1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Permasalahan

Semakin maraknya krisis energi yang disebabkan oleh menipisnya

cadangan minyak bumi, gas dan batubara di Indonesia,membuat kita harus segera

memikirkan solusi energi alternatif untuk menggantikan sumber energi dari fosil

ini. Diperkirakan cadangan minyak bumi Indonesia masih ada 9.1 miliar barel dan

minyak bumi ini hanya akan bertahan untuk 25 tahun ke depan. Sedangkan

cadangan batubara dan gas bumi Indonesia masih tersisa untuk sekitar 110 dan 68

tahun [7].

Tabel 1.1-1 Potensi energi nasional 2006

Energi Fosil Sumber Daya Cadangan

(Proven+Possible)

Produksi (per

Tahun)

RASIO CAD/

PROD (tanpa

eksplorasi

Tahun)

Minyak Bumi 86,9 miliar barel 9,1 miliar barel 365 juta barel 25

Gas Bumi 384,7 TSCF 187 TSCF 2,77 TSCF 68

Batubara 90,5 miliar ton 18,7 miliar ton 170 juta ton 110

Coal Bed

Methane

453 TSCF - - -

Disamping itu, penggunaan energi dari fosil ini telah menimbulkan

dampak efek rumah kaca, hujan asam dan pemanasan global (global warming) di

bumi ini. Berikut adalah gambar dari Greenland yang telah mencair setiap

tahunnya akibat pemanasan global. Akibat dari mencairnya es dikutub ini, maka

2

permukaan air laut akan naik dan akan menenggelamkan beberapa pulau yang

dangkal [6]. Diperkirakan tahun 2050, akan sering terjadi banjir dan akan

mengambil korban 100 juta jiwa jika tindakan pemakaian energi fosil ini

diminimalisir atau bahkan tidak digunakan lagi.

Gambar 1.1-1 Foto Greenland dari tahun ke tahun

Gambar 1.1-2 Kenaikan air laut pada tahun 2050

Oleh karena itu, untuk menanggulangi masalah tersebut kita membutuhkan

solusi energi alternatif untuk menggantikan bahan bakar fosil. Salah satu energi

3

alternatif itu adalah energi yang berasal dari energi nuklir.Energi nuklir adalah

energi yang berasal dari reaksi nuklir (reaksi fisi dan reaksi fusi) yang

berlangsung didalam reaktor dan memerlukan bahan bakar fissil 1maupun fertile2.

Berikut keuntungan dan kelemahan dari energi nuklir apabila kita bandingkan

dengan energi yang berasal dari fosil:

Keuntungan energi nuklir :

1. Tidak menimbulkan polusi/pencemaran udara seperti pelepasan CO2 ,CO,

SO2, hujan asam dan global warming.

2. Energi yang berasal dari energi nuklir menghasilkan bahan-bahan sisa

padat lebih sedikit.

3. Penyediaan bahan bakarnya memerlukan penambangan yang lebih sedikit.

4. Lebih ekonomis.

5. Pemilihan letak reaktor bisa direncanakan dengan baik.

Sebaliknya, kelemahan energi nuklir adalah:

1. Menghasilkan bahan sisa radioaktif yang berumur sangat panjang sehingga

harus disimpan dan diamankan untuk jangka waktu yang sangat lama.

2. Dapat melepaskan bahan-bahan radioaktif. Perlu ditambahkan bahwa

pelepasannya adalah sedemikian rendahnya sehingga tidak begitu berarti

apabila kita bandingkan dengan latar belakang radiasi yang sudah ada

dalam alam. Pelepasan bahan-bahan radioaktif dari suatu Pusat Listrik

Tenaga Batu-bara yang berasal dari radioaktivitas alam dalam batu bara

dapat melebihi pelepasan radioaktif dari Pusat Listrik Tenaga Nuklir.

1Bahan fissil adalah isotop-isotop yang dapat membelah atau melakukan fisi dengan neutron

thermal contohnya U233, U235, Pu239 2 Bahan fertile adalah isotop yang dapat menghasilkan bahan fissil meskipun isotop ini tidak bisa

tidak dapat melakukan fisi dengan neutron thermal, contohnya U238 dan Th 233

4

3. Dalam PLTN terdapat himpunan bahan-bahan radioaktif dalam jumlah

amat besar yang harus dikungkung dalam keadaan juga. Oleh karena itu,

segi-segi keselamatan yang bersangkutan dengan kemungkinan terjadinya

kecelakaan dapat lebih berat dibandingkan dengan PLT-Batubara

4. Untuk tingkat daya yang sama, panas buangan dari PLTN lebih besar

daripada PLT-Batubara karena efisiensi termik PLTN lebih rendah. Perlu

ditambahkan bahwa jenis-jenis reaktor yang sedang dikembangkan,

nantinya akan mempunyai efisiensi termik yang lebih tinggi dari PLT-

Batubara.

5. Modal yang diperlukan untuk pembangunan PLTN lebih besar dan waktu

pembangunannya lebih lama dibandingkan dengan PLT-Batubara

Tabel 1.1-2 Perbandingan sumber energi utama

Resources Energi Bahan Bakar per 1000 MWe

Per kg bahan bakar Plant per tahun

Fisi Nuklir 50.000 kWh 30 ton

Batu Bara 3 kWh 2.600.000 ton

Minyak Bumi 4 kWh 2.0000.000 ton

5

Gambar 1.1-3 Perbandingan jumlah gas efek rumah kaca yang dihasilkan oleh berbagai sumber

energi

Gambar 1.1-4 Perbandingan jumlah emisi yang dikeluarkan oleh berbagai sumber energi

6

Gambar 1.1-5 Potensi energi Nasional

Setelah melihat perbandingan diatas kita dapat melihat bahwa nuklir

memiliki dampak emisi rumah kaca paling kecil diantara sumber-sumber energi

lainnya [5]. Namun ketakutan atau bahkan phobia pada kecelakaan dan limbah

energi nuklir masih sangat menghantui masyarakat awam. Energi ini dianggap

membahayakan karena adanya faktor limbah radioaktif yang dihasilkan dari

reaksi nuklir dengan waktu paroh yang sangat panjang. Selain itu, ongkos modal

dalam pembiayaan pembangunannya sangat besar yang sulit dilakukan oleh

negara-negara berkembang.

Gambar 1.1-6 Peta PLTN didunia

7

Dari gambar 1.1.6 dapat kita lihat bahwa PLTN kebanyakan dikembangkan oleh

negara – negara Eropa, Amerika, Asia Selatan dan Asia Timur. Mereka telah

bergabung kedalam Generation IV International Forum (GIF). Saat ini, GIF telah

beranggotakan Afrika Selatan, Brazil, Canada, Korea Selatan, Amerika Serikat,

Perancis, Jepang, Switzerland, persatuan Eropa (melalui CEA– French Atomic

Energy Commission). GIF ini sedang giat dalam membangun reaktor nuklir

generasi IV. Reaktor nuklir generasi IV adalah reaktor yang dipandang sebagai

reaktor yang menghasilkan limbah dalam jumlah yang sedikit, tingkat

keselamatannya tinggi dan long live dimana reaktor ini waktu untuk pengisi ulang

bahan bakar dapat mencapai 60 tahun. Generation IV International Forum (GIF)

berlandaskan kepada delapan tujuan teknologi. Tujuan utamanya adalah untuk

meningkatkan keselamatan atau safety dalam mengoperasikan nuklir, meningkatkan

proliferation resistant3, menimimalisir limbah dan penggunaan sumber daya alam

dan untuk mengurangi biaya dalam pembangunan dan pengoperasian reaktor.

Ada 6 tipe reaktor yang termasuk kedalam ke prototipe generasi IV.

Reaktor generasi IV ini akan dimulai pada tahun 2015 keatas dan sekarang kita

hanya menemukan prototipenya saja. Berikut jenis- jenis reaktor generasi IV dan

waktu mulai dioperasikan.

3 Tingkat kesulitan suatu material untuk dapat dikonversi menjadi senjata

8

Tabel 1.1-3 Jenis-Jenis reaktor generasi IV

Reaktor Generasi IV Akronim

Gas Cooled Fast Reactor GFR

Lead-Cooled Fast Reactor LFR

Molten Salt Reactor MSR

Sodium- Cooled Fast Reactor SFR

Supercritical-Water Cooled Reactor SCWR

Very High Temperature Reactor VHTR

Tabel 1.1-4 Waktu pengoperasian reaktor generasi IV

Reaktor Generasi IV Waktu Pengoperasian

Gas Cooled Fast Reactor 2025

Lead-Cooled Fast Reactor 2025

Molten Salt Reactor 2025

Sodium- Cooled Fast Reactor 2015

Supercritical-Water Cooled Reactor 2025

Very High Temperature Reactor 2020

Gas Cooled Fast Reactor (GFR) termasuk kedalam jenis reaktor generasi

IV yang akan diimplementasikan pada tahun 2025. GFR adalah reaktor yang

terbaik dalam hal ketahanan karena GFR mempunyai siklus bahan bakar tertutup

dan GFR juga sangat bagus dalam manajemen aktinida. Selain itu, GFR yang

dioperasikan pada suhu 850˚C juga mendukung dalam produksi gas hidrogen.

Total budget project dari GCFR adalah 3,6 juta UERO (50, 4 miliar rupiah)

dengan kontribusi EC sebesar 2 juta UERO yang setara dengan 28 miliar rupiah.

9

Penelitian berjudul “Studi Desain Gas Cooled Fast Reactor yang

Berpendingin Helium dan Menggunakan Uranium Alam sebagai Bahan

Bakar” ini dibuat untuk menghasilkan reaktor yang memenuhi kriteria di atas.

Aspek yang akan kita kaji adalah aspek neutronik, ekonomi dan safety meskipun

belum seluruh aspek di atas dikaji secara rinci dalam penelitian ini.

1.2 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk merancang sebuah reaktor cepat generasi IV

tipe Gas Cooled Fast Reactor (GFR) berbahan bakar uranium alam yang memiliki

masa operasi 60 tahun. Dengan memburn-up uranium alam selama 60 tahun dan

membagi teras reaktor menjadi 6 region yang memiliki volume sama, dihasilkan

plutonium yang akan mencukupi untuk operasi reaktor selama 15 tahun. Dengan

demikian, pada waktu 15 tahun operasi berikutnya, reaktor dapat beroperasi

dengan memindahkan bahan bakar dari region pertama ke region kedua, region

kedua ke region ketiga, dan seterusnya, dan menambahkan uranium alam. Reaktor

ini juga memiliki nilai initial excess reactivity yang relatif kecil (<10%).

Selain tujuan penelitian di atas, penulisan tugas akhir ini juga bertujuan

untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Program Sarjana di Program Studi

Fisika ITB.

10

1.3 Batasan Masalah

Penelitian ini dilakukan pada jenis reaktor cepat GFR (Gas Cooled Fast

Reactor) dengan teras berbentuk silinder, berdaya tinggi 2400 MWth,

menggunakan bahan bakar uranium alam, Helium sebagai pendingin (coolant)

dan Stainless Steel 316 (SS316) sebagai bahan cladding. Analisis reaktor pada

penelitian ini akan difokuskan pada analisis neutronik dari teras reaktor.

1.4 Metode Penelitian

Perhitungan desain neutronik pada penelitian ini menggunakan kode

program SRAC yang dikembangkan oleh JAERI ((Japan Atomic Energy

Research Institute). Program SRAC dapat melakukan perhitungan sel bahan bakar

dan burn up teras pada desain reaktor GFR yang dirancang. Hasil dari perhitungan

SRAC akan diolah menjadi bentuk grafik dengan menggunakan software

Microsoft Excel. Data-data lain dari GFR didapatkan dari bahan ajar fisika reaktor,

jurnal-jurnal penelitan dan data-data internet.

1.5 Sistematika Penulisan

Laporan penelitian ini terdiri dari beberapa tahap pembahasan, di antaranya :

Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang dan tujuan penelitian yang

dilakukan, batasan masalah, metode penelitian dan sistematika penulisan.

Bab II Teori Dasar, membahas dasar-dasar teori yang mendukung

penelitian, khususnya tentang konsep dasar desain reaktor.

11

Bab III Desain Teras dan Metode Perhitungan, membahas spesifikasi dan

konfigurasi umum sel bahan bakar dan teras GFR yang akan dirancang.

Bab IV Perhitungan dan Analisis Desain Teras, merupakan pembahasan

hasil-hasil perancangan teras yang diperoleh.

Bab V Kesimpulan dan Saran, berisi kesimpulan dan saran dari laporan

penelitian ini.

Kelima bab di atas dilengkapi dengan Daftar Pustaka dan Lampiran.