X
    Kategori Teknologi

Instalasi Teknologi Piezoelectric di Jalan Raya

Kekhawatiran manusia akan krisis energi telah berlangsung beberapa puluh tahun belakangan. Para peneliti berlomba – lomba untuk mendapatkan sumber energi masa depan. Mulai dari pemanfaatan sumberdaya terbarukan , seperti : air, panas bumi, angin , sinar matahari. Semua sumber daya tersebut memerlukan sebuah sistem pembangkit atau membutuhkan tempat yang cukup luas. Dari segi biaya , pembangkit – pembangkit tersebut memerlukan biaya yang mahal untuk pendiriannya. Disamping sumberdaya tersebut tidak dapat digunakan secara langsung untuk peralatan yang moveable seperti handphone dan mobil.

Masih ada peluang lain untuk menghasilkan energi listrik yang belum cukup familiar di telinga masyarakat kita , yaitu : piezoelectric. Kata “piezo” berasal dari bahasa Yunani yang berarti tekanan. Diantara benda-benda yang menghasilkan energi piezo adalah beberapa jenis crystal , berbagai jenis keramic , zat biologis seperti tulang , DNA dan berbagai jenis protein.[1]

Prinsip teknologi piezolectric sebenarnya sederhana, yaitu pertama-tama benda-benda tertentu menghadirkan energi listrik ketika benda tersebut mendapatkan tekanan atau perubahan bentuk. Dan juga sebaliknya , benda-benda tersebut berubah bentuk ketika menerima aliran listrik. Sehingga secara prinsip sederhananya , piezoelectric ini mengubah energi mekanik menjadi energi listrik sebagai bukti hukum kekekalan energi.

Lalu aplikasi apa yang sudah memanfaatkan teknologi Piezoelectric ini?

Salah satu aplikasi nyata pemanfaatan teknologi piezoeletric adalah Piezoelectric Energy Harvester (PEHs) atau “trotoar pemanen energi piezoelectrik” , dimana trotoar tersebut menggunakan sistem mengubah energi mekanik dari kendaraan menjadi energi listrik.

Sebuah perusahaan Israel yang bernama INNOWATTECH mengumumkan bahwa mereka telah berhasil membuat “trotoar pemanen energi” yang diberi nama Innowattech Piezo Electric Generator (IPEG) pada tahun 2010. Generator tersebut mampu menghasilkan 250 kW energi listrik setiap 1 kilometer dari sepanjang satu jalan lurus dengan jumlah kendaraan yang lewat diatasnya lebih dari 500 setiap jam.

Kenaikan jumlah penduduk yang sangat pesat menyebabkan konsumsi energi yang tinggi dan kebutuhan sistem transportasi yang luas , sehingga mendorong kearah pemanfaatan sumberdaya energi lain yang tidak tergantung sumberdaya alam.

Penelitian tentang pemanfaatan piezoelectric ini juga telah dilakukan di negara China dan diterbitkan pada jurnal “International Journal of Pavement Research and Technology”. Project penelitian tersebut mendemonstrasikan PEHs di jalan raya Ma-Zhao K90 + 700 dekat kota Zhaotong , Provinsi Yunnan dengan lintasan sepanjang 50 m.

Gambar 1 . Proses instalasi PEHs di jalanraya Ma-Zhao K90+700

Sebuah PEHs terdiri dari empat bagian :

  1. Unit piezoelectric sebagai komponen utama
  2. Material packaging untuk menyimpan unit piezoelectric
  3. Sirkuit board internal
  4. Sealing fastening component untuk menyatukan komponen-komponen tersebut

Material PEHs harus memiliki beberapa syarat , yaitu : mempunyai ketahanan terhadap tekanan , tidak mudah patah , anti air dan anti korosi .

Para peneliti menggunakan material keramik PZT-5 H yang diproduksi oleh Baoding Hengsheng Acoustics Electric Apparatus Co., Ltd sebagai komponen utamanya. Sedangkan material packaging-nya berupa Nylon ( model: PA66 with 30% glass fiber).

Berikut gambar struktur didalam PEHs

Gambar 2. The Inner structure of the PEHs

Ada tiga lapisan material packaging , dibagian atas , tengah dan bawah. Kemudian berisi 12 unit piezoelctric yang berbentuk lingkaran dengan diameter 8 cm , 2 kabel power dan koreksi sirkuit internal.

Dari tes yang telah dilakukan , PEHs tersebut mampu menyalakan lampu LED yang membentuk tulisan berbunyi ‘‘piezoelectric demonstration” dalam huruf China. Masing-masing lampu LED tersebut membutuhkan 3 V dengan arus listrik 10 mA.[2]

Gambar 3. The LED board

Lalu sampai dimana pengembangan teknologi piezoelectrik di negara kita?

Pada tahun 2015, dua orang mahasiswa dari ITB telah memulai penelitian berkaitan dengan teknologi piezoelectrik ini . Penelitian tersebut berjudul “Polisi Tidur Piezoelektrik Sebagai Pembangkit Listrik dengan Memanfaatkan Energi Mekanik Kendaraan Bermotor”. Penelitian yang mengangkat latar belakang  kebutuhan energi listrik  pada tahun 2014 mencapai 205 TWh dan diprediksi mengalami peningkatan setiap tahun sebanyak 8,3 % sehingga dikhawatirkan pada tahun 2033 Indonesia akan menjadi pengimpor energi. Disamping potensi besar dari  waste vibration energy dari kendaraan bermotor yang belum dimanfaatkan.

Waste vibration energy adalah energi getaran yang terbuang saat kerja dilakukan oleh suatu sistem khususnya sistem mekanik. Waste vibration energy dari gerakan kendaraan bermotor dapat dipanen (dimanfaatkan) dengan perancangan sistem mekanik berbentuk polisi tidur dengan metoda kantilever untuk mendefleksikan material piezoelektrik. Polisi tidur atau disebut juga alat pembatas kecepatan adalah bagian jalan yang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang sebagai pertanda bagi pengemudi untuk memperlambat laju kendaraan. Cara pengembangan polisi tidur sebagai pemanen energi dari kendaraan bermotor dilakukan dengan memberikan suatu sistem pegas pada mekanik polisi tidur. Pegas adalah elemen mesin fleksibel yang digunakan untuk memberikan gaya , torsi , menyimpan atau melepaskan energi. Pegas yang digunakan berupa pegas tekan berbentuk helix disesuaikan dengan gaya tekan yang diberikan kendaraan.

Gambar 4. Prototipe polisi tidur piezoelectrik

Seperti terlihat pada gambar , prototipe polisi tidur piezoelektrik terdiri atas sistem mekanik polisi tidur , sistem kantilever dan sistem harvesting energy. Sistem mekanik polisi tidur merupakan bagian polisi tidur piezoelektrik yang dikenai kontak langsung ban kendaraan bermotor. Sistem mekanik polisi tidur dirancang untuk menahan beban masukan 2707.49 N dengan memanfaatkan 4 buah pegas yang bisa dilewati satu ban mobil dengan kostanta pegas 75598,24 N/m. Sistem kantilever merupakan suatu sistem yang terdiri atas alas sistem kantilever , penahan , clamp , pelat kantilever dan material piezoelektrik. Sistem kantilever dapat memuat maksimal 5 pelat kantilver. Sedangkan sistem harvesting energy terdiri atas buck konverter MB39C811 dan kapasitor yang digunakan untuk memanen energi sekaligus sebagai media penyimpanan. Bahan utama sistem polisi tidur piezoelektrik adalah besi untuk sistem mekanik polisi tidur, alumunium untuk sistem kantilever, stainless stell untuk pelat kantilever dan baja untuk pegas.

Namun sayang , dari hasil penelitian yang dilakukan nampak belum memuaskan. Dari pengujian sistem kantilever dengan masukan kendaraan bermotor menggunakan mobil penguji sebanyak 60 kali lindasan pada polisi tidur piezoelektrik , pengujian dapat menghasilkan energi listrik sebesar 380mV selama 1200 detik dengan daya sebesar 2.166 mWh. Bila dibandingkan dengan pengujian manual dengan kondisi yang sama yaitu 60 kali ketukan selama 300 detik diperoleh energi listrik 1120 mV dan daya 75.264mWh.   Hal ini menunjukkan efisiensi dari sistem polisi tidur piezoelektrik baru mencapai 2.87% , yang berarti masih sangat kecil.[3]

Bagaimana, apakah kamu tertarik untuk mengembangkan teknologi piezoelectrik di negara kita? Tersedia banyak jalan raya dan mobil disetiap kota-kota besar sebagai modal utama.

Referensi :

  1. Muhaimin Iqbal. Ketika Tangan Musa Bercahaya . Diakses dari : http://www.geraidinar.com pada tanggal 8 september 2018
  2. Hailu Yang ,Linbing Wang ,Bin Zhou,Ya Wei ,Qian Zhao.(2018,september).A preliminary study on the highway piezoelectric power supply system.Doi.org/10.1016/j.ijprt.2017.08.006
  3. Elfi Yulia, Eka Permana Putra ,Estiyanti Ekawati ,Nugraha.(2016). Polisi Tidur Piezoelektrik Sebagai Pembangkit Listrik dengan Memanfaatkan Energi Mekanik Kendaraan Bermotor. Diakses dari : http://journals.itb.ac.id/index.php/joki/index
ANDRI YULIANTO :Menyelesaikan studi teknik kimia di Institut Teknologi Indonesia.Tertarik dengan alternatif energi terbarukan, bioenergy.