Pemanfaatan Ulang Energi Termal: Kontrol Iklim Rumah, Tempat Parkir, dan Komputasi

Pasar penyimpanan energi termal global dapat mencapai US$8 billion pada tahun 2030 dari ukuran US$4.4 billion pada tahun 2022, dengan Tingkat Pertumbuhan Tahunan Majemuk (CAGR) sekitar 7.7%. Permintaan penyimpanan yang meningkat menunjukkan penggunaan energi termal yang terus tumbuh secara konsisten. 

Tapi apa sebenarnya energi termal, dan bagaimana kita menyimpannya? Kami akan menyelami lebih dalam pada segmen berikutnya untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini dan melihat bagaimana energi termal menciptakan paradigma penggunaan energi yang efisien untuk kebutuhan dunia modern kita. 

Sejarah Singkat Energi Termal

Sejarah pengenalan energi termal dan potensinya berawal sejak tahun 1847. Penghargaan diberikan kepada fisikawan dan matematikawan Inggris yang dihormati secara global, James Prescott Joule. 

Secara sederhana, Joule menemukan hubungan antara panas dan energi mekanik yang akhirnya menghasilkan hukum kekekalan energi, yang juga dikenal sebagai hukum pertama termodinamika. Hukum tersebut menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. 

Bagaimana ilmuwan Joule mencapai kesimpulan revolusioner ini adalah melalui sebuah eksperimen menarik yang dapat membantu kita memahami sifat apa yang kini kita kenal sebagai energi termal. 

Dalam eksperimennya, Joule mengukur jumlah kerja yang harus dilakukan motor listrik untuk menaikkan suhu sejumlah volume air sebesar satu derajat. Ia juga mengukur peningkatan suhu air ketika mengalir melalui silinder berlubang dan panas yang dihasilkan saat mengompresi gas. 

Selama penelitiannya, ia menemukan bahwa jumlah energi mekanik yang diterapkan pada fluida selalu sama dengan energi panas yang dihasilkan, menunjukkan bahwa pemanfaatan ulang energi dari satu bentuk ke bentuk lain dimungkinkan. 

Secara lebih luas, eksperimen tersebut memberikan banyak wawasan tentang alam semesta dan sistem energinya. Ia menunjukkan, yang paling penting, bahwa total energi di alam semesta tetap konstan, dengan satu bentuk energi beralih menjadi bentuk lain. 

Penemuan Joule melahirkan aliran studi lengkap yang dikenal sebagai termodinamika. Kami telah melihat hukum pertama paradigma tersebut. Ada tiga hukum lagi. Keempat hukum dasar ini menetapkan kontur termodinamika yang berhubungan dengan panas, kerja, dan suhu serta bagaimana interdinamika mereka memengaruhi konsep energi, radiasi, dan sifat fisik materi. 

Penting untuk memahami termodinamika jika ingin sepenuhnya memahami potensi energi termal dan cara-cara yang dapat membantu proses kita. Pada intinya, termodinamika menjelaskan bagaimana energi termal beralih ke bentuk lain dan sebaliknya. Energi termal berasal dari panas termal yang dihasilkan oleh gerakan partikel dalam suatu objek. Semakin cepat gerakan, semakin besar panas yang dihasilkan. 

Klik di sini untuk daftar sepuluh saham energi terbarukan terbaik.

Ilmu di Balik Generasi Energi Termal: Konduksi, Konveksi, Radiasi

Partikel atau molekul yang bergerak menghasilkan panas. Namun ada setidaknya tiga cara di mana gerakan ini dapat menghasilkan panas. 

Dalam proses konduksi, panas dihasilkan dari gerakan partikel penyusun tanpa tubuh bergerak. Contoh nyata generasi panas melalui konduksi adalah peningkatan suhu pada sendok stainless steel ketika diletakkan di dalam panci masak selama beberapa waktu sementara panci masih dipanaskan dari bawah. 

Proses konveksi adalah ketika transfer energi terjadi antara permukaan padat dan cairan atau gas yang bergerak. Memanaskan air dengan menaruhnya di dalam wajan dan langsung menerapkan panas ke wajan merupakan contoh proses konveksi transfer energi. 

Akhirnya, dalam proses radiasi, untuk pertukaran panas atau energi termal, dua benda atau zat tidak perlu bersentuhan satu sama lain. Contoh tipikal proses ini adalah mencairkan es dengan menempatkan lampu pijar di dekatnya. Meskipun lampu dan es tidak pernah menyentuh, es tersebut mencair. 

Meskipun metode di balik generasi energi termal ini tidak terlihat oleh mata manusia dan hanya dapat dipahami dengan melihat manifestasi eksternal atau fisiknya, contoh-contoh energi termal sering mudah dikenali saat kita berinteraksi dengan banyak di antaranya. 

Misalnya, radiasi matahari memanaskan atmosfer kita, dan kita merasakan panas sebagai akibatnya. Demikian pula, ada juga energi panas bumi, yang merupakan panas intens yang terus mengalir keluar dari dalam bumi. Peluruhan unsur radioaktif yang terdapat dalam batuan merupakan generator utama jenis panas ini. Kemudian ada permukaan air laut, yang memiliki potensi penyimpanan energi termal yang besar karena langsung terpapar sinar matahari untuk waktu yang lama. Sel juga bahan bakar membantu memanfaatkan energi yang dihasilkan dari energi termal. 

Pemanfaatan Ulang Energi Termal: Upaya di Seluruh Dunia

Secara prinsip, energi beralih dari satu bentuk ke bentuk lain. Pemanfaatan ulang energi, oleh karena itu, sejalan dengan prinsip ilmu alam kita. Ini merupakan cara efisien untuk memanfaatkan potensi sejati energi dengan melampaui aplikasi langsungnya. Kami akan melihat beberapa contoh pemanfaatan ulang energi termal. 

Energi Termal yang Dihasilkan di Tempat Parkir Bawah Tanah untuk Menghangatkan Air Tanah

Sebuah tim peneliti dari Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), Karlsruhe Institute of Technology, dan University of Basel melakukan studi mendalam pada 31 tempat parkir bawah tanah di kota-kota di Jerman, Austria, dan Swiss.

Di enam lokasi tersebut, mereka juga mengukur suhu air tanah di sekitarnya. Dari profil panas yang mereka susun, mereka menyimpulkan bahwa tempat parkir bawah tanah secara konsisten menghangatkan air tanah sepanjang tahun. Penting untuk dicatat bahwa panas ini terutama berasal dari mesin mobil yang diparkir.

Maximilian Noethen, seorang geoscientist MLU, menjelaskan, “Tempat parkir bawah tanah publik berkontribusi lebih pada pemanasan air tanah dibandingkan yang privat, karena biasanya lebih dalam dan mobil diparkir lebih singkat.”

Para peneliti juga menyoroti potensi pemanfaatan ulang energi termal ini. Misalnya, output energi tahunan dari tempat parkir bawah tanah Berlin, hampir 0,65 petajoule, secara teoritis dapat memasok panas untuk sekitar 14.660 rumah tangga.

Pemanfaatan Ulang Panas Perangkat Elektronik

Studi ini berasal dari fisikawan yang bekerja di Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) dan Central South University di China. Studi tersebut mengusulkan kelayakan penggunaan panas yang dihasilkan dalam perangkat teknis untuk komputasi. Yang diperlukan hanyalah menggabungkan bahan-bahan tertentu. 

Perangkat elektronik memanas karena arus listrik yang mengalir melaluinya. Panas ini terdisipasi dan hilang dalam proses tersebut. Menurut Dr Jamal Berakdar, seorang profesor Fisika di MLU, “Selama beberapa dekade, orang telah mencari cara untuk menggunakan kembali energi yang hilang ini dalam elektronik.” 

Metode baru untuk memanfaatkan ulang panas ini mengusulkan penggunaan strip magnetik non-konduktif alih-alih sirkuit elektronik konvensional bersama dengan spacer logam biasa. “Teknologi kami dapat berkontribusi pada penghematan energi dalam teknologi informasi dengan memanfaatkan panas surplus secara baik,” jelas Berakdar. 

Baterai Garam untuk Menyimpan Panas

Bagian penelitian ini merupakan perkembangan terbaru karena penulis tesis, peneliti PhD Universitas Radboud Lian Blijlevens, akan mempertahankan penelitiannya tentang kegunaan garam untuk penyimpanan panas. Garam yang dimaksud bukanlah jenis garam dapur biasa melainkan tipe seperti strontium klorida.

Inti studi Blijlevens adalah baterai garam, yang dirancang untuk menyimpan hidrasi garam dan garam yang mengandung air dalam bentuk kristal. Mengisi ulang baterai ini melibatkan pemanasan garam, yang mengeluarkan air dari kristal. 

“Ketika Anda membutuhkan panas, Anda menambahkan uap air ke kristal, dan panas kembali dilepaskan,” kesimpulan Blijlevens. 

Dengan makalah penelitian ini yang menunjukkan atmosfer inovasi yang berkembang di bidang ini, beberapa solusi membantu memanfaatkan ulang energi termal pada skala perusahaan. Kami membahas beberapa penyedia solusi semacam itu pada segmen berikut. 

Penyedia Solusi Pemanfaatan Ulang Energi: Skala Perusahaan

#1. Calefa

Calefa adalah penyedia solusi turnkey berbasis Finlandia untuk daur ulang panas. Penawarannya mencakup pabrik pompa panas AmbiHeat modular. Ia memanfaatkan sumber energi ambient dan sistem retrofit untuk mendaur ulang panas limbah. Karena kami menyebutkan pompa panas sebagai solusi, akan relevan untuk menjelaskan secara singkat mengapa mereka dianggap sebagai pilihan utama untuk kontrol iklim rumah. 

Pompa panas adalah perangkat kontrol iklim multifungsi yang memindahkan panas dari satu lokasi ke lokasi lain. Ia tidak menghasilkan panas, hanya memindahkannya, terbukti menjadi pilihan hemat energi untuk menghangatkan atau mendinginkan rumah. Pada musim dingin, pompa ini mengambil panas dari luar dan memindahkannya ke dalam. Pada musim panas, proses sebaliknya terjadi. 

Menurut data yang dipublikasikan oleh organisasi, Calefa, dalam sepuluh tahun terakhir, telah menyediakan hampir 200 sistem energi yang memanfaatkan panas limbah atau energi ambient. Ini telah membantu menghemat lebih dari US$34 juta dalam istilah moneter, hampir 650,000 MWh energi, dan lebih dari 142 juta kilogram karbon dioksida dalam pengurangan emisi. 

#2. Heata

Heata, sebuah startup inovatif berbasis Inggris, menciptakan ide penggunaan panas yang dihasilkan oleh komputer untuk menyediakan air panas gratis. Startup ini dimulai sebagai proyek inovasi dengan British Gas, untuk membantu orang yang hidup dalam kekurangan bahan bakar atau kemiskinan energi. 

Mereka meneliti ruang blockchain dan mengetahui tentang besarnya energi yang digunakan penambang Bitcoin serta volume panas limbah yang dihasilkan dalam proses tersebut. Untuk memanfaatkan ulang panas ini, tim Heata merendam penambang Bitminer dalam minyak mineral dan menghubungkannya ke radiator untuk menguji kelayakan ide mereka. 

Setelah mereka menemukan ide tersebut dapat dijalankan, mereka memasang silinder air panas di mana permintaan cukup konstan sepanjang tahun. Mereka juga beralih dari penambangan Bitcoin ke komputasi umum untuk mendukung upaya dekarbonisasi di industri ini. 

Didirikan pada tahun 2017 dan berkantor pusat di Godalming, Surrey, United Kingdom, Heata memberdayakan perusahaan untuk mengurangi jejak karbon mereka dan menghemat keluarga hingga £450 per tahun pada tagihan energi mereka. Startup ini menutup pendanaan benih sebesar 1 juta pound pada Oktober tahun ini. 

Pemanfaatan Ulang Panas Pusat Data

World Economic Forum telah mencatat perusahaan teknologi yang memanfaatkan pusat data mereka – tempat server berada – untuk memanaskan rumah dan mengurangi karbon dioksida. Beberapa inisiatif memfasilitasi proses ini, dan menurut International Data Corporation, pasar pemanasan pusat data dapat bernilai US$2,5 miliar pada tahun 2025. 

Stockholm Data Parks adalah salah satu inisiatif di Swedia yang membantu menghangatkan rumah dengan memanfaatkan panas limbah yang dihasilkan oleh pusat data Stockholm. Dengan ambisi besar, inisiatif ini berencana memenuhi 10% dari seluruh kebutuhan pemanasan Stockholm dengan cara ini pada tahun 2035. Menyuarakan potensi ini pada skala lebih besar, think tank Energy Innovation mencatat bahwa pusat data terbesar dapat menghasilkan lebih dari 100 megawatt energi, cukup untuk memberi daya pada 80.000 rumah. 

Switch Datacenters adalah perusahaan berbasis Belanda lainnya yang telah mengurangi ketergantungannya pada gas alam, menggantikan unit generator gas dengan pemanasan pusat data. Menurut CEO perusahaan, dimungkinkan untuk mengirimkan hingga 97% panas server ke rumah dan kantor melalui sistem ini. 

Masa Depan: Raksasa Teknologi Global Microsoft Mengambil Langkah

Microsoft (MSFT ) telah bermitra dengan Fortum, perusahaan Finlandia, untuk memanaskan ribuan rumah di Helsinki, dan seiring kolaborasi ini membuahkan hasil, Fortum memperkirakan solusinya dapat membantu memanaskan 40% rumah di Helsinki. 

Meningkatkan komitmen mereka terhadap keberlanjutan, Microsoft kini memutuskan untuk menyalakan dua pusat data barunya di Helsinki dengan energi terbarukan, keputusan yang diproyeksikan mengurangi emisi karbon dioksida tahunan sebesar 400.000 ton. 

Namun, inisiatif lingkungan ini hanyalah satu aspek dari pengaruh global Microsoft. Perusahaan yang terkenal di seluruh dunia ini melaporkan US$211 miliar pendapatan pada tahun fiskal 2023 dan pendapatan operasional lebih dari US$88 miliar. Keterlibatan Microsoft dalam upaya pemanfaatan ulang energi termal tidak hanya menyoroti komitmen keberlanjutannya tetapi juga memberikan visibilitas dan adaptabilitas signifikan bagi upaya tersebut. 

Sekarang, kembali ke hukum pertama termodinamika lagi. Energi paling baik dimanfaatkan ketika upaya diarahkan untuk mengalihkannya dari satu bentuk ke bentuk lain. Pemanfaatan ulang energi termal adalah langkah efisien menuju hal itu. Tidak ada alasan mengapa hal ini tidak akan melihat pertumbuhan signifikan dalam adopsi dalam beberapa tahun mendatang. 

dari satu bentuk ke bentuk lain. Memanfaatkan ulang energi termal adalah langkah efisien menuju hal itu. Tidak ada alasan mengapa hal ini tidak akan melihat pertumbuhan signifikan dalam adopsi dalam beberapa tahun mendatang.