Memanen Energi dari Matahari

Matahari sangat penting sebagai sumber energi bagi makhluk hidup termasuk tumbuhan, hewan dan manusia. Matahari adalah sumber energi yang sangat melimpah, gratis dan tidak akan habis kecuali pada saat kiamat tiba. Kata matahari disebut sebanyak 25 kali di Al Qur’an dan menjadi salah satu nama surat yang Allah diabadikan dalam Al Qur’an. Ini menunjukkan bahwa Allah ingin memberikan isyarat bahwa ada yang perlu digali oleh manusia melalui asy-syams atau matahari.

Seorang muslim dari Amerika Serikat (AS) yang juga merupakan aktivis lingkungan, Ibrahim Abdul Matin (2012), dalam bukunya Green Deen : What Islam Teaches about Protecting the Planet menyebut energi baru terbarukan sebagai energy from heaven (energi dari surga). Energi dari surga menurutnya adalah energi berasal dari atas, yakni energi tersebut tidak diekstrak (dikeruk) dari dalam bumi, dan dapat diperbaharui (renewable). “Ekstraksi menyebabkan ketidakseimbangan (penyebab perubahan iklim), sedangkan energi dari atas itu laksana dari surga.”

Pada tahun 2024, produksi listrik dari matahari mencapai 453 GW. Dan dengan ditambah produksi listrik dari angin, maka keduanya mencapai porsi 97,5% dari total energi yang berasal dari energi terbarukan atau kedua sumber tersebut mendominasi energi terbarukan. Dengan produksi listrik dari angin 114 GW atau sekitar seperempat (25%) dibanding yang berasal dari matahari menunjukkan bahwa energi berbasis matahari sangat penting karena biaya paling kompetitif dan bisa dikembangkan dengan cepat.   Bahkan untuk pembangkitan listrik dari energi matahari dengan solar PV, China saat ini pemimpin atau produsen terbesar di dunia listrik tenaga surya. 

Ambisi China adalah membuat “solar great wall” (tembok raksasa panel surya) yang dirancang mampu memenuhi kebutuhan energi Beijing. Proyek multi years itu diperkirakan selesai tahun 2030 dan akan memiliki panjang 400 kilometer (250 mil), lebar 5 kilometer (3 mil), dan mencapai kapasitas pembangkit maksimum 100 gigawatt. Sedangkan saat ini proyek tersebut dikabarkan telah mencapai kapasitas 5,4 gigawatt. Sejak 2024, China memimpin dunia dalam produksi listrik dari panel surya. Per Juni 2024, China memimpin dunia dalam mengoperasikan kapasitas pembangkit listrik tenaga surya dengan 386.875 megawatt, mewakili sekitar 51 persen dari total global, menurut Global Solar Power Tracker dari Global Energy Monitor. Amerika Serikat berada di peringkat kedua dengan 79.364 megawatt (11 persen), diikuti oleh India dengan 53.114 megawatt (7 persen).

Bahkan Elon Musk telah mengatakannya selama bertahun-tahun dan ini adalah sesuatu yang sudah diketahui oleh para pelopor energi surya: matahari memiliki energi yang cukup untuk memenuhi semua kebutuhan energi kita. Masalahnya dibatasi tidak hanya dengan memastikan bahwa orang-orang mendapatkan teknologi untuk memanen matahari melalui panel surya, tetapi di kota-kota dan pusat-pusat perkotaan, salah satu masalah terbesar adalah penyimpanan dan apa yang harus dilakukan dengan kelebihan energi saat matahari bersinar, hal ini sehingga baterai sebagai penyimpan energi tersebut menjadi sangat penting. Konsumen dan bisnis, jika memungkinkan, biasanya menyalurkan kembali energi ke jaringan listrik di mana mereka mendapatkan uang atau kredit atas kontribusi mereka tersebut. 

Tetapi memanen energi matahari tentu saja tidak hanya dengan panel surya (solar PV). Pepohonan atau tanaman juga memanen energi matahari tersebut dan dikonversi menjadi sumber energi lain yakni berbasis biomasa. Sumber energi terbarukan berasal dari tanaman (bio-energi) tersebut juga sejalan dengan QS. Yaasin (36) : 80. Untuk menghasilkan sumber energi tersebut baik seperti batang kayu, buah, biji ataupun bagian lain dari tumbuhan tersebut, tumbuhan melakukan photosintesa. Selain dibutuhkan air dan karbondioksida (CO2), proses photosintesa ini membutuhkan sinar matahari.

Tanaman melalui proses photosintesa akan menyimpan energi dari matahari dalam bentuk biomasa-nya dan ini diibaratkan seperti baterai. Baterai hijau tanaman ini akan bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi yang sangat besar, untuk lebih detail baca disini. Berbeda dengan memanen energi matahari dengan panel surya (solar PV) yang sangat tergantung dari cuaca, sehingga pasokan listrik menjadi intermittent, atau demikian juga halnya dengan angin, yang kadang tidak berhembus, energi biomasa dari tanaman akan menghasilkan listrik yang stabil. Hal ini setelah menjadi biomasa dan dipanen menjadi sumber energi maka energinya akan selalu tersedia. Dan untuk pembangkit listrik dari panel surya (solar PV) untuk mengatasi masalah cuaca sehingga tidak terjadi pasokan listrik yang intermiten maka harus menggunakan baterai yang sangat besar, dan saat ini belum tersedia. 

Indonesia diyakini sebagai negeri tropis surga biomasa sehingga hal ini perlu diterjemahkan dalam bentuk yang lebih konkrit sehingga bisa dipahami, dieksekusi sehingga terbukti dan bisa dimanfaatkan potensi tersebut secara optimal. Ada begitu besar potensinya yang semestinya untuk mendukung kesejahteraan rakyatnya. Diagram sederhana dibawah ini menggambarkan begitu banyak hal bisa dilakukan di negeri tropis “surga biomasa”.

Faktor ketersediaan bahan baku adalah hal yang vital dan mutlak dilakukan supaya berbagai pengolahan biomasa tersebut bisa dilakukan dan berkelanjutan. Di lain sisi ada sangat banyak potensi lahan yang bisa dimanfaatkan untuk maksud tersebut yang jumlahnya mencapai puluhan juta hektar yakni lahan kritis / lahan marjinal, lahan kering dan lahan pasca tambang (tambang batubara, tambang timah, tambang nikel, tambang tembaga, tambang emas dan sebagainya). Lebih detail diperkirakan bahwa untuk lahan kritis / marjinal mencapai 24,3 juta hektar (Times Indonesia, 2017  sedangkan lahan kering mencapai 122,1 juta ha yang terdiri dari lahan kering masam seluas 108,8 juta ha dan lahan kering iklim kering seluas 13,3 juta ha dan lahan rusak pasca tambang mencapai 8 juta hektar. Kebun energi atau kebun biomasa perlu dibuat di area lahan-lahan tersebut bahkan bisa juga untuk berbagai tanaman pangan. Bahkan untuk saat ini ada yang spesies tanaman yang hanya bisa ekonomis di lahan-lahan tersebut.

Al Qur'an sebagai sumber ilmu, salah satunya telah mengajarkan bagaimana mendapatkan energi terbarukan dan berkelanjutan yang menyelamatkan manusia dan bumi. Menggali dan mengkaji ayat-ayat Al Qur'an secara detail dan mendalam akan menemukan berbagai petunjuk penting dalam mengarungi kehidupan. Hal ini semestinya menjadi motivasi dan inspirasi manusia dan terutama muslim untuk melakukan berbagai penelitian ilmiah yang bermanfaat. Mengaplikasikan yang sudah ada karena sejalan dengan petunjuk Al Qur'an, mengembangkan dan menyempurnakan dalam upaya memanen energi matahari harus terus dilakukan. Selain itu Al-Qur'an juga memberikan dasar moral, etika, dan hukum yang kokoh untuk pengembangan ilmu dan teknologi yang seimbang serta bertanggung jawab. 

Al-Qur'an secara eksplisit menekankan pentingnya ilmu. Hal ini terlihat dari ayat-ayat pertama yang diturunkan kepada Nabi Muhammad SAW yang berisi perintah untuk membaca, dan kisah Adam yang diajari nama-nama segala sesuatu, menandakan keunggulan manusia karena ilmu pengetahuan. Al-Qur'an mendorong manusia untuk melakukan perjalanan dan observasi, sehingga dapat membuka pikiran untuk penemuan-penemuan ilmiah. Al-Qur'an memberikan pedoman agar ilmu yang dikembangkan digunakan untuk kebaikan dan tidak bertentangan dengan nilai-nilai moral.  

Memaksimalkan Kecepatan Penyerapan CO2 dari Atmosfer Berbasis Biomasa

Memaksimalkan kecepatan penyerapan CO2 dari atmosfer adalah hal sangat penting mengingat kecepatan penambahan konsentrasi CO2 ke atmosfer yang tidak sebanding dengan kecepatan penyerapan CO2-nya. Hal tersebut yang membuat konsentrasi CO2 terus bertambah. Untuk mengimbangi kecepatan tersebut maka perlu strategi untuk meningkatkan kecepatan penyerapan CO2 tersebut. Pengunaan biomasa akan sangat efektif sekaligus memberi multi manfaat bagi kehidupan manusia. 

CO2 dari atmosfer perlu ditangkap melalui produksi biomasa melaui proses photosintesa pada tanaman. Tanaman fast growing species yang memiliki kecepatan photosintesa yang tinggi dibutuhkan untuk hal tersebut. Selanjutnya biomasa khususnya khususnya kayu dari tanaman fast growing species tersebut digunakan untuk bahan baku biochar. Selanjutnya biochar digunakan untuk memperbaiki kesuburan tanah (soil amendment) pada berbagai jenis tanaman-tanaman pertanian dan kehutanan. 

Produksi biochar dengan slow pyrolysis juga akan menghasilkan excess heat, syngas dan biooil yang bisa dimanfaatkan untuk sumber energi. Keuntungan dari produksi biochar akan didapat dari penjualan biochar, penjualan carbon credit dan pemanfaatan produk-produk samping slow pyrolysis.   Dengan kondisi seperti ini semestinya upaya menambah kecepatan penyerapan CO2 dari atmosfer bisa ditingkatkan. Seberapa cepat dan seberapa banyak volume CO2 yang bisa terserap akan tergantung jenis tanaman fast growing species yang digunakan, luas area penanaman dan kapasitas produksi biochar. 

Biomasa : The Sexy Savior

Photo dari sini

Ditinjau dari aspek lingkungan biomasa adalah sumber energi carbon neutral, hal ini berbeda dengan bahan bakar fossil khususnya batubara yang merupakan sumber energi carbon positif. Semakin banyak batubara dikonsumsi (dibakar) untuk sumber energi maka semakin tinggi konsentrasi gas rumah kaca yakni CO2 di atmosfer. Semakin tinggi konsentrasi gas CO2 di atmosfer berarti meningkatkan suhu bumi yang menyebabkan terjadinya fenomena perubahan iklim dan pemanasan global. Menurut data observatorium Mauna Loa, Hawaii, konsentrasi CO2 di atmosfer telah mencapai lebih dari 400 ppm dan itu masuk dalam kondisi bahaya bagi lingkungan. Sebagai suatu masalah global tentu pendekatan global yang dilakukan untuk penyelesaian masalah tersebut seperti konferensi iklim yang dilakukan setiap tahunnya, yang 2018 kemarin atau ke 25 dilakukan di Katowice, Polandia.

Indonesia sebagai negara tropis lebih cocok mengembangkan biomasa sebagai sumber energinya dibandingkan energi matahari. Mengapa demikian?  Untuk lebih detail bisa dibaca disini. Selain itu posisi di khatulistiwa juga berpotensi besar sebagai produsen terbesar biomasa, lebih detail bisa dibaca disini. Limbah-limbah pertanian, peternakan dan kehutananan adalah salah satu sumber biomasa tersebut. Limbah pertanian seperti sekam padi, tandan kosong kelapa sawit, sabut kelapa, tongkol jagung dan sebagainya juga sangat besar jumlahnya. Tetapi bisa juga diusahakan secara khusus yakni dengan membuat kebun energi. Ada jutaan hektar lahan tersedia yang bisa digunakan untuk kebun energi tersebut. Lubang tambang batubara yang mencapai 8 juta hektar apabila direklamasi juga potensial untuk pengembangan kebun energi tersebut, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Dengan pengembangan kebun energi maka selain mendapatkan energi juga bisa sebagai sarana konservasi air dan produksi daging dengan mengintegrasikan dengan perternakan seperti domba atau sapi. Tidak hanya itu produksi madu dengan peternakan lebah yang memanfaatkan bunga-bunga dari kebun energi juga sangat potensial. Untuk lebih detail juga bisa dibaca disini. Potensi energi biomasa di Indonesia juga sangat besar yakni menurut ESDM apabila dikonversi ke listrik mencapai kurang lebih 50 GW tetapi yang dimanfaatkan baru sekitar 3%.

Secara teknis bahan bakar biomasa juga memiliki banyak keunggulan seperti tidak terjadi masalah fly ash, kandungan sulfur sangat kecil dan abunya bukan B3 malah bisa digunakan untuk pupuk tanaman. Pemanfaatan biomasa sebagai sumber energi juga bukan sesuatu hal baru, bahkan sebelum batubara digunakan secara masif bahan bakar biomasa adalah sumber energi utama, untuk lebih detail bisa dibaca disini dan disini. Bukan itu saja, bahkan Uni Eropa telah menerapkan berbagai kebijakan untuk mendorong pemakaian energi terbarukan secara massif seperti target 20-20-20 atau RED (Renewable Energy Directive) I yakni peningkatan efisiensi penggunaan energi ditingkatkan sebanyak 20%, pemakaian energi terbarukan mencapai 20% dan targetnya telah diaplikasikan pada 2020. Dari 20% energi terbarukan tersebut 80% diantaranya adalah energi biomasa. Dan karena target tersebut hampir berakhir waktunya, mereka menyiapkan penggantinya yakni RED II dengan porsi energi terbarukan meningkat hampir 1/3 -nya dengan target waktu 2030 dan porsi energi biomasa juga tetap mencapai sekitar 80%. Contoh lain adalah Jepang yakni sejak terjadi kecelakaan dengan PLTN Fukhushima tahun 2011 selanjutnya energi biomasa menjadi salah satu sumber energi utama penggantinya di negara tersebut. Energi biomasa memang memiliki keunggulan dalam pemanfaatannya karena tidak terpengaruh cuaca seperti halnya energi angin dan air. Dan yang lebih penting pengembangan energi biomasa sejalan dengan Al Qur'an untuk lebih detail bisa dibaca disini.

Produksi Listrik Dari Pepohonan

Aktivitas mikroba tanah yang menguraikan berbagai bahan organik sehingga menjadi nutrisi bagi pepohonan dan photosintesisnya ternyata bisa dikonversi menjadi listrik. Proses yang terjadi adalah perubahan dari energi kimia menjadi energi listrik. Hal ini mirip seperti proses aki atau baterai yang merupakan sumber energi kimia menjadi energi listrik. Lalu bagaimana persisnya alat yang bisa mengubah aktivitas mikroba dan photo sintesis tersebut hingga menjadi listrik? Sebuah perusahaan Belanda, Plant-E telah membuktikan konsep tersebut dan mengaplikasikannya pada kehidupan nyata. Sejumlah gadget maupun penerangan jalan dilaporkan telah memanfaatkan listrik yang dikonversi dari aktivitas di pepohonan tersebut.

Adalah suatu alat konverter berupa elektrode positif (katode; menangkap elektron atau reduksi) dan negatif (anode; melepas elektron atau oksidasi) yang mengubah energi kimia tersebut menjadi listrik. Proses photosintesis yang terjadi di tumbuhan yang menghasilkan bahan organik menurut penelitian tersebut ternyata tidak sepenuhnya digunakan oleh tumbuhan tersebut bahkan yang dikeluarkan atau dibuang ke tanah jumlahnya cukup banyak lewat akar  Di sekitar akar tersebut terjadi perombakan bahan organik oleh mikroorganisme dalam rangka mendapatkan energy. Pada fase ini terjadi pelepasan elektron sebagai limbah. Dalam sel elektrokimia reaksi redoks spontan menghasilkan listrik, begitulah prinsipnya, sehingga bisa digunakan sebagai sumber listrik. 

Arus listrik adalah aliran elektron dan tiap elektron bermuatan 1,6E-19 coulomb. Semakin besar perbedaan potensial sel antara kedua elektrode tersebut maka semakin besar arus listrik yang dihasilkan. Logam-logam tertentu digunakan sebagai elektrode, semakin mulia golongan logam tersebut akan semakin sulit teroksidasi. Sehingga kelompok logam yang lebih mulia digunakan sebagai katode atau penangkap elektron. Mikroorganisme sebagai sebagai anode yang melepaskan elektron atau terjadi oksidasi sedangkan katode yang dibuat dari logam tertentu sebagai penangkap electron tersebut atau reaksi reduksi. Penelitian tersebut juga menunjukkan pertumbuhan tanaman tidak terganggu dengan pemasangan elektrode untuk produksi listrik tersebut.

Untuk mengoptimalkan proses produksi listrik tersebut, bisa dilakukan yakni dengan mengoptimalkan sumber energi kimia tersebut. Aktivitas mikroba dalam tanah bisa dioptimalkan dengan membuat kondisi yang optimum untuk pertumbuhan mikroba tersebut, diantaranya dengan pola pertanian organik dan penggunaan biochar. Pupuk kimia akan membunuh mikroba tanah, karena membuat tanah menjadi asam. Selain itu pupuk kimia juga merusak struktur atau kimia fisika tanah. Tanah menjadi keras dan berbagai nutrisi atau bahan organik menjadi mudah lepas. Tanah yang keras juga akan meminimalisir aktivitas mikroba tanah. Biochar dengan fungsinya antara lain sebagai rumah mikroba dan menahan nutrisi bagi tanaman akan mengoptimalkan proses konversi bahan organik, sehingga juga akan mengoptimalkan proses produksi listrik tersebut. Kebun energi dengan pepohonan jenis leguminoceae yang pada akarnya bisa mengikat nitrogen dari atmosfer karena simbiosis dengan mikroba acetobacter juga seharusnya semakin meningkatkan produksi listrik tersebut.

Faktor kedua untuk dioptimalisasi adalah  photosintesisnya. Faktor-faktor seperti ketersediaan nutrisi yang cukup, air dan sinar matahari membuat photosintesis berjalan optimal. Ketersediaan nutrisi yang cukup juga sangat terkait aktivitas mikroba dan ketersediaan bahan organik sebagai sumber pakannya. Indonesia dengan kondisi iklim tropis, matahari bersinar sepanjang tahun dengan rata-rata 12 jam/hari dan curah hujan yang tinggi menjadikannya sangat potensial untuk pertumbuhan pepohonan atau khususnya photosintesi itu sendiri. Kelebihan lain di Indonesia adalah bahwa unit tersebut tidak bisa beroperasi ketika tanah tertutup salju dan ini tidak kita temui di Indonesia. Pada musim dingin yang bersalju tumbuh-tumbuhan berhenti tumbuh atau fase dorman sehingga photosintesis tidak terjadi. Sejumlah pepohonan memiliki jenis photosintesis C4, yakni photosintesis yang tanaman lebih adaptif pada daerah kering dan panas.  Photosintesis C4 membuat produksi gula bertambah dan fotorespirasi minimum atau dikenal fotosintesis efektif. Sehingga faktor ketiga yang bisa dioptimalisasi adalah dengan pemilihan jenis pepohonan yang memiliki photosintesis jenis C4, misalnya pohon bambu.

Sedangkan untuk kapasitas listrik yang dihasilkan cukup kecil, untuk setiap m2 menghasilkan sekitar 28 kwh/tahun atau 0,1 kWh/hari. Apabila penggunaan rumah tangga menghabiskan 10 kwh/hari berarti dibutuhkan perkebunan seluas 100 hektar. Apabila suatu kelompok masyarakat berjumlah 100 rumah dengan masing-masing 10 kWh/hari berarti kebutuhan lahannya mencapai 10.000 hektar. Beberapa daerah pedalaman dengan kebutuhan listrik minimal dan memiliki perkebunan cukup luas bisa jadi cocok dengan teknologi ini. Perkebunan-perkebunan besar dengan populasi pohon yang padat seperti perkebunan teh, tebu, kebun energi dan sebagainya diprediksi lebih efektif implementasinya. Penerapan sensor-sensor dalam dunia pertanian dan IoT (Internet of thing) bisa menggunakan listrik dari sumber ini. Selain itu aktifitas mendaki gunung bisa lebih menyenangkan apabila jalan setapak yang dilalui diterangi lampu-lampu yang listriknya berasal dari pepohonan di hutan kanan kirinya. Plant e sejauh ini menggunakan listrik yang dihasilkan untuk charging handphone dan gadget lainnya serta penerangan jalan. Pada akhirnya sumber energi dari pepohonan semakin membuktikan firman Allah SWT yakni QS Yaasiin (36) : 80 & QS Waqi'ah: 71-72. Untuk lebih detail pengembangan energi berbasis Al Qur'an bisa dibaca disini.