Produksi Listrik dari Air Hujan dan Sepatu dengan Efek Piezoelektrik

Pada tahun 1756, Fisikawan Jerman, Franz Aepinus, menemukan fenomena yang aneh yaitu sebuah material yang ketika dipanaskan atau didinginkan dapat menghasilkan tegangan listrik. Material itu adalah Turmalin (Tourmaline) yang berasal dari Afrika Timur, Sri Lanka dan Pakistan. Fenomena aneh tersebut disebut pyroelectric (piroelektrik). Charles-Augustin de Coulomb berasumsi bahwa listrik dapat dihasilkan dengan memberikan tekanan pada material. Lalu, Rene-Just Hauy dan Antoine Cesar Becquerel mencoba membuktikan asumsi Coulomb yang berakhir dengan kegagalan. Pada tahun 1880, Pierre Curie dan Jacques Curie membuktikan bahwa asumsi Coulomb tepat. Material Turmalin, kuarsa dan garam Rossel dapat menghasilkan listrik ketika diberi tekanan. Lalu, fenomena tersebut disebut piezoelektrik atau lebih dikenal efek piezoelektrik. Satu tahun kemudian, Gabriel Lippman menyatakan efek kebalikan dari piezoelektrik (reverse piezoelectric effect) yaitu ketika material dialiri listrik akan menghasilkan perubahan dimensi dan menghasilkan tekanan.

Di dalam material piezoelektrik terdapat tumpukan muatan positif dan negatif walaupun susunan kristalnya tidak simetris. Prinsip kerja material piezoelektrik ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Prinsip kerja material piezoelektrik[1]

Pada saat keadaan normal (sebelum ditekan), muatan pada material piezoelektrik seimbang. Ketika tekanan diberikan terjadi pergeseran muatan dimana muatan negatifnya akan menuju anoda dan muatan positifnya akan menuju katoda sehingga menghasilkan tegangan listrik. Reverse piezoelectric effect adalah ketika material piezoelektrik dialiri arus listrik sehingga terjadi perubahan dimensi dan menghasilkan tekanan. Prinsip kerja dari reverse piezoelectric effect ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Prinsip kerja reverse piezoelectric effect [2]

Material piezolektrik terbagi dua yaitu alami dan sintetis. Material piezoelektrik yang alami adalah Kuarsa (SiO2), Berlinite (AlPO4), Turmalin dan garam Rossel. Sedangkan Barium Titanate (BaTiO3), Timbal Zirconium Titanate (PZT) dan Timbal Titanate (PBTiO3) merupakan material piezoelektrik buatan yang berbahan keramik. Material PZT merupakan material yang paling banyak digunakan tetapi karena adanya unsur timbal pada material PZT yang bersifat racun, mendorong dikembangkannya material baru yang lebih aman bagi manusia dan lingkungan. Polyvinylidene Fluoride (PVdF) merupakan material piezoelektrik yang terbuat dari polimer. Material tersebut memiliki nilai konstanta piezoelektrik yang tinggi (rentang nilai konstanta piezoelektrik 1 – 100 pico Coulomb/Newton), tahan terhadap tekanan yang tinggi karena kelenturannya sehingga mudah dibentuk sesuai ukuran dan bentuk, lebih aman serta ringan karena berat jenisnya rendah.

Aplikasi material piezoelektrik yang sudah banyak digunakan adalah sebagai transduser yang salah satunya digunakan di dalam perangkat mikrofon untuk mengubah energi suara menjadi energi listrik. Material piezoelektrik pun berpotensi besar sebagai penghasil listrik dari peristiwa jatuhnya air hujan. Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki curah hujan yang tinggi sekitar 2.000 – 3.000 mm/tahun[3]. Namun kondisi curah hujan pada masing-masing wilayah berbeda. Hujan adalah jatuhnya hidrometeor yang berupa partikel-partikel air berdiameter 0,5 mm atau lebih. Air hujan dapat diukur berdasarkan volume air hujan per satuan luas. Jika curah hujan sebesar 1 mm maka ukuran itu setara dengan 1 liter/m2. Proses jatuhnya air hujan menghasilkan energi potensial yang dapat menekan material piezoelektrik sehingga menghasilkan listrik. Video dibawah ini merupakan percobaan pemanfaatan air hujan menjadi listrik menggunakan material piezoelektrik.

Selain itu, para ilmuwan telah melakukan terobosan baru dengan memanfaatkan material piezoelektrik di dalam sepatu. Perangkat-perangkat yang berada di dalam sepatu adalah piezoelektrik transduser, sirkuit dan baterai. Ketika berjalan atau berlari, kaki menekan material piezoelektrik yang akan menghasilkan listrik. Lalu, Listrik akan disimpan di baterai yang dapat digunakan untuk mengisi ulang baterai handphone atau gadget lainnya. Pemanfaatan material piezoelektrik di dalam sepatu dan inovasi lainnya ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Pemanfaatan material piezoelektrik di dalam sepatu dan inovasi lainnya[4]

Referensi

[1] Sukariono, Joko. 2015. Material Cerdas Piezoelektrik. Universitas Negeri Surabaya

[2] OR, Siu Wing. Overview Of Smart Material Technology. The Hongkong Polytechnic University.http://resources.edb.hkedcity.net/physics/articleIE/smartmaterials/SmartMaterials_e.htm (diakses 20 November 2017)

[3] S, Sri Maulidani, Nasrul Ihsan, dan Sulistiawaty. 2015. Analisis Pola dan Intensitas Curah Hujan Berdasarkan Data Observasi dan Satelit Tropical Rainfall Measuring Missions (TRMM) 3B42 V7 di Makassar. Universitas Negeri Makassar

[4] Aggarwal, Mayank. 2015. Piezoelectricity : Press to Power.   http://www.livemint.com/Consumer/vQzDViRUIeSiOTE61sQr2H/Piezoelectricity-press-to-power.html (diakses 20 November 2017)

Baca juga: Mengubah Sampah Perkotaan Menjadi Energi dengan Teknologi Biodrying 

 

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Fauzi Yusupandi

Fauzi Yusupandi

Mahasiswa S2 Teknik Kimia ITB

2 tanggapan untuk “Produksi Listrik dari Air Hujan dan Sepatu dengan Efek Piezoelektrik

  • 26 April 2018 pada 18:34
    Permalink

    Mohon maaf sebelumnya tanya, untuk mendapatkan komponen piezoelectric PVdF itu sendiri dimana ya? Mohon informasi lebih lanjutnya terimakasih

    Balas
  • 27 April 2018 pada 21:12
    Permalink

    Sampai sejauh ini, saya belum mengetahui dimana pembelian PVdF.. namun untuk material piezoelektrik yang lain dapat dibeli di toko elektronik. Terimakasih

    Balas

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar