Ditulis oleh: Ayu Azkiyah

(Pendahuluan)

Krisis energi yang sedang terjadi di Indonesia dan di seluruh dunia merupakan masalah yang sangat serius. Salah satu penyebab utamanya adalah penggunaan sumber energi yang tidak terbarukan dalam sistem pembangkit listrik di Indonesia (Salim et al., 2022). Revolusi industri pada abad ke-19, yang ditandai oleh inovasi-inovasi berbasis listrik, telah menciptakan tren peningkatan konsumsi energi listrik yang berkelanjutan. Ketergantungan manusia pada teknologi listrik semakin meningkat seiring dengan berjalannya waktu, sehingga memberikan dampak negatif terutama yang bersumber dari bahan bakar fosil (Wijaya et al., 2019). Selain itu, ketergantungan pada bahan bakar fosil yang tidak terbarukan membawa ancaman jangka panjang berupa krisis energi (Meilyarto, 2020).

Dalam menghadapi tantangan krisis energi yang mendesak saat ini, perlu adanya solusi inovatif yang tidak hanya mampu mengatasi permasalahan energi secara efektif, tetapi juga sejalan dengan tujuan Sustainable Development Goals (SDGs). Salah satu langkah maju yang sedang dikembangkan adalah penggunaan alat pemanen energi, yang sering disebut sebagai Energy Harvesting. Alat ini memiliki kapabilitas untuk mengubah energi potensial dan kinetik menjadi sumber energi listrik yang dapat dimanfaatkan (Widodo, 2017).

Konsep alat piezoelektrik, yang merupakan bagian dari teknologi Energy Harvesting, muncul sebagai solusi yang berpotensi memberikan dampak yang signifikan dalam mencapai SDGs (Kusnandar et al., 2021). Alat ini bekerja dengan cara menempatkan material piezoelektrik pada berbagai permukaan yang sering mengalami gerakan atau tekanan, seperti kursi atau lantai di area rumah. Saat ada perubahan dimensi pada material piezoelektrik akibat tekanan atau gerakan, maka energi mekanis akan diubah menjadi energi listrik melalui mekanisme momen dipol (Effendy, 2017). Energi listrik yang dihasilkan dapat disimpan dan digunakan sebagai sumber energi yang bersih dan terbarukan.

Tidak hanya menjadi solusi untuk energi terbarukan, pengembangan inovatif alat piezoelektrik juga relevan dengan dua target utama SDGs, yakni target ke-8 (Energi Bersih dan Terjangkau) dan target ke-13 (Penanganan Perubahan Iklim). Dengan menghasilkan energi listrik dari gerakan sehari-hari yang sering terjadi di sekitar, alat piezoelektrik dapat memberikan kontribusi penting dalam mencapai tujuan untuk menyediakan akses yang lebih luas terhadap sumber energi bersih dan terjangkau. Selain itu, penggunaan piezoelektrik dapat mengurangi ketergantungan pada sumber energi fosil, sehingga berkontribusi pada penurunan emisi gas rumah kaca dan mitigasi perubahan iklim.

(Isi)

Piezoelektrik memiliki sifat bifungsional yang unik, yaitu kemampuan untuk saling mengubah energi mekanik dan listrik. Hal ini terjadi karena karena adanya hubungan langsung antara tegangan mekanik yang diterapkan pada material dengan polarisasi listrik di dalamnya, sehingga menghasilkan muatan listrik yang sebanding dengan besarnya tekanan (Duan et al., 2020). Ketika bahan piezoelektrik mengalami tekanan maka akan menghasilkan muatan listrik, sebaliknya ketika muatan listrik diterapkan, bahan tersebut mengalami perubahan bentuk. Kemampuan ini menjadikan material piezoelektrik sebagai komponen penting dalam berbagai aplikasi teknologi, mulai dari sensor hingga aktuator (Di paolo, 2017).

Secara keseluruhan, piezoelektrik menawarkan potensi luar biasa sebagai inovasi material dengan berbagai fungsi dan aplikasi yang dapat terus berkembang melalui penelitian dan pengembangan lebih lanjut. Selain tu, pengaplikasian piezoelektrik dalam bidang energi terbarukan membuka peluang besar untuk mendukung keberlanjutan lingkungan dan mengurangi ketergantungan pada sumber daya konvensional. Sebagai sumber energi terbarukan, piezoelektrik memanfaatkan kemampuannya untuk mengubah gerakan atau tekanan sekitar menjadi energi listrik. Contohnya, pizoelektrik mampu mengubah tekanan langkah kaki menjadi sumber listrik yang bersih dan dapat diperbaharui (abohamer et al, 2023).

Pentingnya aplikasi piezoelektrik tidak hanya terbatas pada penghasilan energi terbarukan tetapi juga terkait dengan upaya global dalam mengurangi emisi karbon dioksida. Dengan mengurangi ketergantungan pada sumber energi fosil seperti batu bara, minyak, dan gas alam, penggunaan piezoelektrik dapat memainkan peran kunci dalam mitigasi perubahan iklim (Pratama & Kunci, 2019). Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Afif & Rini, (2018) menunjukkan bahwa lampu jalan pintar menggunakan material piezoelektrik dapat menghasilkan energi terbarukan. Selain itu, material pizoelektrik untuk aplikasi dalam pembangkit listrik alternatif mampu mengubah energi mekanis dari tekanan atau getaran menjadi energi listrik (Maulana, 2016). Oleh karena itu, material piezoelektrik menawarkan potensi besar dalam pemanenan energi. Akan tetapi, efisensi konversi energinya sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor.

Efisiensi konversi energi dalam sistem piezoelektrik yang terintegrasi ke dalam kursi dan lantai sangat bergantung pada sejumlah variabel. Jumlah dan jenis material piezoelektrik yang digunakan, frekuensi dan intensitas gaya yang diterapkan, serta desain mekanik sistem secara keseluruhan akan mempengaruhi besarnya daya yang dihasilkan. Proses konversi energi mekanik menjadi energi listrik pada material piezoelektrik terjadi akibat polarisasi dipol listrik yang diinduksi oleh deformasi material. Oleh karena itu, permodelan matematis yang akurat diperlukan untuk memprediksi kinerja sistem secara keseluruhan (Almanda et al., 2016). Seiring dengan perubahan dimensi material akibat gaya mekanik, maka akan menghasilkan muatan listrik yang dapat dikumpulkan sebagai sumber energi potensial. Estimasi daya yang dihasilkan akan bervariasi tergantung pada kompleksitas interaksi antara variabel-variabel ini.

Estimasi waktu yang dibutuhkan untuk mengisi daya perangkat elektronik kecil hingga mendukung pencahayaan, dengan menggunakan daya yang dihasilkan oleh kursi dan lantai rumah berbasis piezoelektrik juga bergantung pada sejumlah faktor, termasuk kapasitas baterai perangkat, efisiensi konversi energi dari sistem piezoelektrik, dan seberapa sering kursi dan lantai tersebut digunakan atau diberi tekanan. Oleh karena itu, waktu pengisian baterai dapat menjadi hasil dari kalkulasi yang memperhitungkan kebutuhan energi perangkat, daya yang dihasilkan, dan efisiensi pengisian.

Penggunaan kursi dan lantai piezoelektrik tidak hanya memberikan sumber energi tambahan tetapi juga berpotensi mengubah paradigma pengelolaan energi di lingkungan rumah. Dengan mengintegrasikan teknologi ini pada infrastruktur, maka dapat menciptakan solusi yang berkelanjutan dan berdampak positif pada lingkungan. Hal ini menunjukkan bagaimana teknologi dan keberlanjutan dapat bekerja sama untuk menciptakan solusi yang inovatif dan efektif.

(Penutup)

Implementasi teknologi piezoelektrik pada furnitur rumah tangga, seperti kursi dan lantai, telah menunjukkan potensi signifikan sebagai sumber energi listrik alternatif. Pemanfaatan efek piezoelektrik, melalui energi mekanik yang dihasilkan dari aktivitas sehari-hari dapat dikonversi secara langsung menjadi energi listrik. Inovasi ini menawarkan potensi untuk meningkatkan kemandirian energi pada tingkat rumah tangga. Dengan demikian, teknologi piezoelektrik tidak hanya mendukung pengurangan ketergantungan pada sumber energi fosil, tapi juga sejalan dengan tujuan SDGs, khususnya dalam hal penyediaan energi bersih dan terjangkau.

DAFTAR PUSTAKA

Ramadhan, F. A., Rasyid, R., & Harmadi. (2022). Rancang bangun sumber pembangkit energi listrik berbasis piezoelektrik pada sepatu untuk pendaki gunung. Jurnal Fisika Unand (JFU), 11(3): 285-291.

Chhabra, D. (2018). Experimental investigations of piezoelectric energy. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development (IJMPERD), 704-710.

Salim, Sardi., Tolago, A. I., Maharani R.P. Syafi’i (2022) Analisis intensitas konsumsi energi listrik untuk penghematan listrik di Fakultas Teknik UNG. Jurnal Nasional Teknik Elektro dan Teknologi Informasi. 11(1).

Wijaya, Y. A. C., Zebua. Dermawan, Kolago D. P., Utama, Y. A. K (2019) Pengaruh luas permukaan piezoelektrikc disk terhadap tekanan dan getaran dalam menghasilkan energi listrik, Universitas Widya Kartika.

Meilyarto, Adhi Gita (2020) Perancangan kampanye   sosial   mengenai manfaat menghemat listrik pada lingkungan tempat tinggal melalui media poster. Thesis, Universitas Komputer Indonesia.

Widodo, Hidayatullah., Syukri, M., dan Syukriyadin. (2016) Perancangan prototype penghasil energi listrik. KITE.

Kusnandar, K., Dharmi, N. K. H., & Khairiyah, A. N. (2021). Rancang bangun purwarupa energy harvesting menggunakan piezoelektrik sebagai pembangkit energi listrik. Jurnal Teknik: Media Pengembangan Ilmu dan Aplikasi Teknik, 20(2): 125-135.

Effendy, W. R. (2017). Pemodelan dan analisa reduksi respon getaran translasi pada sistem utama dan energi listrik yang dihasilkan oleh mekanisme dynamic vibration absorber metode cantilever piezoelectric (CPVA). Surabaya: Jurusan Teknik Mesin.

Di Paolo Emilio, M. (2017). Piezoelectric transducers. in: microelectronic circuit design for energy harvesting systems. springer, cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-47587-5_5.

Duan S, Wu J, Xia J, Lei W. (2020). Innovation strategy selection facilitates high-performance flexible piezoelectric sensors. sensors 20: 2820. doi: 10.3390/s20102820.

Abohamer, M.K., Awrejcewicz, J. & Amer, T.S. (2023). Modeling and analysis of a piezoelectric transducer embedded in a nonlinear damped dynamical system. Nonlinear Dyn 111, 8217–8234. https://doi.org/10.1007/s11071-023-08283-3.

Pratama, R., & Kunci, K.K. (2019). Efek rumah kaca terhadap bumi. Buletin Utama Teknik, 14( 2).

Afif, M., & Rini, N. P. (2018). Rancang bangun instalasi lampu pju termodifikasi ldr berbasis material piezoelektrik pada polisi tidur. Jurnal Fisika Flux: Jurnal Ilmiah Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat, 14(2): 85-89.

Maulana, R. (2016). Pemanfaatan sensor piezoelektrik sebagai penghasil sumber energi pada sepatu. Skripsi. Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Almanda, D., Dermawan, E., Diniardi, E., & Ramadhan, A. I. (2016). Pengujian desain model piezoelektrik pvdf berdasarkan variasi tekanan. Prosiding Semnastek.

LAMPIRAN

.

Gambar 1. Cara kerja untuk mendapatkan energi listrik pada piezoelektrik

.

Gambar 2. Sensor piezoelektrik

.

.

Gambar 3. Pengaruh Piezoelektrik terhadap Beban (Chhabra, 2018)

Tabel 1. Hasil pengujian variasi massa beban (Ramadhan et al, 2022)

Tabel 2. Hasil pengujian sistem keseluruhan (Ramadhan et al, 2022)

.

.

.

.

.