semakin dalam tanah, semakin rendah konsentrasinya. Hal ini berhubungan dengan sifat tanah dimana semakin dalam tanah, semakin rendah kandungan tanah liat (clay)-nya. Persediaan pada lokasi pembanding ini mewakili akumulasi 137-Cs dari dampak pertama sampai hari pengambilan sampel.

Gambar 3. Ketersediaan 137-Cs diambil dari lokasi pembanding lahan tidak terganggu, di DAS Kaleya, Zambia (Collins et al., 2001).

Gambar 4 dan 5 menunjukkan daerah yang diamati baik pengikisan maupun pengendapan. Grafik kiri menunjukkan pengikisan dan di sebelah kanan adalah pengendapan. Dengan melihat jumlah total konsentrasi, jenis erosi bisa ditentukan apakah itu pengikisan ataukah pengendapan. Pengikisan terjadi apabila total persediaan 137-Cs di daerah pengamatan lebih rendah dari total persediaan di lokasi pembanding. Sebaliknya, pengendapan terjadi bila persediaan di daerah pengamatan lebih tinggi dari pada lokasi pembanding. Perbedaan antara lahan yang tidak terganggu (Gambar 4) dan lahan yang terganggu (Gambar 5) dapat dilihat dari pola persediaan dan juga ditunjukkan pada Gambar 2.

Pola pada gambar 2 a-d serta Gambar 4 secara bertahap menurun dari permukaan ke batuan tempat tidur. Kedalaman. Gambar 4 (kanan), dari 0-14 cm mewakili bagian pengendapan. Inventaris 137-Cs akan selalu lebih tinggi pada lapisan permukaan (0-5 cm) karena proses kejatuhan mencapai lapisan permukaan sebelum diangkut secara vertikal ke lapisan yang lebih dalam. Kemudian lahan yang terganggu ditunjukkan pada Gambar 2 e-h, serta Gambar 5, memiliki pola serupa. Persediaan per kedalaman hampir serupa membentuk garis vertikal. Itu adalah hasil aktivitas yang dilakukan oleh manusia seperti pembajakan tanah dan budidaya tanaman. Kedalaman pengolahan tanah (Gambar 5) mengacu pada kegiatan pengolahan tanah sampai kedalaman 18 cm; hal ini membuat persediaan 137-Cs tercampur.

Gambar 4. ketersediaan 137-Cs yang diambil dari lahan tidak terganggu berupa padang rumput dengan aktivitas penggembalaan, bertempat di DAS Kaleya, Zambia (Collins et al., 2001).Keuntungan dan Kelemahan Penggunaan Teknik Fingerprinting

Gambar. 5 ketersediaan 137-Cs yang diambil dari lahan terganggu yang berupa lahan budidaya tanaman komersil, bertempat di DAS Kaleya, Zambia (Collins et al., 2001). Catatan: kiri: pengikisan, kanan: pengendapan

Kelebihan penggunaan teknik fingerprinting adalah mudah dilakukannya pengambilan sampel dan hemat biaya serta efisien waktu. Pengambilan sampel hanya dibutuhkan satu kali pengambilan sampel tanpa harus dilakukan berulang kali. Selain itu, dengan teknik fingerprinting ini, kita dapat mengetahui pola perpindahan tanah dalam jangka waktu selama waktu paruh unsur yang digunakan dalam analisa (Mabit et al., 2008). Teknik ini juga dapat diterapkan di daerah tangkapan air dari skala kecil hingga skala luas (Theocaropaulos et al., 2003). Unsur radionuklir tersebut diserap ke dalam partikel tanah tanpa membuat perubahan pada sifat fisik dan biologis. Namun, proses perpindahannya sangat didominasi oleh proses fisika tanah (Ritchie dan Henry, 1990). Dengan metode ini pula, kita dapat mengintegrasikan data perpindahan tanah dengan pembuatan peta, sehingga dapat di dapat peta sejarah perpindahan tanah seumur dengan waktu paruh unsur yang digunakan.

Menilik dari penambahan konsentrasi radionuklir dari peristiwa ledakan di Chernobyl dan Fukushima, ketersediaan radionuklir dapat berubah. Namun, hingga saat ini, tidak ada cukup bukti untuk memperkuat hipotesis tersebut. Hal ini menjadi sulit untuk dilakukan analisis, terlebih tentang bagaimana pergerakan pola fallout seiring waktu tanpa adanya penelitian secara terus menerus pada titik pengambilan sampel yang sama. Sebagian besar peneliti telah melakukan prediksi berdasarkan teknologi simulasi komputer (Yasunari et al., 2011). Sayangnya, pergerakan yang terjadi sesungguhnya tidak dapat diprediksi dengan 100% akurat. Penelitian yang berkesinambungan untuk area tertentu mungkin diperlukan untuk memahami karakteristik lengkap dari ketersediaan FRN mengenai sumber fallout tambahan.

Di sisi lain, Collins et al., (2001) menyatakan bahwa jumlah total laju erosi tanah per waktu yang diukur berdasarkan pada sampel yang dilakukan di penampang lintang lahan terpilih. Dengan kata lain, kelemahannya adalah bahwa sampel yang didapat belum dapat mewakili daerah tangkapan air secara keseluruhan. Namun, hal inijustru akan menjadi kesempatan bagus untuk mengembangkan metode ini untuk mendapatkan validasi penggunaan metode fingerprinting yang dapat mencakup daerah tangkapan air secara keseluruhan. Metode fingerprinting ini berjalan sukses di Eropa. Namun, beberapa negara , khususnya Asia, memerlukan penelitian lebih lanjut untuk menemukan metode dan unsur yang sesuai dengan daerahnya masing-masing dalam menentukan tingkat erosi tanah.

Parson dan Foster (2011) berpendapat bahwa masih terlalu sulit untuk menentukan hasil akhirnya, yaitu laju erosi per tahunnya. Banyak asumsi yang digunakan dalam metode ini, seperti dampak pertama yang diperkirakan terjadi pada tahun 1960, tidak ada sejarah erosi untuk lokasi pembanding terpilih, dan lain-lain. Dengan demikian, tampaknya tidak cukup meyakinkan untuk menindaklanjuti langkah selanjutnya, yaitu konservasi tanah. Sedangkan, metode konservasi sangat bergantung pada tingkat erosi. Namun, Mabit et al., (2013) menepis argumen tersebut dengan menekankan bahwa metode ini harus diterapkan dengan terampil dan dalam perencanaan dan pengetahuan ahli yang cermat. Selain itu, metode ini dapat digunakan untuk memprediksi besarnya erosi, bukan untuk menentukan tingkat bahaya erosi secara mutlak. Selain itu, metode ini dapat diterapkan di daerah yang sulit untuk diakses dan daerah yang sulit untuk dilakukan pengambilan sampel dengan metode pengukuran erosi yang konvensional.

 

Oleh : Diana Hapsari dan Siti Horiah – Tim Kajian Nuklir PPI Dunia

 

(AASN)

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi

Kekuatan Struktur dan Ketahanan Material Pada Bangunan Pembangkit Nuklir

Sebagai sumber energi massal yang sangat efisien, tenaga nuklir selalu menjadi perbincangan penting di seluruh negara di dunia. Semakin menipisnya cadangan sumber energi tak terbarukan menuntut para praktisi energi memikirkan kembali penggunaan nuklir sebagai penghasil energi. Memang, hampir di seluruh negara termasuk Indonesia, nuklir sebagai sumber energi banyak menuai pro dan kontra baik di kalangan akademisi maupun masyarakat secara umum. Isu utama yang selalu menjadi kendala adalah tentang keselamatan dan keamanan pembangkit nuklir tersebut. Beberapa kasus seperti Chernobil dan Fukushima dalam sejarah nuklir memang menjadi cerita yang cukup menakutkan terutama untuk masyarakat umum. Namun, perlu diketahui bahwa seiring perkembangan teknologi, kerusakan pada kasus-kasus tersebut dapat dihindari dengan baik.

Di Indonesia, pemanfaatan nuklir sebenarnya sudah berlangsung. Namun, sebagian besar baru sebatas riset oleh Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN). Begitupula pemanfaatan nuklir bidang energi dalam skala besar masih menjadi diskusi dan perdebatan di masyarakat. Untuk itu, perlu adanya upaya untuk meyakinkan masyarakat bahwa energi nuklir memang layak digunakan di negara Indonesia. Tulisan ini akan membahas penelitian-penelitian terkini tentang kekuatan struktur dan ketahanan material pada bangunan pembangkit nuklir. Tentu saja, perencanaan bangunan nuklir yang tepat akan mengurangi kemungkinan-kemungkinan kerusakan yang dapat mengakibatkan bencana.

Fasilitas Pembangkit Nuklir

Gambar 1 mengilustrasikan beberapa bangunan pada fasilitas pembangkit nuklir. Struktur utama merupakan containment building yang berfungsi untuk melindungi peralatan-peralatan penting di dalamnya dan cooling tower. Struktur tersebut pada umumnya dibangun dengat dinding beton tebal yang mampu mencegah keluarnya panas tinggi dari mesin pembangkit. Bangunan utama tersebut harus didesain dengan baik agar tahan terhadap bencana gempa, getaran, dan bahkan tumbukan benda keras. Selain bangunan utama, fasilitas penting yang lain adalah penyimpanan limbah beracun nuklir. Limbah yang mengandung material radioaktif tersebut disimpan dengan cara menyampurnya dengan beton dan menyimpannya dalam kontainer yang ditanam di tanah. Kontainer dari beton tersebut harus bebas dari retakan sehingga mempu mencegah kebocoran radiasi limbah berbahaya nuklir.

 Gambar 1. Ilustrasi fasilitas pembangkit nuklir.

Di Indonesia, penelitian mengenai perkembangan bangunan nuklir memang belum banyak dibahas. Walaupun rencana pembangunannya masih dalam tahap diskusi, para akademisi hendaknya memulai berbagai kajian tentang keamanan fasilitas nuklir supaya ke depannya kita telah mempunyai dasar-dasar ilmiah jika suatu saat dimulai pembangunan pembangkit nuklir. Secara singkat, tulisan ini menyajikan berbagai kajian terkini yang dilakukan oleh peneliti-peneliti di dunia tentang kekuatan dan keawetan struktur bangunan nuklir terhadap beberapa kemungkinan kasus.

Keamanan Terhadap Getaran dan Gempa Bumi

Pada daerah tertentu, Indonesia telah dikenal sebagai negara dengan resiko gempa yang tinggi. Pemilihan lokasi pembangunan fasilitas nuklir menjadi faktor yang penting untuk keamanan dan keselamatan. Lokasi dengan kemungkinan gempa yang kecil tentu menjadi pilihan utama. Namun demikian, bangunan nuklir harus direncanakan dengan tepat agar mempu menahan gaya gempa sesuai lokasi.

Gambar 2. Perangkat peredam getaran dan gempa.

Salah satu perangkat anti gempa yang populer adalah peredam dasar berbahan karet [1], gambar 2. Perangkat tersebut terpasang antara struktur pondasi dan bangunan atas sehingga dapat mengurangi perambatan getaran dari tanah saat terjadi gempa. Negara yang pertama kali memasang perangkat tersebut pada bangunan nuklir adalah Prancis [2] dan kemudian berkembang pesat di Jepang . Pada umumnya perangkat tersebut menggunakan karet dan baja yang harganya cukup mahal. Namun akhir-akhir ini telah banyak peneliti yang mengembangkan perangkat peredam gempa tersebut dengan material yang murah, berbahan dasar karet daur ulang dan lembaran fiber untuk menggantikan fungsi baja [3]. Dalam hal ini, penulis juga sedang melakukan kajian doktoral pada pernagkan anti-gempa rendah biaya di Politecnico di Milano, Italy.

 

Keamanan Terhadap Hantaman dan Ledakan

Walaupun kemungkinannya tidak dapat diperkirakan, beberapa peneliti melakukan studi kekuatan struktur dinding bangunan nuklir terhadap hantaman peluru, misil, ledakan dan bahkan pesawat terbang [4] [5], gambar 3. Kajian tersebut mungkin bedasar pada kemungkinan adanya ancaman terorisme dan kejahatan perang internasional. Pada penelitian-penelitian tersebut, didiskusikan mengenai perkuatan dinding bangunan nuklir dan pemilihan material yang dapat menekan kerusakan bila terjadi ancaman hantaman tersebut [5].

Gambar 3. Simulasi bangunan nuklir terhadap ancaman hantaman pesawat terbang.

Ketahanan Material Beton Pada Bangunan Nuklir

Bangunan utama nuklir akan menerima temperatur tinggi dari mesin pembangkit. Selain itu, radiasi kuat juga menjadi pertimbangan untuk memeriksa ketahanan bangunan nuklir. Peneliti-peniliti berikut mempelajari keawetan beton pada bangunan nuklir dari pengaruh panas dan radiasi sinar gamma [6]. Dari studi tersebut mereka menyimpulkan bahwa panas dan radiasi dapat mengurangi kekuatan beton dan memicu munculnya retakan. Interaksi antara radiasi gamma dan beton memicu pembentukan kristal calcite yang dapat menurunkan ukuran pori dan kekuatan material beton. Retakan akibat tekanan kristal perlu dihindari untuk mencegah terjadinya kebocoran radiasi terhadap lingkungan sekitar. Dari studi tersebut juga direkomendasikan beberapa kombinasi material yang dapat menambah tingkat keawetan bangunan nuklir [7].

Serangan Sulfat Pada Fasilitas Limbah Nuklir

Pada umumnya fasilitas pengolahan limbah pada pembangkit nuklir berupa kontainer beton yang ditanam di dalam tanah. Kontainer tersebut berisi limbah radioaktif yang dicampur dengan beton sehingga mengeras. Kontainer tersebut harus cukup tebal dan bebas dari retakan yang memicu kebocoran zat radioaktif. Masalah muncul karena tanah mengandung kadar sulfat yang cukup tinggi dan mengakibatkan ancaman untuk kontainer beton tersebut. Partikel sulfat dapat bereaksi dengan pasta semen pada beton, menghasilkan endapan yang dapat memicu retak pada beton. Oleh karena itu, telah banyak penelitian dilakukan untuk merekomendasikan material yang tepat untuk mengurangi kerentanan beton terhadap serangan sulfat [9][8].

Demikian tulisan ini kami buat untuk memberi gambaran umum tentang kajian-kajian terkini yang mendiskusikan kekuatan dan keawetan struktur bangunan nuklir. Tentu jika ingin menelaah lebih dalam, terutama untuk akademisi di bidang teknik struktur, referensi-referensi yang kami kutip dalam tulisan ini dapat menjadi dasar awal suatu kajian tentang bangunan nuklir.

Penulis : Ahmad Basshofi Habieb – Kandidat doktor bidang teknik struktur dan gempa, politecnico di Milano, Italy.

Diperiksa oleh : Andhika Feri Wibisono dan Dwi Rahayu (Tim Kajian Nuklir PPI Dunia)

 

References :

  • Perotti, F., Domaneschi, M., & De Grandis, S. (2013). The numerical computation of seismic fragility of base-isolated Nuclear Power Plants buildings.Nuclear Engineering and Design262, 189-200.
  • Dusi, A et al. (2012). Seismic Isolation of Nuclear Power Plants. 15th World Conference on Earthquake Engineering.
  • Toopchi-Nezhad, H., Tait, M. J., & Drysdale, R. G. (2011). Bonded versus unbonded strip fiber reinforced elastomeric isolators: finite element analysis.Composite Structures93(2), 850-859.
  • Kosteski, L. E., Riera, J. D., Iturrioz, I., Singh, R. K., & Kant, T. (2015). Assessment of empirical formulas for prediction of the effects of projectile impact on concrete structures.Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures38(8), 948-959.
  • Jeon, S. J., & Jin, B. M. (2016). Improvement of impact-resistance of a nuclear containment building using fiber reinforced concrete.Nuclear Engineering and Design304, 139-150.
  • Field, K. G., Remec, I., & Le Pape, Y. (2015). Radiation effects in concrete for nuclear power plants–Part I: Quantification of radiation exposure and radiation effects.Nuclear Engineering and Design282, 126-143.
  • Domański, S., Gryziński, M. A., Maciak, M., Murawski, Ł., Tulik, P., & Tymińska, K. (2016). Experimental investigation on radiation shielding of high performance concrete for nuclear and radiotherapy facilities.Polish Journal of Medical Physics and Engineering22(2), 41-47.
  • Cefis, N., & Comi, C. (2017). Chemo-mechanical modelling of the external sulfate attack in concrete.Cement and Concrete Research93, 57-70.
  • Soive, A., Roziere, E., & Loukili, A. (2016). Parametrical study of the cementitious materials degradation under external sulfate attack through numerical modeling.Construction and Building Materials112, 267-275.

(Ed:AASN)

Categories
Berita Kajian Nuklir Komisi Energi Pojok Opini PPI Dunia PPI Negara

Pemanfaatan nuklir dalam bidang non-energi di Indonesia

Setelah laporan survei bagian pertama yang fokus kepada nuklir bidang energi dipublikasikan pada tanggal 06 Februari 2017, Tim Kajian Nuklir PPI Dunia kembali memaparkan survei bagian kedua, yaitu mengenai pandangan dan wawasan pelajar Indonesia yang sedang menempuh pendidikan di luar negeri terhadap pemanfaatan teknologi nuklir di bidang non-energi. Survei tersebut dilakukan oleh 566 perwakilan pelajar Indonesia yang tersebar di 48 Negara sejak 10 Oktober 2016 hingga 13 November 2016.

Yang menarik, 88% responden tidak mengetahui bahwa beras  Si Dedikasi Nuklir atau lebih dikenal sebagai beras sidenuk, merupakan hasil pemanfaatan teknologi nuklir yang sudah dirasakan oleh masyarakat luas di Indonesia. Disisi lain juga, 58% resonden tidak mengetahui bahwa merokok memiliki efek radiasi yang cukup membahayakan. Dan 55% responden juga belum mengetahui bahwa berpergian menggunakan pesawat terbang juga berisiko terpapar radiasi. Dua hal tersebut menegaskan bahwa radiasi tidak selalu berhubungan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), senjata nuklir atau limbah nuklir saja. Tetapi tanpa kita sadari, ternyata radiasi ada disekitar kita. Paparan radiasi selama tidak melebihi ambang batas, maka radiasi tersebut aman untuk manusia.

Selain pemanfaatan teknologi nuklir sebagai sumber energi (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir), responden juga menunjukkan dukungan terhadap pemanfaatan teknologi nuklir di bidang non-energi, misalnya untuk keperluan medis,industri dan pertanian.

Oleh : Dwi Rahayu (PERMIRA Rusia) dan Bryan Bramaskara (PPI Singapura)

Tim Kajian Nuklir-PPI Dunia

(AASN)

Page 1 of 2
1 2