Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil adalah pembangkit listrik yang membakar bahan bakar fosil seperti batubara, gas alam, atau minyak bumi untuk memproduksi listrik. Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil didesain untuk produksi terus menerus. Di banyak negara, pembangkit listrik jenis ini memproduksi sebagian besar energi listrik yang digunakan.

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil selalu memiliki mesin rotasi yang mengubah panas dari pembakaran menjadi energi mekanik yang lalu mengoperasikan generator listrik. Penggerak utamanya mungkin adalah uap, gas bertekanan tinggi, atau mesin siklus da

Hasil sampingan dari mesin pembakaran dalam harus dipertimbangkan dalam desain mesin dan operasinya. Panas yang terbuang karena efisiensi yang terbatas dari siklus energi, ketika tidak direcovery sebagai pemanas ruangan, akan dibuang ke atmosfer. Gas sisa hasil pembakaran dibuang ke atmosfer; mengandung karbon dioksida dan uap air, juga substansi lain seperti nitrogen, nitrogen dioksida, sulfur dioksida, dan abu ringan (khusus batu bara) dan mungkin merkuri. Abu padat dari pembakaran batu bara juga harus dibuang, meski saat ini abu padat sisa pembakaran batu bara dapat didaur ulang sebagai bahan bangunan.

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil adalah peyumbang utama gas rumah kaca dan berkontribusi besar terhadap pemanasan global. Batu bara menghasilkan gas rumah kaca sedikitnya tiga kali lebih banyak dari gas alam.

Konsep dasar

Pada pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil, energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar fosil (batu bara, gas alam, minyak bumi) dan oksigen dari udara dikonversikan menjadi energi termal, energi mekanis, lalu energi listrik untuk penggunaan berkelanjutan dan distribusi secara luas.

Konversi energi kimia menjadi panas

Pembakaran sempurna dari bahan bakar fosil menggunakan oksigen untuk menginisiasi pembakaran. ${\text{C}}_{x}{\text{H}}_{y}\,+\,\left(x+{\frac {y}{4}}\right){\text{O}}_{2}\,+\,3.76\left(x+{\frac {y}{4}}\right){\text{N}}_{2}\rightarrow \;{\textrm {Panas}}\;+\,x\,{\text{CO}}_{2}\,+\,\left({\frac {y}{2}}\right){\text{H}}_{2}{\text{O}}\,+\,3.76\left(x+{\frac {y}{4}}\right){\text{N}}_{2}$ , di mana koefisien stoikiometri x dan y bergantung pada tipe bahan bakar. Persamaan yang lebi simpel lagi adalah:

${\textrm {BahanBakar}}+{\textrm {Oksigen}}\rightarrow \;{\textrm {Panas}}+{\textrm {KarbonDioksida}}+{\textrm {Air}}$ ,
Sisa pembakaran seperti nitrogen dan sulfur dioksida, datang dari bahan bakar yang tidak murni karena terdapat campuran yang tidak diharapkan (pengotor) dari bahan bakar tersebut.

Konversi panas menjadi energi mekanis

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa setiap siklus tertutup hanya bisa mengkonversi sebagian panas yang diproduksi menjadi kerja. Sisa panas harus dipindahkan ke reservoir yang lebih dingin, menjadi panas yang terbuang. Sebagian panas yang terbuang adalah sama atau lebih besar dari rasio temperatur mutlak reservoir dingin dan reservoir panas. Meningkatkan temperatur reservoir panas dapat meningkatkan efisiensi mesin. panas yang terbuang tidak dapat dimanfaatkan menjadi energi mekanis. Namun dapat dimanfaatkan untuk menghangatkan bangunan, memproduksi air panas, atau memanaskan material dalam skala industri.

Efek lingkungan

Pembakaran batu bara dapat memicu hujan asam dan polusi udara, dan telah dihubungkan dengan pemanasan global karena komposisi kimia dari batu bara dan sulitnya memindahkan pengotor dari bahan bakar padat ini untuk pembakaran. Hujan asam disebabkan oleh emisi nitrogen oksida dan sulfur dioksida ke udara. Emisi tersebut bereaksi dengan uap air di atmosfer, menciptakan bahan asam (asam sulfur, asam nitrit) yang jatuh sebagai hujan.

Karbon dioksida

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil bertanggung jawab penuh terhadap sebagian besar dari emisi karbon dioksida di seluruh dunia, dan 41% dari seluruh emisi karbon dioksida yang dihasilkan oleh manusia. Karbon dioksida diproduksi secara alami oleh alam emlalui letusan gunung berapi, pemecahan biologis, atau respirasi organisme hidup. Karbon dioksida diserap oleh tanaman melalui fotosintesis atau perairan, misanya lautan. Peningkatan kadar karbon dioksida di atmosfer memicu perubahan iklim termasuk pemanasan global.

Partikulat

Masalah lainnya dari pembakaran bahan bakar fosil adalah emisi partikulat yang menjadi ancaman serius bagi kesehatan. Pembangkit listrik bahan bakar fosil memindahkan partikulat dari gas sisa hasil pembakaran dengan baghouse filter atau electrostatic precipitator. Materi partikulat terdiri yang utama adalah abu ringan, namun ada juga sulfat dan nitrat. Abu ringan mengandung bahan yang tidak dapat terbakar yang tersisa setelah pembakaran. Ukuran partikulat bervariasi dari yang berukuran lebih besar dari 2,5 mikrometer hingga yang berukuran lebih kecil dari 0.1 mikrometer. Semakin kecil ukuran, semakin sulit dihilangkan. Terdapat beberapa metode untuk menghilangkan emisi partikulat agar tidak mencemari atmosfer:

Baghouse filter, yang mengumpulkan partikel abu
Electrostatic precipitator, yang menggunakan tegangan tinggi untuk menghasilkan medan listrik untuk menangkap partikel abu
cyclone collector, menggunakan prinsip sentrifugasi untuk menangkap partikel

Alternatif bahan bakar fosil

Alternatif bahan bakar fosil meliputi energi nuklir, energi surya, dan energi terbarukan lainnya.

Referensi

National Research Council (U.S.). Physics Survey Committee, National Academy of Sciences (U.S.). Committee on Science and Public Policy. 1972. Physics in perspective. National Academy Science
Everett Bowman Woodruff, Herbert B. Lammers, Thomas F. Lammers. 2004. Steam plant operation. McGraw-Hill

Pranala luar

Diagram pembangkit listrik tenaga batu bara