Campuran Energi Masa Depan Kita

Meramalkan Sistem Energi

Sangat sedikit topik yang sekompleks dan sepenting campuran energi masa depan peradaban kita. Tergantung pada siapa yang Anda tanya, ketergantungan pada bahan bakar fosil tampaknya tidak dapat dihilangkan, atau energi terbarukan akan mengambil alih dengan kecepatan luar biasa. Realitasnya tentu kompleks, dan sangat sulit memprediksi masa depan energi.

Artikel tahun 2023 ini meninjau keadaan saat itu, beberapa kemungkinan skenario, serta perubahan ekonomi dan teknologi yang dapat membuat satu skenario lebih mungkin daripada yang lain.

Di Mana Kita Berada

Jika ada pola dalam peningkatan penggunaan energi kita sejauh ini, pola itu adalah bahwa sumber energi baru cenderung ditambahkan ke dalam campuran energi kita, bukan menggantikan yang sebelumnya.

Dunia masih memakai biomassa dalam jumlah besar, terutama kayu, serta lebih banyak energi daripada pada abad ke-19. Konsumsi batu bara secara absolut juga meningkat dalam jangka panjang. Minyak, gas, tenaga air, nuklir, dan sumber terbarukan lain sebagian besar hadir sebagai tambahan. Pola ini tidak berarti penggantian sumber energi tidak pernah terjadi di negara atau periode tertentu.

Sumber: OurWorldInData

Hal ini mungkin mengejutkan, mengingat seberapa besar kemajuan yang tampaknya telah dicapai energi terbarukan dalam produksi listrik kita. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor:

• China, pemimpin dalam kapasitas baru energi terbarukan dan transisi ke kendaraan listrik, juga merupakan pemimpin dalam pembangunan pembangkit listrik batu bara.
• Listrik hanya salah satu bagian dari penggunaan energi. Transportasi, pemanasan, dan industri juga memakai bahan bakar secara langsung, termasuk dalam produksi baja, pupuk, plastik, obat, dan bahan kimia lain. Energi primer dan listrik yang akhirnya dipakai konsumen merupakan ukuran yang berbeda.
• Pertumbuhan populasi dan miliaran orang yang keluar dari kemiskinan ekstrem menyebabkan peningkatan konsumsi energi, dengan opsi termurah yang sering kali adalah batu bara. Selain itu, peningkatan konsumsi daging, pendingin ruangan, mobil, perjalanan pesawat, dll.
• Globalisasi ekonomi, yang menyebabkan transportasi barang jauh lebih banyak, termasuk pergerakan bolak‑balik bahan mentah, komponen setengah jadi, dan barang jadi.
• Industrialisasi pertanian, meningkatkan hasil panen dan mengurangi kebutuhan tenaga kerja, tetapi juga meningkatkan konsumsi bahan bakar fosil dan pupuk.

Bagi siapa pun yang peduli dengan perubahan iklim dan emisi karbon, hal ini dapat menimbulkan pandangan yang suram, dengan bahan bakar fosil tetap mengakar kuat dalam campuran energi global kita. Namun ini bukan keseluruhan gambaran.

Perubahan yang Berkelanjutan

Mobil listrik sudah dipasarkan secara komersial pada 2016. Penjualannya kemudian tumbuh pesat: menurut IEA, lebih dari sepuluh juta mobil listrik terjual pada 2022, sekitar 14% penjualan mobil baru dunia. Angka tersebut mencakup mobil listrik baterai dan hibrida plug-in. China dan Eropa memimpin perkembangannya.

Sumber: IEA

Pangsa pasar energi terbarukan (hidro + surya + angin + panas bumi) juga tumbuh dengan cepat. Dan meskipun beberapa negara telah berada di puncak daftar ini sejak lama, berkat sumber daya pembangkit listrik tenaga air yang melimpah (seperti Norwegia, Brasil, atau Kanada), energi surya + angin sebenarnya menjadi pusat perubahan.

Sumber: Our World In Data

Grafik negara-negara tersebut menunjukkan kenaikan nyata mulai sekitar 2010 dan berlanjut pada tahun-tahun berikutnya. Di China dan Australia, pertumbuhan terutama ditopang tenaga surya dan angin. Ini bukan berarti pangsanya berlipat ganda hanya dalam tahun 2010.

Sumber: OurWorldInData

Sumber: OurWorldInData

Inovasi teknologi dan peningkatan skala produksi menurunkan biaya dan membuat energi terbarukan makin kompetitif. Banyak proyek listrik terbarukan baru lebih murah daripada alternatif fosil, sebagaimana ditunjukkan data IRENA (International Renewable Energy Agency) yang dibahas pada 2023. Perbandingan ini menyangkut biaya pembangkitan, bukan otomatis seluruh biaya sistem kelistrikan.

Sumber: IRENA

Tantangan-Tantangan

Dalam beberapa tahun terakhir, situasi aneh mulai muncul. Penurunan biaya energi terbarukan yang cepat telah meyakinkan cukup banyak orang bahwa bahan bakar fosil akan segera menghilang seperti burung dodo.

Sumber: Twitter/X

Krisis energi terkait perang di Ukraina menambah tekanan harga dan pasokan. Jerman memakai kapasitas batu bara tambahan untuk sementara guna mengurangi ketergantungan pada gas Rusia. Ini bukan pembatalan menyeluruh terhadap transisi energinya.

Inflasi, biaya pendanaan, dan masalah rantai pasok menekan profitabilitas proyek energi terbarukan pada 2023. Proyek angin lepas pantai besar dibatalkan dan saham perusahaan surya serta angin turun. Pembahasan lebih lanjut tersedia dalam artikel ”Kemerosotan Energi Terbarukan pada 2023”.

Jadwal transisi mobil listrik juga tertekan oleh penundaan atau perubahan proyek dan kerja sama pada produsen seperti GM, Ford, dan Honda. Ini tidak berarti seluruh strategi mobil listrik mereka dibatalkan atau pertumbuhan penjualan global berakhir.

Produksi angin dan surya yang berubah-ubah

Produksi angin dan surya bergantung pada cuaca dan tidak selalu bertepatan dengan permintaan. Jaringan harus terus menyeimbangkan produksi dan konsumsi. Penyimpanan merupakan salah satu alat, bersama interkoneksi, pengelolaan permintaan, dan pembangkit yang dapat diatur.

Sebagian teknologi penyimpanan, seperti pembangkit hidro pompa, sudah lama digunakan. Solusi penyimpanan jangka panjang lain saat itu belum banyak diterapkan. Tanpa fleksibilitas memadai, surplus dan kekurangan dapat muncul pada waktu berbeda, bergantung pada iklim, bauran energi, dan jaringan setempat.

Masalah ini dapat diatasi, tetapi memerlukan kebijakan terkoordinasi dan investasi jaringan yang lebih besar.

Perbandingan biaya sistem energi perlu memasukkan penyimpanan, perluasan jaringan, dan biaya integrasi lain. Komponen ini terutama penting ketika pangsa produksi angin dan surya yang berubah-ubah sudah besar. Keunggulan biaya terhadap sistem fosil bergantung pada kondisi setempat, bukan hanya biaya pembangkitan.

Keterbatasan baterai

Kekhawatiran tentang adopsi EV yang tetap pada jalurnya disebabkan oleh keterbatasan teknologi serupa. Sementara para adopter awal bersedia menanggung biaya awal yang lebih tinggi, jangkauan yang lebih pendek, atau waktu pengisian yang lebih lambat dibandingkan kendaraan ICE (Internal Combustion Engine), pembeli lain mungkin tidak begitu. Kekurangan litium yang meningkatkan harga logam putih juga menimbulkan kekhawatiran.

Baterai natrium-ion dan baterai berelektrolit padat merupakan contoh teknologi yang dikembangkan. Bergantung pada desainnya, teknologi tersebut dapat memperbaiki biaya, jarak tempuh, pengisian, atau keselamatan. Namun, teknologi baru tidak otomatis menghapus seluruh kekhawatiran mengenai jarak tempuh dan kebakaran.

Penggunaan energi yang sulit dialihkan dari bahan bakar fosil

Sebagian penggunaan energi sulit dilepaskan dari bahan bakar fosil. Misalnya, pelayaran jarak jauh membutuhkan bahan bakar praktis dengan kerapatan energi yang memadai. Penerbangan juga memerlukan kerapatan energi tinggi, terutama pada rute panjang ketika baterai saat itu terlalu berat. Banyak plastik memakai minyak sebagai bahan baku, pupuk nitrogen sering memakai gas alam, dan baja konvensional dari tanur tinggi memakai batu bara kokas.

Di sini juga ada solusi, tetapi masih berupa teknologi yang belum matang dan jauh dari penerapan global.

Teknologi yang dapat mengubah sistem energi

Perubahan teknologi yang lebih mungkin

Berbagai solusi sudah tersedia untuk membantu memulai kembali pertumbuhan energi terbarukan dan teknologi rendah karbon.

Inovasi Nuklir

Masih kontroversial, energi nuklir tetap merupakan teknologi rendah karbon yang mungkin diperlukan untuk menjembatani kesenjangan menuju masa depan yang didorong oleh energi terbarukan.

Reaktor modular kecil atau SMR pada 2023 juga menghadapi kemunduran akibat kenaikan biaya proyek. Sementara itu, desain baru dikembangkan, termasuk SMR dan mikroreaktor, serta siklus bahan bakar yang memakai torium. Pada 2023, China memiliki 24 reaktor dalam pembangunan, dan muncul laporan rencana jangka panjang hingga 150 reaktor. Keselamatan dan kelayakan perlu dinilai untuk setiap desain dan proyek.

Energi Terbarukan yang Lebih Baik

Tenaga surya dapat memperoleh manfaat dari bahan dan metode produksi baru, seperti sel film tipis berbahan silikon amorf serta sel baru berbahan organik atau perovskit. Silikon amorf bukan kategori bahan yang sama dengan alternatif baru tersebut.

Penyimpanan baterai skala jaringan dapat membantu sistem. Proyeksi EIA pada Desember 2022 berlaku untuk Amerika Serikat: dari perkiraan daya sekitar 9,2 GW pada akhir 2022 menjadi 30 GW pada akhir 2025, lebih dari tiga kali lipat. Itu proyeksi berdasarkan rencana proyek, bukan hasil pertumbuhan global yang telah tercapai.

Sumber: EIA

Baterai berelektrolit padat

Baterai berelektrolit padat berpotensi memberikan peningkatan penting. Pada 2023, rentang 2026–2029 dibahas untuk berbagai pengembang, bukan tanggal peluncuran bersama yang pasti. Artikel menyebut QuantumScape (QS ) (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS), dan Samsung SDI (006400.KS). Toyota saat itu menargetkan, misalnya, 2027–2028. Tesla (TSLA ) (TSLA) dibahas dalam publikasi tertaut karena pendekatan peningkatan baterai yang berbeda; tautan itu sendiri tidak membuktikan produk komersial berelektrolit padat.

Perubahan teknologi yang lebih spekulatif

Teknologi lain saat itu belum matang, tetapi dapat memiliki potensi besar dalam jangka panjang. Kontribusinya pada bauran energi 2040–2050 masih tidak pasti.

Reaktor pembiak dan daur ulang bahan bakar nuklir

Reaktor pembiak dapat menghasilkan bahan bakar fisil baru dari bahan fertil. Penjelasan tertaut mengenai reaktor pembiak membahas prinsip ini. Sebagian reaktor cepat, dengan pemrosesan ulang, juga dapat memakai kembali aktinida dalam bahan bakar bekas. Ini dapat meningkatkan pemanfaatan sumber daya dan mengurangi sebagian aliran limbah, tetapi bukan menghilangkan seluruh limbah atau membuat bahan bakar tak terbatas. Prancis memiliki pengalaman melalui Superphénix, yang ditutup pada 1997. Selain politik, tantangannya mencakup teknik, biaya, pemrosesan ulang, dan pengelolaan limbah.

Surya Berbasis Luar Angkasa

Tenaga surya dari orbit dapat mengurangi pengaruh awan dan sebagian variasi siang-malam atau musim. Namun, semua masalah tidak langsung terpecahkan: orbit, gerhana, konstruksi, biaya, dan pengiriman energi yang aman ke Bumi tetap perlu ditangani. Starlink menunjukkan bahwa jaringan satelit besar dapat dibangun, tetapi tidak membuktikan kelayakan ekonomi pengiriman energi dari antariksa.

Topik ini dibahas lebih lanjut dalam artikel ”Dari Fiksi Ilmiah ke Orbit: Apakah Panel Surya di Antariksa Ide yang Baik?”.

Panas Bumi

Panas bumi dapat memasok panas dan listrik secara terus-menerus di lokasi yang sesuai. Contoh perusahaan di bidang ini adalah Vulcan Energy (VUL.AX), Ormat Technologies (ORA ) (ORA), dan Eavor. Industri ini memakai keahlian pengeboran yang juga dikembangkan sektor minyak dan gas, tetapi tidak semua perusahaan memakai fracking. Eavor, misalnya, memakai sirkuit tertutup. (Kami membahas Ormat dalam artikel ini dan Vulcan dalam artikel lain.)

Bahan Bakar Sintetis

Daya yang dihasilkan dari energi terbarukan (atau bahkan nuklir) dapat digunakan untuk mensintesis bahan bakar gas atau cair. Ini termasuk hidrogen, amonia, syngas, atau bahan bakar sintetis.

Alternatif biologis mencakup mikroalga untuk menghasilkan bahan bakar hayati, yang dibahas dalam ”Bahan Bakar Hayati Alga: Revolusi Energi Berikutnya?”, serta proses biologis yang menghasilkan biogas dan biometana dari limbah organik.

Bahan bakar ini kemudian dapat digunakan pada pesawat, kapal, dan aplikasi lain yang memerlukan bahan bakar sangat padat atau suhu pembakaran sangat tinggi (seperti pembuatan baja).

Fusi

Energi fusi bertujuan menciptakan energi dengan menyatukan unsur ringan seperti hidrogen, meniru proses yang memberi tenaga pada Matahari. Dengan suhu yang berkisar antara jutaan hingga ratusan juta derajat, ini merupakan tantangan teknologi yang sangat besar.

Reaksi fusi dapat menghasilkan energi tanpa emisi CO₂ dari pembakaran. Namun, limbah radioaktif tetap dapat timbul saat neutron mengaktifkan material struktur, dan tritium bersifat radioaktif. Fusi deuterium-tritium memakai isotop hidrogen tertentu; produksi tritium dari litium merupakan tantangan penting. Hidrogen biasa bukan bahan bakar siap pakai yang tak terbatas.

Salah satu proyek riset penting adalah ITER. Selain itu, banyak perusahaan rintisan mengembangkan fusi, termasuk Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TAE Technologies, ZAP Energy, dan NEO Fusion (yang didanai antara lain oleh produsen mobil listrik China, Nio). ITER merupakan fasilitas riset, bukan pembangkit listrik komersial.

Kemungkinan bauran energi masa depan

Meskipun menjanjikan dalam jangka panjang, kami akan sebagian besar meninjau kemungkinan campuran energi tanpa “pengubah permainan spekulatif” yang dibahas di atas, sambil melihat horizon tahun 2040.

Energy Information Administration atau EIA Amerika Serikat menerbitkan skenario acuan dan enam alternatif dalam International Energy Outlook 2023. Asumsinya mencakup pertumbuhan ekonomi, harga bahan bakar, dan biaya teknologi. Alur berikut merupakan pengelompokan artikel ini, bukan nama resmi skenario EIA.

Dalam banyak skenario EIA, konsumsi energi terus tumbuh dan bahan bakar fosil masih memiliki pangsa besar pada 2050. Hasilnya bergantung pada asumsi dan kebijakan yang berlaku saat itu; ini proyeksi bersyarat, bukan ramalan pasti.

Sumber: EIA

Melanjutkan arah yang ada

Ini adalah skenario yang suram bagi siapa pun yang memperhatikan perubahan iklim. Skenario ini mengasumsikan bahwa batu bara, gas, dan minyak akan tetap menjadi kekuatan dominan dalam sistem energi kita selama dua dekade ke depan, menghasilkan sebagian besar energi kita.

Tambahan penggunaan batu bara sementara di Jerman selama krisis energi menunjukkan ketegangan antara keamanan pasokan dan sasaran iklim. Hal ini bukan kembalinya seluruh sistem energi ke sumber fosil semata.

Jalur teknologi tinggi

Opsi lain adalah masyarakat kita mengadopsi perubahan teknologi dalam bidang energi. Ini mencakup energi terbarukan, tetapi juga nuklir secara masif, baik konvensional maupun tipe lebih kecil sekaligus.

Dalam skenario ini, pembangkitan listrik fosil kalah bersaing dari alternatif yang lebih baik atau dibatasi dan dilarang melalui peraturan.

Ini juga merupakan skenario di mana EV terus diadopsi dengan cepat, kemungkinan berkat teknologi baterai baru.

Dalam skenario ini, nuklir menyediakan produksi rendah karbon yang dapat diatur, termasuk pada musim dingin. Surplus listrik terbarukan dapat dipakai untuk membuat bahan bakar yang membantu mengurangi emisi penerbangan, pelayaran, dan industri berat. Hal ini memerlukan proses sesuai dan listrik yang cukup murah.

Jalur konsumsi lebih rendah

Mengingat kebutuhan energi dunia berkembang, termasuk tidak hanya China tetapi juga Amerika Selatan, Afrika, India, dan Indonesia, skenario ini tampaknya tidak terlalu mungkin.

Entah bagaimana, skenario ini akan melibatkan “memilih” de‑growth sejati, dan kemungkinan rata‑rata penurunan standar hidup, terutama dengan berkurangnya perjalanan dan perdagangan internasional. Pertanian terde‑industrialisasi sampai tingkat tertentu, aktivitas industri menurun, dan ekonomi secara keseluruhan menjadi jauh lebih lokal.

Skenario semacam ini paling mungkin terjadi bersamaan dengan ketegangan internasional yang masif, perang, atau depresi global, yang menjelaskan penurunan mendadak dalam aktivitas ekonomi, karena pilihan sukarela untuk memproduksi lebih sedikit tampaknya tidak realistis baik di negara demokratis maupun otoriter.

Skenario penyesuaian bertahap

Ini adalah skenario di mana segala sesuatunya terjadi sekaligus. Bahan bakar fosil sedikit menurun, tetapi tidak sepenuhnya dihapus. Batu bara secara umum sedang ditinggalkan, tetapi minyak dan gas tidak begitu. Beberapa negara bertaruh pada nuklir, yang lain pada energi terbarukan, dan sebagian lagi tetap pada business as usual.

Elektrifikasi dan pengurangan emisi berlangsung lebih lambat daripada yang diharapkan. Emisi CO₂ tetap di atas jalur neto nol yang dikaji IPCC untuk membatasi pemanasan.

Skenario ini menyerupai sebagian proyeksi EIA di atas. Kelak, penangkapan karbon dapat mengurangi emisi baru, sedangkan penghilangan CO₂ dari atmosfer dapat membantu menangani sebagian emisi masa lalu.

Skenario terobosan

Terobosan dalam pembangkitan energi tercipta, memungkinkan energi melimpah, dan solusi dapat segera diterapkan di seluruh dunia.

Salah satu contohnya adalah penurunan tajam biaya infrastruktur tenaga surya di orbit akibat persaingan SpaceX (SPCX ) dengan perusahaan China. Yang menurun adalah biaya, bukan jumlah infrastrukturnya.

Contoh lain adalah terobosan ilmiah besar di ITER. Permulaan sekitar 2025–2026 yang disebut artikel 2023 merupakan bagian dari jadwal lama, bukan awal produksi listrik komersial. Jadwalnya kemudian berubah, sehingga tanggal lama itu bukan lagi sasaran permulaan saat ini.

Atau desain revolusioner baru dalam teknologi surya dan baterai.

Perubahan semacam ini pada dasarnya hampir tidak dapat diprediksi atau diukur. Namun mereka tidak boleh sepenuhnya diabaikan.