Perkembangan Teknologi Reaktor Nuklir Maju, Bagian 1

Teknologi reaktor nuklir kontemporer menyumbangkan 11,5% bauran listrik dunia^[1] dan merupakan bauran energi bersih kedua terbesar setelah energi hidro^[2]. Rekam jejak keselamatan dan performa PLTN selama lebih dari 50 tahun operasinya sangat baik, tidak tertandingi oleh moda energi lain. Terbukti dari angka kematian per TWh energi yang paling rendah dibandingkan moda energi lain^[3], seperti yang ditunjukkan pada gambar 1. Tingkat keselamatan sangat baik tersebut tidak lepas dari standar keselamatan reaktor yang sangat tinggi.

Terlepas dari performa mengesankan tersebut, sebuah teknologi selalu menuntut penyempurnaan. Apalagi teknologi reaktor nuklir kontemporer masih memiliki beberapa kekurangan yang masih bisa diperbaiki.

Baca juga Mengenal Teknologi Reaktor Nuklir Kontemporer

Dikarenakan adanya kekurangan pada reaktor nuklir kontemporer (Generasi II dan III), maka pada tahun 2001 Generation IV Forum (GIF) memasukkan enam desain reaktor nuklir sebagai reaktor Generasi IV, atau sering disebut juga reaktor maju. Keenam desain tersebut berbeda cukup signifikan dengan generasi sebelumnya, masing-masing dengan kelebihan sendiri untuk menyempurnakan aspek-aspek pada reaktor nuklir saat ini, diantaranya aspek keselamatan, keamanan, pemanfaatan bahan bakar, limbah dan biaya.

Apa saja teknologi reaktor maju tersebut? Pada artikel ini akan dibahas tiga di antaranya.

1. Molten Salt Reactor (MSR)

MSR adalah desain reaktor nuklir yang menggunakan moderator grafit dan bahan bakar sekaligus pendingin berupa senyawa garam dalam bentuk cair^[4]. Desainnya berbeda dengan light water reactor (LWR) yang menggunakan bahan bakar padat dan moderator cair.

MSR sebenarnya merupakan konsep lama, diajukan oleh Oak Ridge National Laboratory sejak tahun 1960-an. Namun, risetnya terhenti karena politik Perang Dingin Amerika Serikat. Ketertarikan terhadap desain ini baru mencuat lagi pada awal abad 21. Hal ini dikarenakan MSR memiliki filosofi desain yang lebih maju daripada reaktor nuklir kontemporer.

Selengkapnya baca: Molten Salt Reactor – Teknologi Reaktor Nuklir Dengan Tingkat Keselamatan Tinggi.

1. Very High Temperature Reactor (VHTR)

VHTR merupakan reaktor nuklir yang menggunakan moderator grafit dan pendingin gas helium^[4]. Kombinasi moderator-pendingin ini mirip dengan advanced gas-cooled reactor (AGR). Namun, perbedaan VHTR dengan AGR dan reaktor nuklir kontemporer lainnya ada pada bentuk bahan bakarnya.

Bahan bakar VHTR tetap menggunakan material keramik UO₂, tetapi berbentuk tri-isotropic (TRISO). Bola-bola uranium berdiameter 0,9 mm dibungkus dalam tiga lapisan karbida. Partikel TRISO ini kemudian dapat dibungkus baik dalam bola-bola grafit (pebble bed) maupun blok prismatik^[4]. Penggunaan bahan bakar TRISO menjamin VHTR tidak bisa mengalami meltdown dan produk fisinya terkungkung rapat di dalam partikel[5]. Lapisan TRISO dan pebble bed mampu bertahan hingga suhu 1600^oC, jauh lebih tinggi daripada suhu operasinya. Dengan demikian, potensi pelepasan material radioaktif dapat diminimalisir hingga ke titik minimum.

Sesuai namanya, VHTR beroperasi dengan suhu tinggi, mampu mencapai 900-1000^oC. Efeknya, VHTR mampu meraih efisiensi termal tinggi (mencapai > 50%) dan dapat digunakan untuk memproduksi hidrogen melalui radiolisis suhu tinggi^[6]. VHTR dapat menggunakan bahan bakar uranium, plutonium maupun thorium.

Purwarupa VHTR dengan suhu operasi lebih rendah (700-800^oC) telah beroperasi di Tsinghua University. Reaktor Daya Eksperimental yang direncakan untuk dibangun BATAN merupakan tipe VHTR. Enam unit VHTR tengah dibangun di Cina dengan nama HTR-PM. Diperkirakan, pada medio 2020-an, VHTR sudah mampu beroperasi secara komersial^[4].

1. Supercritical Water Reactor (SCWR)

SCWR merupakan reaktor maju yang termasuk dalam kategori LWR. Reaktor ini menggunakan bahan bakar padat dan pendingin air ringan. Subtipe SCWR ada yang menggunakan air berat sebagai pendinginnya^[4].

Bedanya SCWR dengan LWR maupun CANDU adalah fasa pendinginnya. SCWR beroperasi dengan tekanan jauh lebih tinggi dari LWR, yakni mencapai 247 atm dengan suhu operasi 550^o C. Suhu dan tekanan setinggi ini berada di atas titik kritis termodinamik air, yakni 374^o C dan tekanan 217 atm. Artinya, pendingin SCWR berada pada kondisi superkritis^[4,6].

Apa maksud kondisi superkritis? Pada kondisi ini, air memiliki dua fasa, yakni cair dan gas sekaligus. Artinya, air berada dalam kondisi air dan uap air dalam waktu yang sama, serta memiliki sifat keduanya. Dampaknya, siklus uap SCWR menggunakan siklus uap langsung. Air superkritis dialirkan langsung ke turbin tanpa harus melalui steam generator^[6]. Karena suhu operasinya tinggi, SCWR memiliki efisiensi termal lebih tinggi dari LWR.

Sistem keselamatan SCWR relatif sama dengan LWR pada umumnya. Namun, selain keselamatan aktif, SCWR dapat dilengkapi keselamatan pasif berupa post-shutdown cooling system tanpa memerlukan daya eksternal, baik menggunakan cooling pond maupun menggunakan sirkulasi alami alih-alih sistem pompa tambahan.

Opsi bahan bakar SCWR fleksibel antara uranium dan plutonium, serta bisa digunakan dalam spektrum netron cepat maupun termal. Jepang, Kanada dan Eropa merancang desain SCWR. Purwarupa SCWR kemungkinan besar akan dibangun pada medio 2020-an^[4].

(Bersambung ke Bagian 2)

Referensi

1. World Nuclear Association. Nuclear Power in the World Today. Diperbarui Agustus 2017 (http://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today.aspx), diakses 17 Januari 2018
2. British Petroleum. 2017. BP Statistical Review of World Energy June 2017. London: BP.
3. Brian Wang. Deaths per TWh for all energy sources, dipublikasikan 14 Maret 2008. (https://www.nextbigfuture.com/2008/03/deaths-per-twh-for-all-energy-sources.html), diakses 8 Januari 2018.
4. World Nuclear Association. Generation IV Nuclear Reactors. Diperbarui Desember 2017. (http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/generation-iv-nuclear-reactors.aspx), diakses 17 Januari 2018
5. Robert Hargraves. 2012. Thorium Energy Cheaper Than Coal. Hanover: CreateSpace Independent Publishing Platform.
6. Andang Widi Harto, Kusnanto. 2013. Advanced Reactor Technology. Yogyakarta: Program Studi Teknik Nuklir Universitas Gadjah Mada.