Milestone Nuklir Cina: EPR dan APR1000 Pertama Di Dunia Mulai Beroperasi

Bagikan Artikel ini di:

Cina mencapai milestone baru dalam ekspansi kapasitas Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) mereka. Pada tanggal 29 Juni 2018, PLTN Taishan 1 telah terkoneksi dengan jaringan listrik dan menghasilkan listrik. PLTN ini merupakan PLTN pertama di dunia yang menggunakan teknologi European Pressurised Reactor (EPR) yang didesain oleh Framatome [1].

Baca juga:

PLTN Taishan merupakan bagian dari megaproyek PLTN Cina, yang bertujuan untuk mencapai kapasitas daya 58 GWe pada tahun 2020 dan 30 GWe lainnya dalam proses konstruksi [2]. PLTN Taishan 1 mulai dibangun pada tahun 2009, sementara unit 2 dimulai pada tahun 2010.

Gambar 1. Tampak dalam PLTN Taishan 1 (sumber: WNN)

PLTN berdaya 1.660 MWe ini dimiliki oleh Guangdong Taishan Nuclear Power Joint Venture, sebuah joint venture antara Electricite de France (EDF) dan Chinese General Nuclear (CGN). PLTN Taishan 1 dapat menyuplai listrik untuk lebih dari empat juta rumah tangga di Cina [1].

Baca juga Mengukur Dampak Lingkungan Dari Pemanfaatan Energi Nuklir

Sehari setelahnya, Cina mencapai milestone berikutnya. PLTN Sanmen 1, yang merupakan PLTN pertama di dunia yang menggunakan teknologi AP1000, telah tersambung dengan jaringan listrik [3]. AP1000 merupakan teknologi reaktor nuklir yang didesain oleh Westinghouse, dengan perbaikan pada aspek keselamatan dan ekonomis [4].

PLTN Sanmen 1 mulai dibangun pada tahun 2009. Hot testing PLTN Sanmen 1 telah selesai pada bulan Juni tahun lalu. Sementara, pemuatan susunan bahan bakar dimulai pada 25 April 2018. PLTN Sanmen 1 mencapai kekritisan pada 21 Juni 2018. Pada 27 Juni 2018, uap yang dibangkitkan melalui reaksi fisi nuklir digunakan untuk memutar turbin pembangkit listrik [3].

Tersambungnya PLTN Taishan 1 dan Sanmen 1 ke jaringan listrik merupakan prestasi bagi industri nuklir Cina. Setelah Rusia dengan teknologi VVER-1200, Cina menjadi negara kedua yang sukses mengoperasikan PLTN Generasi III+, yang merupakan generasi transisi sebelum masuk ke Generasi IV. Walau di tempat lain pembangunan EPR (Prancis dan Finlandia) dan AP1000 (Amerika Serikat) bermasalah, Cina tetap berhasil membangun dan membangkitkan listrik menggunakan kedua teknologi ini. Diharapkan, PLTN Taishan 1 dan Sanmen 1 akan memasuki tahap komersial pada akhir tahun ini [2,3].

Baca juga

Referensi:

  1. World Nuclear News. China’s Taishan 1 reactor connected to grid. (http://www.world-nuclear-news.org/NN-Chinas-Taishan-1-reactor-connected-to-grid-29061801.html). Diakses pada 5 Juli 2018.
  2. World Nuclear Association. Nuclear Power in China.(http://www.world-nuclear.org/information-library/country-profiles/countries-a-f/china-nuclear-power.aspx). Diakses pada 5 Juli 2018.
  3. AP1000 Pressurized Water Reactor. (http://www.westinghousenuclear.com/New-Plants/AP1000-PWR). Diakses pada 5 Juli 2018.
  4. World Nuclear News. First AP1000 unit begins generating power. (http://www.world-nuclear-news.org/NN-First-AP1000-unit-begins-generating-power-0207184.html)
Bagikan Artikel ini di:

Menjadikan Energi Nuklir “Terbarukan”: Metode Ekstraksi Uranium Dari Air Laut

Bagikan Artikel ini di:

Sejauh ini, energi nuklir belum dianggap sebagai “energi terbarukan”. Anggapannya, ketersediaan bahan bakar nuklir, yakni uranium dan thorium, terbatas dan bisa habis. Sementara “energi terbarukan” seperti energi surya dan bayu tidak. Walau realitanya, semua moda energi itu terbatas dan suatu saat pasti habis (energi surya dan bayu akan habis ketika matahari menelan bumi di akhir usianya).

Namun, jika dilihat dari perspektif lain, energi nuklir bisa dianggap sebagai “terbarukan”. Caranya adalah dengan mengekstrak uranium dari air laut.

Tidak banyak orang yang tahu bahwa air laut mengandung uranium. Kelarutan uranium dalam air laut memang kecil, rerata hanya 3 ppb (part per billion), atau sekitar 3 mikrogram per liter air. Namun, mengingat volume air laut sangat besar, sekitar 1,37 milyar km3, maka kandungan uranium di dalamnya juga luar biasa besar, mencapai 4,5 milyar ton [1].

Sebagai perspektif, satu unit PLTN tipe LWR berdaya 1000 MWe membutuhkan 200 ton uranium tiap tahunnya [2], sementara PLTN maju seperti MSR dan SCFR berdaya sama membutuhkan 800-1000 kg uranium tiap tahun [3]. Konsumsi listrik dunia tahun 2016 mencapai sekitar 22 ribu TWh [4]. Jika 10% saja dari potensi uranium air laut bisa diekstrak, menggunakan PLTN maju, maka 10% potensi itu cukup untuk menerangi seluruh dunia selama 161 ribu tahun ke depan!

Baca juga Perkembangan Teknologi Reaktor Maju, Bagian 1

Konsentrasi uranium dalam air laut dikendalikan oleh reaksi kimia ajeg antara air dan bebatuan yang mengandung uranium. Jadi, ketika sejumlah uranium diekstrak dari air laut, jumlah yang sama dilepaskan oleh bebatuan ke laut untuk menggantikannya [5]. Dengan demikian, uranium dalam air laut senantiasa “terbarukan”, secara praktis hingga planet ini menemui ajalnya kelak. Menurut Dr. James Conca, mustahil bagi manusia untuk mengekstrak uranium dengan cukup cepat untuk menurunkan konsentrasinya dalam air laut, karena suplainya akan terus menerus terbarukan! [6]

Ide untuk mengekstrak uranium dari air laut sudah ada beberapa saat setelah Perang Dunia II. Namun, saat itu, menambang uranium di daratan masih dianggap lebih praktis dan murah [1]. Saat inipun, kendala terbesar dalam mengekstrak uranium dari air laut adalah membuat material yang bisa mengekstrak uranium dengan biaya setara penambangan uranium di daratan [7].

Baca juga Menguji Sustainabilitas Energi Nuklir Dengan Uranium dan Thorium Domestik

Pada tahun 2002, kelompok dari Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) mendesain fabrik absorben polimer untuk mengekstrak uranium dari air laut. Fabrik ini mengandung kelompok amidoksin yang mampu membentuk ikatan kompleks dengan ion uranil trikarbonat. Fabrik ini direndam dalam laut selama 450 hari dan didapatkan 1,083 gram uranium [1]. Estimasi biayanya saat itu mencapai JPY 25.000 per kg uranium, atau sekitar USD 300 per kg uranium [1]. Harga ini masih sekitar 3x lipat harga uranium yang ditambang di darat.

Tahun 2016, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) dan Oak Ridge National Laboratory (ORNL) mengeluarkan hasil penelitian mereka, yang melanjutkan penelitian JAERI [7]. Serat polietilen yang di-coating dengan amidoksin digunakan untuk mengikat senyawa uranium dioksida yang terlarut dalam air laut. Serat tersebut direndam selama sebulan, lalu ditarik kembali ke permukaan untuk diolah menggunakan perlakuan asam. Perlakuan ini memisahkan uranium dalam bentuk uranium kompleks dan meregenerasi serat sehingga bisa digunakan berulang kali. Pengujian PNNL kala itu menunjukkan bahwa mereka mampu mengekstrak 6 gram uranium per kg adsorben setelah direndam 50 hari dalam air laut,

Gambar 1. Serat adsorben uranium air laut, gambar dipapari sinar fluoresens (sumber: Forbes)

Penelitian PNNL terbaru menunjukkan hasil yang lebih menjanjikan lagi. Material adsorben berupa serat akrilik ini dikembangkan oleh perusahaan energi bersih LCW Supercritical Technologies dan didukung oleh PNNL. Ujicoba yang dilakukan PNNL menghasilkan yield setara dengan serat polietilen yang dikembangkan sebelumnya, berkisar 5 gram uranium per kg adsorben setelah direndam sebulan [8]. Serat akrilik ini lebih murah dan lebih durable, sehingga diproyeksikan biaya ekstraksinya bisa setara dengan biaya penambangan uranium di darat.

Chien WAi, presiden LCW, juga mengatakan bahwa limbah benang. Serat ini berpotensi pula untuk digunakan dalam pembersihan air laut serta untuk mengekstrak logam lain, misalnya Vanadium [8].

Gambar 2. Yellowcake pertama yang berhasil diekstrak serat akrilik yang dikembangkan LCW (sumber: World Nuclear News)

LCW berniat untuk mengajukan pendanaan tambahan untuk menguji performa serat akriliknya di Teluk Meksiko, dipimpin oleh PNNL. Material serat akrilik ini bekerja lebih baik di air hangat, sehingga laju ekstraksinya bisa ditingkatkan hingga 3-5 kali lipat di perairan utara Amerika Serikat yang relatif dingin. Hal ini dapat meningkatkan keekonomiannya lebih jauh [8].

Baca juga Menguak Mitos Bahaya Limbah Radioaktif

Bahan bakar nuklir merupakan komponen pembiayaan paling rendah dalam PLTN, sehingga sekalipun harga uranium 10x lebih mahal dari harga saat ini, dampaknya terhadap harga listrik tidak begitu signifikan. Khususnya di reaktor maju. Namun, kunci paling penting dari penelitian ini adalah menjadikan uranium benar-benar “terbarukan”, dengan suplai yang melimpah di lautan dan terus menerus diperbarui dari batuan di kerak bumi. Ketika ekstraksi uranium dari air laut sudah benar-benar komersial, maka secara praktis energi nuklir pun benar-benar “terbarukan”, cukup untuk memenuhi kebutuhan energi umat manusia hingga bumi ditelan matahari di akhir hayatnya.

Referensi

  1. Ken Ferguson. Uranium Extraction from Seawater. (http://large.stanford.edu/courses/2012/ph241/ferguson2/). Diakses pada 27 Juni 2018.
  2. Jacopo Buongiorno. 2010. PWR Description. Massachusetts: Center for Advanced Nuclear Energy Systems, Massachusetts Institute of Technology.
  3. Andika Putra Dwijayanto. 2016. Kenapa Energi Nuklir? Yogyakarta.
  4. Electricity Domestic Consumption. (https://yearbook.enerdata.net/electricity/electricity-domestic-consumption-data.html). Diakses pada 27 Juni 2018.
  5. Canadian Nuclear Association. There’s Uranium in Seawater. And It’s Renewable. (https://cna.ca/news/theres-uranium-seawater-renewable/). Diakses pada 27 Juni 2018.
  6. James Conca. Is Nuclear Power A Renewable Or A Sustainable Energy Source? (https://www.forbes.com/sites/jamesconca/2016/03/24/is-nuclear-power-a-renewable-or-a-sustainable-energy-source/#59faaca6656e). Diakses pada 27 Juni 2018.
  7. James Conca. Uranium Seawater Extraction Makes Nuclear Power Completely Renewable. (https://www.forbes.com/sites/jamesconca/2016/07/01/uranium-seawater-extraction-makes-nuclear-power-completely-renewable/#2f80da96159a). Diakses pada 27 Juni 2018.
  8. World Nuclear News. First yellowcake from seawater for US team. (http://www.world-nuclear-news.org/UF-First-yellowcake-from-seawater-for-US-team-1406187.html). Diakses pada 27 Juni 2018.
Bagikan Artikel ini di:

Mitos atau Fakta? Limbah PLTN Bisa Dibuat Senjata Nuklir

Bagikan Artikel ini di:

Senjata nuklir menjadi momok besar sejak pertama kali (dan hanya sekali) digunakan pada perang sungguhan, tepatnya pada Perang Dunia II. Senjata berukuran kecil dengan bahan bakar sedikit, tetapi memiliki daya hancur jauh lebih kuat daripada senjata lain pada masanya. Kekuatan mengerikan ini, ditambah fisika radiasi yang belum banyak dipahami pada masa itu, kemudian melahirkan isu-isu terkait pemanfaatan lain dari energi nuklir, yakni PLTN.

Terkait dengan perang dan PLTN, salah satu isu yang beredar adalah limbah PLTN bisa disalahgunakan menjadi senjata nuklir, namun benarkah isu tersebut?

Isu ini muncul karena PLTN menggunakan bahan bakar yang sama dengan senjata nuklir (uranium) dan limbahnya (baca: bahan bakar bekas) juga mengandung bahan bakar senjata nuklir, yakni plutonium [1]. Karena kandungan bahan bakar itu, sebagian orang mengira bahan bakar PLTN (termasuk limbahnya) dapat disalahgunakan fungsinya dari untuk membangkitkan listrik menjadi senjata pemusnah massal.

Baca juga Menguak Mitos Limbah Radioaktif PLTN

Pertanyaan selanjutnya, limbah PLTN bisa disimpangkan jadi senjata nuklir itu mitos atau fakta?

Jawabannya, mitos.

Ada setidaknya dua alasan mengapa limbah PLTN tidak bisa disalahgunakan. Pertama, kandungan uranium dalam bundel bahan bakar. Seluruh PLTN di dunia ini menggunakan bahan bakar berupa uranium berpengayaan rendah (low-enriched uranium/LEU). Standari LEU adalah uranium mengandung kurang dari 20% berat isotop uranium-235, Realitanya, PLTN konvensional beroperasi dengan LEU dengan pengayaan kurang dari 5% [1]. Artinya, kandungan uranium-235 dalam bahan bakar tidak sampai 5% berat bahan bakar keseluruhan. Bahkan, reaktor Canadian deuterium uranium (CANDU) menggunakan uranium alam, yang hanya mengandung 0,72% uranium-235.

Baca juga Peningkatan Nilai Guna Bahan Bakar Nuklir Dengan Kombinasi PWR-CANDU

Apa relevansinya? Untuk membuat senjata nuklir, diperlukan uranium-235 dalam jumlah besar, pengayaannya minimal 90% alias terkategori dalam high-enriched uranium (HEU). Kira-kira, dibutuhkan 52 kg HEU agar sebuah senjata nuklir dapat mencapai massa kritis*. Semakin rendah pengayaan uranium, semakin besar massa kritis yang dibutuhkan [2].

* massa kritis: massa minimal yang dibutuhkan sebuah susunan bahan bakar agar dapat menghasilkan reaksi fisi berantai yang berkesinambungan.

Agar dapat digunakan sebagai senjata nuklir, maka PLTN konvensional yang menggunakan LEU dibawah 5% membutuhkan sekitar 80 ton bahan bakar dalam reaktornya [1]. Itupun harus menggunakan moderator air untuk memperlambat kecepatan netron, sehingga reaksi fisi berantai dapat terjadi. Bayangkan memuat 80 ton uranium sekaligus air dalam satu senjata nuklir, apa mungkin?

Baca juga Molten Salt Reactor – Reaktor Nuklir Dengan Keselamatan Tinggi

Limbah PLTN mengandung lebih sedikit lagi kadar uranium. Dari 80 ton bahan bakar dalam reaktor, 30 ton dikeluarkan tiap tahunnya sebagai bahan bakar bekas. Sisa uranium-235 dalam bahan bakar itu hanya sekitar 1%, atau 300 kg. Sisanya adalah uranium-238 (95%), plutonium (1%) dan transuranik (3%) [3]. Lebih tidak mungkin lagi membuat senjata nuklir dari bahan bakar bekas PLTN.

Bagaimana kalau uranium-235 dipisah saja dari uranium-238? Tidak bisa. Kedua isotop itu memiliki nomor atom berdekatan, tidak mungkin diseparasi menggunakan cara apapun. Untuk menambah persoalan, uranium-235 di bahan bakar bekas sudah terkontaminasi isotop uranium-236. Isotop ini merupakan parasit yang membuat reaksi fisi berantai jadi kurang efektif.

Jadi, tidak ada peluang sama sekali bahwa uranium dalam bahan bakar bekas bisa disimpangkan menjadi senjata nuklir.

Kedua, konten plutonium. Selain uranium, plutonium juga dapat digunakan sebagai senjata nuklir. Ketika reaktor nuklir beroperasi, sejumlah plutonium akan dihasilkan di dalam teras, sebagai hasil tangkapan netron oleh uranium-238. Sebagian orang menganggap ini bisa berpotensi disalahgunakan sebagai senjata nuklir. Tapi kenyataannya, hal ini tidak memungkinkan. Kenapa?

Plutonium dalam bahan bakar bekas memiliki kemurnian rendah. Sama seperti uranium, plutonium juga membutuhkan tingkat kemurnian tinggi agar bisa digunakan sebagai senjata nuklir, yakni plutonium grade senjata [2]. Sementara, plutonium dalam bahan bakar bekas PLTN sudah mengandung banyak kontaminan/pengotor.

Gambar 1. Plutonium ring (sumber: Atomic Heritage)

Plutonium memiliki beberapa isotop, diantaranya plutonium-239 dan plutonium-240. Untuk bisa digunakan sebagai senjata nuklir, dibutuhkan plutonium-239 dengan kontaminasi plutonium-240 yang rendah. Batas maksimumnya adalah 7% plutonium-240 . Alasannya, plutonium-240 memiliki laju fisi spontan yang tinggi. Kontaminasi plutonium-240 terlalu tinggi akan membuat senjata nuklir meledak sebelum waktunya, dengan kekuatan ledakan jauh lebih rendah dari yang seharusnya. Istilahnya, fizzle. Senjata nuklir yang dihasilkan tidak reliabel dan daya ledaknya tidak mengesankan. [2].

Plutonium yang terdapat dalam bahan bakar bekas adalah plutonium grade reaktor, bukan plutonium grade senjata. Kontaminasi plutonium-240 di dalamnya sangat tinggi, lebih dari 7%. Tipikal kandungan isotop plutonium grade reaktor dapat dilihat pada tabel berikut [3].

Tabel 1. Komposisi isotopik plutonium dalam bahan bakar bekas berbagai jenis reaktor nuklir (sumber: WNA)

Tampak dari tabel di atas bahwa kandungan plutonium-240 pada bahan bakar bekas minimal 17% dan paling besar hingga 31%. Semakin tinggi derajat bakar/burn-up*, artinya semakin lama bahan bakar berada dalam reaktor. Sehingga akumulasi plutonium-240 makin tinggi.

* Walau angkanya berbeda, nilai derajat bakar riil PWR dan CANDU relatif setara, karena pengayaan PWR lebih tinggi daripada CANDU

Apakah tidak bisa kandungan plutonium-240 dipisahkan saja? Kalau uranium-235 tidak bisa dipisahkan dari uranium-238, walau ada selisih 3 nomor massa, apalagi plutonium-239 dan plutonium-240 yang hanya berselisih satu nomor massa?

Baca juga Bagaimana Pengelolaan Limbah Radioaktif PLTN?

Tidak bisakah produksi plutonium-240 dicegah? Tidak bisa. Akan selalu ada plutonium-240 yang terbentuk dalam reaktor nuklir. Semakin lama bahan bakar berada dalam reaktor, semakin banyak plutonium-240 yang terbentuk [2].

Untuk mencegah terlalu banyak plutonium-240 yang terbentuk, bahan bakar harus diganti tiap tiga bulan sekali. Bukan hal praktis, mengingat PLTN konvensional butuh waktu relatif lama untuk shutdown dan memulai kembali operasi akibat xenon poisoning [4]. Keanehan siklus penggantian bahan bakar seperti ini akan dengan mudah dideteksi International Atomic Energy Agency (IAEA) dan bisa segera ditindak. Mengingat bahan bakar PLTN berada dalam reaktor selama setahun hingga tiga tahun, tidak ada peluang menghindari kontaminasi tinggi plutonium-240 pada limbah PLTN [2].

Kesimpulannya, limbah/bahan bakar bekas PLTN tidak bisa digunakan sebagai senjata nuklir.

Membuat senjata nuklir tidak harus punya PLTN. Untuk membuat bom nuklir uranium, cukup memiliki fasilitas pengayaan uranium. Sementara, untuk membuat bom nuklir plutonium, cukup mengiradiasi uranium-238 sampai terbentuk plutonium-239 menggunakan reaktor nuklir sederhana [1]. Tentu saja, ini bukan fungsi dari PLTN komersial.

Baca juga Benarkah Radiasi Nuklir Dapat Menyebabkan Kemandulan?

Referensi:

  1. Max Carbon. 2006. Nuclear Power, Villain or Victim? Our Most Misunderstood Source of Electricity, 2nd Edition. Madison: Pebble Beach Publisher.
  2. Bernard L. Cohen. 1990. The Nuclear Energy Option. Pittsburgh: Plenum Press.
  3. World Nuclear Association. Plutonium. (http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/fuel-recycling/plutonium.aspx). Diakses pada 14 April 2018.
  4. Equilibrium Xenon – Stationary Xenon Poisoning. (https://www.nuclear-power.net/nuclear-power/reactor-physics/reactor-operation/xenon-135/equilibrium-xenon-stationary-xenon-poisoning/). Diakses pada 14 April 2018.
Bagikan Artikel ini di: