Sel surya : Tidak sekedar soal efisiensi belaka

Publik sempat dibuat deg-degan dengan ramalan suku Indian Maya akan datangnya kiamat di tahun 2012. Seakan-akan ingin turut meramaikan atau meminjam momen, beberapa tahun sebelum 2012, toko buku dibanjiri dengan pelbagai tulisan yang mengupas kemungkinan kiamat tersebut, lengkap dengan asumsi, teori, bumbu dan spekulasi. 2012 bahkan dijadikan judul film sci-fi yang menampilkan skenario (sang sutradara dan penulis naskah) bagaimana detail kiamat nantinya. Salah satu produsen deodoran khusus pria bahkan berani mengiklankan produk terbarunya dengan embel-embel „last edition“, seakan-akan sebelum detik-detik kiamat datang, semua orang ingin tubuhnya wangi.
Kiamat yang diperhitungkan oleh Indian Maya jatuh pada tanggal 21 Desember 2012 tersebut ternyata „bernasib“ sama dengan hitung-hitungan kiamat versi orang lain; tidak terjadi. Planet bumi tetap utuh, meski di dalamnya, konflik selalu menghiasi setiap jengkal tanah di atasnya; kiamat kecil menurut agama.
Namun kiamat memang nyaris terjadi. Bahkan tanda-tandanya sudah berlangsung sejak akhir 2011. Dan memasuki 2012, bencana benar-benar muncul. Kiamat 2012 yang saya maksud itu ialah bencana kebangkrutan kolektif industri/perusahaan sel surya di negara-negara berpengaruh. Mulai dari Jerman sebagai produsen dan pasar sel surya dunia, merembet hingga AS, Spanyol, Swiss bahkan hingga China sekalipun. Apa pasal? Ternyata salah satunya soal „perang harga“ sel surya.
AS dan Eropa saat ini tengah dibanjiri produk sel surya made in China yang harganya miring, sebagaimana ciri khas produk China lainnya. Entah bagaimana caranya, China dapat menekan harga jual sel surya secara signifikan di bawah harga produksi sel surya perusahaan-perusahaan AS dan Eropa. Jelas hal ini memaksa perusahaan AS dan Eropa untuk menjual produk mereka pada kisaran harga yang sama, yang berarti pada harga di bawah harga produksi. Jelas efeknya fatal. Beberapa produsen sel surya Eropa ramai-ramai mendaftarkan perlindungan kebangkrutan. Yang beruntung mendapat investor baru. Beberapa di antaranya ialah Q-Cell, produsen terkemuka asal Jerman yang memproduksi sel surya CdTe, yang tergadaikan ke Hanwa Solar asal Korea Selatan, dan Solibro yang beralih tangah ke China. Lainnya? Kolaps. Solar Valley di Jerman yang pada rentang waktu 2007-2011 merupakan denyut utama industri sel surya dunia, saat ini tidak lagi gemerlap, seakan-akan ingin turut „berpartisipasi” dalam krisis ekonomi Eropa di tahun 2011-2012.
Baik AS maupun Eropa sama sama menuduh China melakukan praktek dumping, yakni menjual produk di bawah harga sebenarnya. Dan investigasi dugaan dumping ini tengah berjalan ketika saya menulis artikel ini. Bisnis sel surya untungnya masih cukup seksi. Meski menghadapi „kiamat“ 2012, industri sel surya tetap berharap dapat kembali pulih tahun 2013 ini, dan kembali melaju dengan bantuan beberapa program intensif yang dikucurkan pemerintah-pemerintah Eropa.
Mengapa masih berharap pada sel surya?
Karena tidak banyak pilihan lain. Sel surya (dan energi angin) ialah tulang punggung energi terbaharukan Eropa di masa datang. Terlebih pasca bencana yang menimpa PLTN Fukushima, yang membuat publik kembali ngeri dengan skenario terburuk yang terjadi pada sebuah PLTN. Kampanye publik Jerman di seantero negeri untuk berkata „Nein für Atomkraft“ sedikit banyak berhasil memaksa Kanselir Angela Merkel –pemegang gelar doktor fisika nuklir- memutuskan untuk menutup seluruh PLTN di Jerman secara bertahap hingga 2023. Apa lagi sumber energi pasca 2023 selain sel surya dan energi angin yang secara efektif bisa dimanfaatkan? Bagaimana mencari pengganti untuk pasokan listrik sekian TerraWatt dalam waktu 10 tahun dari sekarang selain mengoptimalkan dua teknologi di mana Eropa cukup matang di dalamnya; sel surya dan energi angin? Kelak Eropa akan terbagi dua; daerah utara akan padat dengan baling-baling angin dan daerah tengah dan selatan akan didekorasi dengan sel surya. Bila masih tidak cukup, laut Utara bisa disulap menjadi ladang pembangkit tenaga angin, sedangkan gurun pasir di negara-negara sub-Sahara di Afrika utara akan disewa sebagai ladang pembangkit tenaga surya, menghasilkan Super Network yang memasok energi untuk Eropa. It is serious, no joke.
Mau tidak mau, penelitian di bidang energi terbaharukan harus tetap berjalan meski adanya fase kiamat di 2012, bahkan kecenderungan saat ini justru saya rasakan meningkat. Selain dimotivasi oleh persoalan pasokan energi, Eropa juga bertekad pada tahun 2020 dapat mengurangi kadar emisi CO2 sebesar 20% dari kadar CO2 tahun 1990 melalui Vision 2020-nya. Lagi-lagi, energi terbaharukan semisal sel surya dan energi angin dinilai cukup dapat diandalkan untuk mengurangi emisi karbon. Dan visi 2020 ini sudah dijabarkan dalam bentuk riset-riset yang mengkaji teknologi mana saja yang dapat mensuport visi tersebut.
Sekarang coba kita bayangkan di tahun 2023, saat di mana jumlah PLTN berkurang signifikan dan pasokan listrik dari energi terbaharukan harus tetap dapat menyokong aktifitas. Sumber energi terbaharukan nantinya harus dapat memenuhi permintaan listrik dalam skala Terra Watt (1 Terra Watt = 1 juta Mega Watt atau 1 Trilyun Watt). Jerman sendiri memiliki proyek ambisius untuk membangun fasilitas pasokan listrik dari sel surya sebesar 200 Giga Watt (200 Milyar Watt) hingga tahun 2050. Jika PLTU Muara Karang di Jakarta berkapasitas 500 Mega Watt, maka untuk mencapai 200 Giga Watt di tahun 2050, maka kira-kira perlu dibangun 20 PLTU Muara Karang per tahunnya hingga tahun 2050!
Oke-lah jika finansial bukan merupakan problem. Namun bagaimana dengan teknologi pembangkit energi-nya sendiri? Bisakah produksi sel surya digenjot sedemikian rupa hingga memenuhi ekspekasi tersebut? Pertanyaan yang lebih ngilmiah ialah; apa yang membatasi produksi sel surya di saat pasokan listrik dalam skala Terra Watt sangat dibutuhkan? Pertanyaan ini saya kira juga berlaku universal untuk teknologi tenaga angin, plus teknologi baterei yang dibutuhkan untuk menyimpan listrik saat pasokan listriknya berlebih.
Dari sudut pandang saya yang berlatar belakang ilmu material, yang berpotensi membatasi produksi sel surya dan teknologi energi lainnya tidak lain ialah jumlah pasokan material itu sendiri. Dan hal ini terrefleksi dari berapa banyak jumlah cadangan material tersebut di kulit bumi serta berapa jumlah produksi material ini per tahunnya. Berapa jumlah sel surya yang diproduksi akan sangat bergantung pada ketersediaan dan keberlangsungan pasokan bahan bakunya di pasaran sekaligus pada cadangannya di alam.
Ambil kasus sel surya. Saat ini 90% sel surya dibuat dari bahan silikon. Dan untungnya, silikon ialah elemen yang terbanyak kedua di kulit bumi setelah oksigen. Sehingga jika produksi silikon untuk aplikasi sel surya ini digenjot, sel surya silikon secara teori mampu memenuhi ekspektasi jumlah pasokan listrik yang dibutuhkan di masa yang akan datang. Problem utama dari sel surya silikon ada pada sifat fisika-nya yang kurang optimal dalam menyerap cahaya matahari, sehingga silikon di dalam sel surya haruslah sedikit lebih tebal untuk dapat menyerap cahaya matahari dengan baik. Hal ini berujung pada problem selanjutnya pada banyaknya silikon yang dibutuhkan di dalam sel surya. Untuk setiap 1000 Watt sel surya silikon yang diproduksi, dibutuhkan setidaknya 7 kg silikon. Kembali ke atas, jika sel surya diproyeksikan untuk menghasilkan pasokan listrik dalam skala besar Giga ataupun Terra Watt, maka dibutuhkan setidaknya satu juta ton produksi silikon per tahun khusus untuk sel surya. Sebagai catatan, silikon diproduksi tidak hanya untuk sel surya semata, namun mayoritas diproduksi untuk industri elektronik. Dan silikon ini tidak murah untuk dibuat karena ia melibatkan energi yang besar ketika memproduksinya (lihat lebih detail pengolahan silikon di sini).
Problem ini dapat diatasi dengan beralih ke jenis material lain untuk dimanfaatkan sebagai sel surya, yakni dengan teknologi yang memanfaatkan lapisan tipis material non-silikon. Sel surya ini memanfaatkan material cadmium tellurida (CdTe) dan senyawa tembaga-indium- galium-selenida (CuInGaSe2 / CIGS). Material ini memiliki sifat fisika optik yang jauh lebih baik dari silikon sehingga dapat dibuat dalam bentuk lapisan tipis dengan kemampuan menyerap cahaya matahari yang sama baiknya dengan silikon. Dengan menggunakan material ini, ketebalan sel surya mampu direduksi dan secara otomatis mengurangi berat semikonduktor di dalam sel surya menjadi hanya sekitar 0.2 kg per 1000 Watt sel surya. Sebuah reduksi yang mengundang decak kagum jika dibandingkan dengan 7 kg silikon pada setiap 1000 Watt sel surya.
Namun sel surya dari material ini menghadapi tantangan serius dalam soal pasokan material plus cadangannya di kulit bumi. Baik Cd, Te, In, Ga dan Se merupakan elemen yang cadangannya sangat sedikit di alam. Dan jumlah produksi per tahunnya setali tiga uang. Sulit mengandalkan sel surya dari material ini untuk memenuhi permintaan listrik skala Giga maupun Terra Watt. Sebagai ilustrasi, produksi Te hanya kira-kira 600 Ton per tahun (2012), sedangkan jika sel surya jenis CdTe ditargetkan untuk memenuhi 10 % saja dari pasokan energi masa depan, maka produksi Te yang diperlukan ialah sekitar 19.000 Ton per tahun. Atau misalnya produksi Indium yang hanya 100 Ton per tahun dan Galium yang hanya 80 Ton per tahun sangat tidak memungkinkan untuk mensuplai industri sel surya untuk menghasilkan sel skala besar yang membutuhkan keberlangsungan pasokan material sebesar belasan ribu ton per tahunnya..
Ini pun berlaku pada jenis teknologi pembangkit energi lain. Misalnya, pada turbin angin di kincir angin yang memanfaatkan magnet permanen. Magnet permanen memanfaatkan logam-logam tanah jaran semisal Lanthanum, atau Yitrium.. Namanya saja sudah tanah jarang, secara otomatis, jumlahnya pun sangat sangat sangat terbatas di alam, dan hanya di daerah tertentu saja ditemui jenis material ini. Jika skenario listrik dari tenaga angin harus menghasilkan listrik dalam skala Giga Watt, mampukah teknologi magnet permanen sekarang ini memenuhi permintaan energi masa depan?
Sejak satu dekade terakhir, para saintis mulai menyadari keterkaitan antara ketersediaan jumlah cadangan material di alam dengan skenario energi masa depan. Teknologi sel surya saat ini memang sudah cukup bagus untuk memenuhi ekspektasi; efisiensinya cukup bagus dan harganya makin terjangkau. Namun dikaitkan dengan keberlangsungan pasokan energi dalam jumlah masif di masa depan, para saintis dipaksa untuk berpikir lebih keras lagi dan meneliti lebih giat lagi untuk menghasilkan sel surya dan teknologi energi lainnya yang bersandar pada material yang belilmpah di alam. Saintis sekarang beralih ke material yang tersedia dalam jumlah besar baik dalam artian cadangannya di kulit bumi, maupun produksi per tahunnya.
Material-material yang tersusun dari logam-logam tradisional seperti Cu, Fe, Zn, Sn, S, O, P (fosfor), Si, Ba (barium), Mo (molybdenum) dan sejenisnya tengah mendapatkan perhatian serius untuk dimanfaatkan sebagai bahan sel surya. Material ini tersedia berlimpah di alam, proses penambangannya hingga pengolahan bijih-nya cukup lama dikenal, harganya terjangkau, dan yang lebih penting, pasokan untuk keperluan industri cukup aman dalam jangka waktu yang relatif panjang. Produksi tembaga (Cu) per tahunnya sekitar 10-20 juta ton, hampir sama dengan seng (Zn).  Sulfur (S) lebih bear lagi, yakni sekitar 80 juta ton per tahunnya.  Dan semakin banyak julah produksi, maka harga material-material tadi semakin murah. Satu kilo tembaga berharga Rp. 100 ribu, sedagnkan 1 kilo sulfur bisa didapat dengan harga kurang dari Rp. 30 ribu.
CuS, CuO, FeS2, MoS2 dan yang lainnya saat ini dibidik untuk diteliti potensinya sebagai bahan sel surya. Cu (tembaga) banyak terdapat di alam, bahkan Indonesia salah satu penghasil utamanya. Fe (besi) bukan barang yang sukar ditemui di setiap tempat. S (sulfur) mudah ditemui di daerah pegunungan aktif-vulkanis. Zn dan Sn harganya sangat murah karena jumlah produksinya sangat besar per tahunnya dan Indonesia merupakan salah satu produsen utama timah dari Pulau Bangka-Belitung.
Ke depannya, jika sel surya bisa dibuat dari bahan-bahan tersebut, material-material ini akan sangat dicari di pasaran karena menjadi primadona untuk industri energi. Penambangan, pengolahan dan pemurnian material-material ini akan semakin bergairah dikarenakan adanya permintaan baru untuk ceruk pasar baru. Tidak hanya industri sel surya saja yang akan menyerap tenaga kerja, namun juga sektor pertambangan akan dapat berekspansi dan mengembangkan usahanya. Bisa saja akan terjadi kelangkaan pasokan karena permintaan untuk dijadikan bahan utama sel surya akan meningkat, yang mengakibatkan harganya naik misalnya. Namun dengan jumlah cadangannya di kulit bumi yang cukup berlimpah, skenario pasokan energi di masa yang akan datang agaknya sedikit banyak mulai membangkitkan rasa optimis di kalangan komunitas sel surya. Kata kuncinya ialah riset untuk memanfaatkan material yang banyak terdapat di alam sebagai bahan baku sel surya atau teknologi energi masa depan lainnya. Jika hasilnya menggembirakan, bisa jadi kiamat kecil 2012 akan dilupakan.

Sumber : http://energisurya.wordpress.com