Pilihan Mesin Jet Ramah Lingkungan, Pakai Plasma atau Listrik?

Mesin Jet Non Fosil: Harapan Masa Depan Penerbangan Ramah Lingkungan

Penemuan teknologi baru sering kali mampu mengubah cara hidup dan kemajuan manusia. Salah satu kreativitas yang mengklaim sebagai penemuan baru tersebut adalah mesin jet yang mampu mengubah listrik langsung menjadi dorongan tanpa menggunakan bahan bakar fosil. 

Teknologi ini masih berusaha dikembangkan oleh Jua Tang, seorang profesor dari Universitas Wuhan, China, yang berhasil menciptakan prototipe mesin jet yang mengandalkan plasma sebagai tenaga penggeraknya. 

Wuhan ternyata adalah tempat yang subur dengan kreativitas dan pusat riset, termasuk riset Corona yang sempat disangka bocor dan mengorbankan banyak saudara kita. Mahalnya riset dan penemuan yang bisa ramah lingkungan tetapi juga bisa membinasakan kita semua.

 Dalam ide tentang "Penemuan" ini diduga berpotensi merevolusi transportasi udara dan luar angkasa serta menjadi solusi bagi masalah emisi karbon yang menyebabkan perubahan iklim, atau menurut penemunya adalah termasuk save our planet.

Menjawab Masalah Ketergantungan pada Bahan Bakar Fosil

Ketergantungan kita terhadap bahan bakar fosil untuk transportasi, terutama pesawat terbang, telah memberikan dampak besar terhadap lingkungan. Pembakaran bahan bakar fosil merupakan penyumbang terbesar emisi gas rumah kaca yang mempercepat pemanasan global. Oleh karena itu, para ilmuwan di seluruh dunia berupaya keras menemukan energi alternatif yang lebih berkelanjutan.

Sebagai ilustrasi umum, bahwa untuk menentukan jumlah bahan bakar fosil yang dibakar per penumpang dalam penerbangan dan berapa banyak pohon yang perlu ditanam untuk mengimbangi emisi tersebut, kita perlu mempertimbangkan beberapa faktor penting, seperti rata-rata penggunaan bahan bakar per penumpang, hasil emisi CO, dan jumlah rata-rata CO yang dapat diserap oleh pohon setiap tahun. Perhitungannya adalah sebagai berikut.

1. Rata-rata Penggunaan Bahan Bakar Fosil dan Emisi CO per Penumpang

Rata-rata, pesawat membakar sekitar 2,5 liter bahan bakar jet per 100 kilometer per penumpang, meskipun jumlah ini bervariasi tergantung model pesawat, efisiensi, jarak penerbangan, dan jumlah penumpang. Berikut adalah estimasi untuk penerbangan jarak jauh:

• Untuk penerbangan 10 jam (8.000 km), setiap penumpang akan menggunakan sekitar: 8.000 km(2,5 L / 100 km)=200 liter bahan bakar per penumpang8.000 \text{ km} \times \frac{2,5 \text{ L}}{100 \text{ km}} = 200 \text{ liter bahan bakar per penumpang}8.000 km100 km2,5 L=200 liter bahan bakar per penumpang

Karena 1 liter bahan bakar jet menghasilkan sekitar 2,5 kg CO, emisi CO per penumpang untuk penerbangan seperti ini adalah:

200 L2,5 kg CO/L=500 kg CO per penumpang

2. Tingkat Penyerapan CO oleh Pohon

Rata-rata, pohon dewasa menyerap sekitar 22 kg CO per tahun (walaupun berkisar 10--48 kg, tergantung jenis pohon dan kecepatan tumbuhnya).

Jadi, untuk mengimbangi 500 kg CO yang dihasilkan satu orang dalam satu penerbangan jarak jauh, jumlah pohon yang dibutuhkan adalah:

500 kg CO2 / 22 kg CO/pohon per tahun23 pohon

Ringkasan: Untuk setiap penumpang dalam penerbangan 10 jam, diperlukan 23 pohon yang ditanam agar dapat menyerap emisi CO yang dihasilkan dalam waktu satu tahun. Namun, karena pertumbuhan pohon dan tingkat penyerapan CO bervariasi berdasarkan usia dan jenisnya, menanam lebih banyak pohon akan ideal untuk mengimbangi variasi tersebut.

Menurut Jua Tang, motivasi di balik pengembangan mesin jet listrik ini adalah untuk mengurangi emisi karbon dari pembakaran bahan bakar fosil di sektor transportasi. Dalam wawancaranya, Tang menjelaskan bahwa inovasi ini merupakan langkah awal dalam menciptakan teknologi transportasi ramah lingkungan, khususnya untuk pesawat terbang yang selama ini sangat bergantung pada bahan bakar fosil.

Cara Kerja Mesin Jet Berbasis Plasma

Mesin jet listrik buatan Tang ini menggunakan plasma, yaitu bentuk keempat dari materi setelah padat, cair, dan gas. Plasma dapat ditemukan di alam, seperti pada permukaan matahari atau kilat, namun juga bisa diciptakan oleh manusia. Dalam mesin jet ini, plasma dihasilkan melalui proses ionisasi udara yang dimampatkan dengan bantuan gelombang mikro.

Tang berhasil menciptakan plasma jet yang cukup kuat hanya dengan menggunakan udara dan listrik. Udara dimampatkan ke dalam tabung kuarsa berdiameter kecil, kemudian dialirkan ke ruang ionisasi yang disinari dengan gelombang mikro hingga berubah menjadi plasma. 

Plasma tersebut kemudian menghasilkan dorongan yang cukup kuat untuk mengangkat bola baja seberat satu kilogram, suatu pencapaian yang menakjubkan untuk prototipe mesin jet listrik.

Berbeda dengan upaya sebelumnya yang menggunakan gas xenon sebagai sumber plasma---seperti yang dilakukan NASA pada misi pesawat ruang angkasa Dawn---mesin Tang ini hanya mengandalkan udara dan listrik, sehingga bisa lebih efektif digunakan di dalam atmosfer bumi.

Potensi Penggunaan dalam Transportasi Masa Depan

Tang dan timnya percaya bahwa jika prototipe ini berhasil ditingkatkan, teknologi ini berpotensi menggantikan mesin jet konvensional pada pesawat. Mereka telah membuktikan bahwa mesin jet berbasis plasma ini memiliki tekanan dorong yang setara dengan mesin jet berbahan bakar fosil, tetapi tanpa emisi karbon. Dengan demikian, mesin jet listrik ini bisa menjadi solusi transportasi udara yang lebih ramah lingkungan.

Meski demikian, teknologi ini masih dalam tahap pengembangan awal. Saat ini, prototipe mesin jet ini mampu menghasilkan tekanan jet sebesar 2400 newton per meter persegi, yang sebanding dengan tekanan jet pada mesin pesawat komersial. 

Namun, untuk dapat mengoperasikan pesawat jumbo besar, mesin ini memerlukan sumber gelombang mikro berdaya megawatt, kompresor bertekanan tinggi, dan sistem penyimpanan listrik berkapasitas sangat besar, yang diperkirakan membutuhkan waktu pengembangan sekitar sepuluh tahun.

Tantangan yang Harus Dihadapi

Meski menjanjikan, pengembangan mesin jet berbasis plasma ini menghadapi beberapa tantangan besar. Pertama adalah masalah skala dan bobot, khususnya untuk pesawat berukuran besar. Baterai yang dibutuhkan untuk menjalankan mesin ini saat ini masih terlalu berat dan memakan banyak ruang, sehingga perlu inovasi dalam teknologi baterai agar lebih ringan dan efisien.

Selain itu, tim Tang juga perlu melakukan penelitian lebih lanjut untuk menangani dampak suhu tinggi yang dihasilkan plasma terhadap komponen mesin, serta bagaimana meningkatkan stabilitas dorongan agar aman digunakan dalam penerbangan komersial.

Dampak dan Harapan Masa Depan

Meski belum siap diterapkan secara komersial, pencapaian Jua Tang dan timnya ini telah menjadi perhatian global. Banyak ilmuwan yang mengikuti perkembangan mesin jet berbasis plasma ini karena potensinya sebagai alternatif mesin jet berbahan bakar fosil. Jika teknologi ini berhasil dikembangkan lebih lanjut, kemungkinan besar akan muncul era baru dalam dunia penerbangan yang lebih bersih dan hemat energi.

Dengan harapan besar terhadap kemajuan mesin jet listrik ini, Tang mengungkapkan optimisme bahwa penelitian mereka dapat menjadi pijakan untuk teknologi transportasi udara tanpa emisi karbon. Di masa depan, mesin jet berbasis plasma ini mungkin tidak hanya terbatas pada pesawat penumpang, tetapi juga pada pesawat luar angkasa, yang memungkinkan eksplorasi antariksa yang lebih ramah lingkungan dan efisien.

Kesimpulan

Penemuan mesin jet listrik berbasis plasma oleh Jua Tang membawa angin segar dalam upaya mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, terutama dalam industri penerbangan yang merupakan salah satu penyumbang emisi terbesar. Meskipun teknologi ini masih dalam tahap awal, pencapaian ini memberikan harapan bahwa transportasi masa depan dapat lebih ramah lingkungan dan mendukung upaya pelestarian planet.

Mengganti mesin turbin jet dengan motor listrik adalah konsep yang menarik dalam dunia penerbangan, terutama untuk mengurangi emisi karbon dan ketergantungan pada bahan bakar fosil. Berikut adalah penjelasan konsep, tantangan, serta prospek ke depan dari penerapan motor listrik sebagai pengganti mesin turbin jet di pesawat terbang.

1. Konsep Dasar Motor Listrik pada Pesawat

Motor listrik pada pesawat berfungsi sebagai penggerak utama yang menggerakkan baling-baling atau kipas turbofan, yang menghasilkan daya dorong dengan menyedot dan mengalirkan udara ke belakang. Berbeda dengan mesin turbin jet konvensional yang menghasilkan daya dorong melalui pembakaran bahan bakar, motor listrik mendapatkan daya dari baterai atau sumber listrik lainnya untuk menggerakkan kipas atau baling-baling yang menghasilkan gaya dorong.

Langkah-Langkah Implementasi:

• Penggerak Listrik (Electric Propulsion): Motor listrik menggunakan energi dari baterai atau sel bahan bakar untuk menggerakkan baling-baling atau kipas yang menghasilkan gaya dorong.
• 
  
• Distribusi Tenaga Listrik: Pesawat menggunakan sistem distribusi listrik yang terhubung ke beberapa motor untuk membagi beban daya dorong. Ini memungkinkan pengaturan tenaga yang lebih fleksibel dibandingkan dengan mesin jet tradisional.
• 
  
• Baterai atau Sumber Daya Energi Alternatif: Baterai lithium-ion atau sumber energi lain, seperti sel bahan bakar hidrogen, dipasang pada pesawat untuk menyuplai energi listrik yang diperlukan untuk menjalankan motor listrik.

2. Keuntungan Motor Listrik sebagai Pengganti Mesin Turbin Jet

• Ramah Lingkungan: Motor listrik tidak menghasilkan emisi gas buang selama operasinya, sehingga mengurangi jejak karbon yang signifikan.
• Efisiensi Energi yang Lebih Tinggi: Motor listrik biasanya lebih efisien daripada mesin turbin jet karena energi listrik langsung dikonversi menjadi gerakan tanpa proses pembakaran.
• Perawatan Lebih Rendah: Mesin turbin jet memiliki komponen bergerak yang kompleks, sedangkan motor listrik cenderung lebih sederhana dengan lebih sedikit komponen bergerak, sehingga lebih hemat biaya perawatan.

3. Tantangan Teknologi Motor Listrik untuk Pesawat

Meskipun motor listrik menawarkan potensi yang besar, ada beberapa hambatan teknologi yang harus diatasi untuk membuatnya layak sebagai pengganti mesin turbin jet dalam skala besar, terutama untuk penerbangan komersial jarak jauh.

• Kepadatan Energi Baterai: Baterai yang ada saat ini memiliki kepadatan energi yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan bahan bakar jet. Ini berarti pesawat membutuhkan banyak baterai untuk mendapatkan tenaga yang setara dengan mesin turbin jet, yang pada akhirnya menambah bobot pesawat secara signifikan dan membatasi jangkauan penerbangan.
• 
  
• Pengisian Daya dan Waktu Penerbangan: Proses pengisian daya baterai besar membutuhkan waktu yang lama dan infrastruktur pengisian daya yang kuat, yang saat ini masih terbatas dalam sektor penerbangan.
• 
  
• Manajemen Berat dan Muatan Pesawat: Baterai berkapasitas besar menambah berat pesawat, sehingga mengurangi kapasitas muatan atau penumpang yang dapat diangkut. Hal ini membuat motor listrik lebih cocok untuk pesawat kecil atau penerbangan jarak pendek.
• 
  
• Sistem Pendinginan: Motor listrik pada skala besar memerlukan sistem pendinginan untuk mencegah overheating saat beroperasi dalam waktu lama. Pendinginan untuk sistem ini bisa menjadi tantangan, terutama karena pesawat memerlukan desain yang ringan.

4. Implementasi dan Aplikasi yang Sudah Ada

Beberapa perusahaan dan institusi sudah mulai mengembangkan dan menguji pesawat bertenaga listrik dalam berbagai ukuran, dengan fokus utama pada penerbangan regional atau jarak pendek. Contohnya:

• Eviation Alice: Pesawat komersial bertenaga listrik ini memiliki kapasitas 9 penumpang dan diharapkan mampu terbang hingga 815 km, cocok untuk penerbangan jarak pendek.
• Airbus E-Fan X: Airbus mengembangkan proyek hibrida listrik untuk pesawat regional dengan kapasitas yang lebih besar, menggabungkan motor listrik dengan turbin jet konvensional untuk memberikan tenaga yang cukup sambil mengurangi emisi.

5. Prospek Masa Depan dan Teknologi Pendukung

Masa depan motor listrik sebagai pengganti mesin turbin jet sangat tergantung pada terobosan di bidang penyimpanan energi. Kemajuan dalam teknologi baterai atau penggunaan sumber energi alternatif seperti sel bahan bakar hidrogen akan menentukan seberapa layak konsep ini dalam skala komersial.

• Teknologi Baterai Solid-State: Baterai ini menjanjikan kepadatan energi yang lebih tinggi dengan berat yang lebih ringan daripada baterai lithium-ion saat ini, yang berpotensi meningkatkan jangkauan dan kapasitas pesawat listrik.
• 
  
• Sel Bahan Bakar Hidrogen: Hidrogen sebagai sumber energi menawarkan solusi emisi nol, serta kepadatan energi yang lebih tinggi dibandingkan baterai konvensional, yang menjadikannya alternatif untuk penerbangan jarak menengah hingga jauh.
• 
  
• Hybrid-Electric Propulsion: Sistem propulsi hibrida dapat memanfaatkan keunggulan motor listrik dan mesin jet konvensional secara bersamaan, di mana motor listrik digunakan untuk manuver di ketinggian rendah dan mesin turbin untuk daya penuh saat diperlukan.

6. Kesimpulan

Motor listrik memiliki potensi yang besar untuk menggantikan mesin turbin jet dalam penerbangan, terutama untuk pesawat regional dan penerbangan jarak pendek. Namun, adopsi teknologi ini untuk penerbangan jarak jauh atau pesawat besar masih membutuhkan penelitian lebih lanjut, terutama dalam pengembangan baterai dan sumber energi alternatif. Sementara itu, kombinasi antara sistem propulsi hibrida dan listrik dapat menjadi langkah transisi yang praktis menuju penerbangan yang lebih ramah lingkungan dan hemat energi di masa depan.

Jika upaya pengembangan ini berhasil, maka kita mungkin menyaksikan perubahan besar dalam industri transportasi udara dan antariksa yang tidak hanya efisien, tetapi juga berkelanjutan dan minim dampak lingkungan.

Berikut ini adalah perbandingan kelayakan penggunaan mesin jet berbasis plasma dan mesin bertenaga listrik untuk pesawat terbang, baik dari segi teknologi saat ini maupun potensi di masa depan:

1. Mesin Bertenaga Listrik untuk Pesawat Terbang

Mesin bertenaga listrik memanfaatkan daya dari baterai untuk menggerakkan baling-baling atau turbofan, yang menghasilkan daya dorong. Pendekatan ini lebih sederhana dari segi teknik karena mengandalkan teknologi propulsi listrik yang sudah ada, seperti yang digunakan pada mobil dan kendaraan darat lainnya. Namun, kelayakan mesin listrik dalam penerbangan saat ini terbatas oleh teknologi baterai.

Kelebihan:

• Emisi nol: Mesin listrik sepenuhnya bebas emisi jika listriknya berasal dari sumber energi terbarukan.

• Konsep terbukti: Propulsi listrik sudah banyak digunakan pada kendaraan darat dan semakin sering diterapkan pada pesawat kecil, seperti drone dan pesawat jarak pendek.

• Perawatan lebih rendah: Motor listrik memiliki lebih sedikit komponen yang bergerak dibandingkan mesin jet konvensional, sehingga berpotensi menurunkan biaya perawatan.

Tantangan:

• Kepadatan energi baterai: Baterai lithium-ion saat ini memiliki kepadatan energi yang jauh lebih rendah dibanding bahan bakar fosil. Misalnya, bahan bakar jet memiliki kepadatan energi sekitar 43 kali lipat dari baterai lithium-ion terbaik, yang berarti pesawat listrik membutuhkan baterai berat, yang membatasi jangkauan dan muatan.

• Batasan jangkauan dan muatan: Propulsi listrik layak untuk pesawat ringan jarak pendek, tetapi saat ini tidak praktis untuk penerbangan jarak jauh komersial karena keterbatasan berat dan penyimpanan energi.

• Infrastruktur dan waktu pengisian daya: Pengembangan penerbangan listrik berskala besar memerlukan jaringan infrastruktur pengisian cepat, dan waktu pengisian untuk baterai besar bisa memakan waktu lama.

Kelayakan: Seiring dengan perkembangan teknologi baterai, mesin listrik kemungkinan akan layak untuk penerbangan regional dan jarak pendek. Namun, untuk penerbangan jarak jauh dengan kapasitas besar, mesin listrik tetap kurang layak tanpa terobosan besar dalam teknologi penyimpanan energi.

2. Mesin Jet Berbasis Plasma

Mesin jet berbasis plasma menghasilkan daya dorong dengan mengionisasi udara atau gas lain untuk menciptakan plasma, yang kemudian dikeluarkan dengan kecepatan tinggi untuk menghasilkan dorongan. Propulsi berbasis plasma sudah digunakan pada pesawat ruang angkasa untuk manuver, namun umumnya kurang bertenaga untuk melawan hambatan atmosfer Bumi pada skala yang sesuai untuk pesawat besar.

Kelebihan:

• Tanpa bahan bakar fosil: Mesin plasma dapat menggunakan tenaga listrik sehingga tidak memerlukan bahan bakar jet.

• Potensi kecepatan tinggi: Mesin plasma berpotensi mencapai kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan jet konvensional karena plasma dapat dipercepat lebih cepat dari gas buangan konvensional.

• Kesesuaian untuk perjalanan ruang angkasa: Mesin berbasis plasma ideal untuk vakum ruang angkasa, karena tidak memerlukan oksigen untuk menghasilkan daya dorong.

Tantangan:

• Kebutuhan energi tinggi: Mesin plasma memerlukan banyak energi untuk mengionisasi gas dan mempertahankan plasma. Ini bisa memerlukan sumber daya canggih seperti reaktor nuklir atau generator listrik berdaya megawatt, yang saat ini belum layak untuk pesawat terbang.

• Persyaratan pendinginan: Proses menciptakan dan mengeluarkan plasma menghasilkan panas yang ekstrem, sehingga diperlukan mekanisme pendinginan yang kuat dan ringan.

• Dorongan terbatas untuk pesawat besar: Desain mesin jet plasma saat ini belum menyediakan daya dorong yang cukup untuk mengangkat pesawat besar dalam atmosfer Bumi.

Kelayakan: Mesin jet plasma menjanjikan untuk perjalanan ruang angkasa, di mana mesin ini bisa beroperasi secara efisien tanpa hambatan atmosfer. Namun, untuk penerbangan komersial di dalam atmosfer Bumi, mesin ini masih kurang praktis karena keterbatasan dalam pembangkitan daya dan pendinginan.

Perbandingan Kelayakan dan Prospek Masa Depan

• Jangka pendek (10--20 tahun): Mesin listrik kemungkinan akan menjadi layak untuk penerbangan jarak pendek dan regional dengan muatan rendah hingga menengah. Saat ini sudah diuji pada pesawat kecil, sehingga dengan peningkatan teknologi baterai, mesin listrik dapat diadopsi secara luas.

• Jangka panjang (20+ tahun): Mesin jet plasma mungkin akan layak untuk penerbangan udara berkecepatan sangat tinggi atau perjalanan ruang angkasa jika terdapat kemajuan dalam sumber daya dan teknologi material yang memungkinkan pengaturan berat dan pelepasan panas. Untuk penerbangan komersial di atmosfer Bumi, mesin ini tidak mungkin menggantikan mesin jet konvensional tanpa terobosan teknologi besar.

Kesimpulan

Dalam jangka pendek hingga menengah, mesin bertenaga listrik lebih layak untuk penerbangan dibandingkan mesin jet berbasis plasma, terutama untuk penerbangan jarak pendek. Namun, untuk aplikasi jarak jauh atau kecepatan tinggi, baik mesin listrik maupun plasma menghadapi hambatan teknologi besar yang harus diatasi agar bisa menjadi alternatif yang praktis bagi mesin jet berbasis bahan bakar fosil.