Teknologi Baru Pemanen Panas pada Perangkat Elektronik untuk Diubah Menjadi Energi Listrik

Panas yang timbul dari perangkat elektronik seperti laptop, handphone, lampu emergency, dll, merupakan sejumlah energi yang tidak terpakai sama sekali, alias terbuang sia-sia ke lingkungan. Energi-energi ini berasal dari bentuk energi yang tidak terpakai sebagaimana semestinya. Energi terbuang ini dinggap sia-sia jika tidak dapat diolah kembali menjadi energi yang dapat kita gunakan. Sesuai dengan hukum fisika bahwa energi tidak akan pernah hilang, hanya saja berubah dari satu bantuk ke bentuk yang lainnya. Itu artinya energi-energi yang terbuang secara sia-sia itu masih bisa dipakai untuk tujuan lain, bahkan bisa diubah kembaali kedalam bentuk listrik.

Gambar 1. Motherboard Komputer

Dari mana asal daya disipasi itu?

Dalam dunia elektronika, panas yang terbuang dari perangkat elektronik ini berasal dari komponen-komponen penyusun sirkuit yang disebut sebagai daya disipasi. Daya disipasi dalam dunia elektronika dapat diartikan sebagai proses ireversibel (tidak dapat balik) sejumlah daya listrik yang hilang atau terbuang secara sia-sia ke lingkungan sehingga tidak termanfaatkan sebagai mana mestinya. Daya disipasi terjadi akibat adanya resistasi (hambatan) pada rangkaian elektronika yang menimbulkan panas. Disipasi juga terjadi pada gaya gesek gear, difusi (pencampuran), reaksi kimia, aliran panas melalui resistansi termal, aliran fluida melalui resistansi aliran[1].

Pada tulisan ini saya akan membahas daya disipasi pada perangkat komputer dan ponsel. Sebagai contoh, di Amerika Serikat, hampir 68% dari energi primer yang dihasilkan setiap tahun terbuang dalam bentuk panas secara sia-sia ke lingkungan[2]. Penghasil panas atau daya disipasi terbesar pada komputer adalah terletak pada CPU, sebagai bukti Anda dapat menyentuh bagian bawah dari laptop, maka akan terasa sangat panas. CPU komputer merupakan pusat terjadinya proses pengolahan data, semakin banyak data yang harus diolah semakin keras CPU harus bekerja, semakin banyak pula panas yang dihasilkannya. Contoh misalnya, pada Komputer Pentium 4 dengan kecepatan 2.8 GHz memiliki  daya termal tipikal sebesar 68.4 W dan daya termal maksimum sebesar 85 W[3].

Daya disipasi tidak hanya dihasilkan oleh CPU saja, tetapi juga dihasilkan oleh komponen-komponen pendukung lain seperti resistor, kapasitor, induktor, dioda, hingga perangkat pendukung seperti RAM, Hardisk, DVD, dll. Teknologi yang telah ada misalnya CPU, tidak dapat menghilangkan panas secara 100%, pengembang hanya bisa meminimalkan panas itu saja. Salah satu upaya adalah dengan memasang heatsink dan perangkat pendukung cooling pad. Ada beberapa desain processor baik pada komputer maupun pada ponsel dengan konsumsi daya rendah seperti processor desain Intel’s 7 watt Ivy Bridge CPUs, yang hanya menghasilkan daya disipasi 7 W[4][5].

Teknologi baru dalam memanfaatkan daya disipasi atau panas yang terbuang sia-sia

Menurut paper yang ditulis oleh Shishir Pandya et al, yang makalahnya diterbitkan di Jurnal Nature Material dengan judul “Pyroelectric energy conversion with largeenergy and power density in relaxor ferroelectric thin films“. Dalam makalah yang ditulis menyatakan bahwa mereka telah berhasil mengembangkan sebuah sistem film tipis yang dapat digunakan untuk mengubah limbah panas (daya disipasi) menjadi energi yang dapat digunakan kembali.

Baca juga:
Gambar 2. Ilustrasi desain alat berupa thin film untuk mengkonversi limbah panas menjadi energi yang dapat digunakan kembali[2][6]

Penelitian yang dilakukan oleh sekelompok insinyur dari Universitas California Berkeley ini mengembangkan sebuah tekknologi baru berupa lembaran film tipis berteknologi nano yang dapat meningkatkan efisiensi dan efektivitas dalam upaya konversi panas menjadi energi yang dapat digunakan kembali. Konsep yang mendasari teknologi ini adalah sebuah konsep konversi secara teknologi piroelektrik. Teknologi piroelektrik didefinisikan sebagai kemampuan bahan-bahan tertentu (pada artikel ini berupa thin film) untuk menghasilkan tegangan sementara ketika dipanaskan atau didinginkan. Film tipis yang baru dikembaangan ini lebih baik dari pada peneitian-penelitian sebelumnya dan dapat diterapkan pada semua jenis alat penghasil limbah panas (disipasi).

Teknolgi berupa film tipis yang digunakan untuk memanen limbah energi panas (daya disipasi) memiliki ketebalan sekitar 50-100 nanometer dan oleh karena itu dapat dipasang ke komponen elektronik yang kompleks tanpa harus mengganggu kinerja dari perangkat. Hasil pengujian dari film tipis tersebut menyatakan bahwa nilai Pyroelectric energy conversion energy density sebesar 1,06 Joule per sentimeter kubik, Power density sebesar 526 Watt per sentimeter kubik, dan Efficiency sebesar 19 persen efisiensi Carnot[2][6][7].

 

Referensi:

  1. Wikipedia Inggris, Dissipation (https://en.wikipedia.org/wiki/Dissipation) diakses pada 13 Mei 2018
  2. Pandya, Shishir et al . 2018. “Pyroelectric energy conversion with large energy and power density in relaxor ferroelectric thin films“. Nature materials, 2018 Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature. All rights reserved
  3. Wikipedia Inggris, CPU power dissipation (https://en.wikipedia.org/wiki/CPU_power_dissipation) diakses pada 13 Mei 2018
  4. Zhang, Yifan et al. 2015. “Accurate CPU Power Modeling for Multicore Smartphones“. Microsoft, 1 Februari 2015 (Abstrak) (https://www.microsoft.com/en-us/research/publication/accurate-cpu-power-modeling-for-multicore-smartphones/) diakses pada 14 Mei 2018
  5.  CUNNINGHAM, ANDREW. 2013. “The technical details behind Intel’s 7 watt Ivy Bridge CPUs“. Ars Technica, 15 Januari 2013 (https://arstechnica.com/gadgets/2013/01/the-technical-details-behind-intels-7-watt-ivy-bridge-cpus/) diakses pada 14 Mei 2018
  6.  Vyas, Kashyap. 2018. “Berkeley Engineers Develop A New System that Converts Waste Heat From Electronics to Energy“. InterestingEngineering, 22 April 2018 (https://interestingengineering.com/berkeley-engineers-develop-a-new-system-that-converts-waste-heat-from-electronics-to-energy) diakses pada 14 Mei 2018
  7. Israel, Brett. 2018. “Thin film converts heat from electronics into energy“. University of California Berkeley, 16 April 2018 (http://news.berkeley.edu/2018/04/16/thin-film-converts-heat-from-electronics-into-energy/) diakses pada 14 Mei 2018
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Wayan Dadang

Wayan Dadang

Mahasiswa S1 Teknik Elektro Universitas Sriwijaya, menekuni Kecerdasan Buatan, Sistem Kontrol, dan Robotika. Mencintai kegiatan membaca Paper Sains, Belajar, Menulis, dan Riset.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *