ARTIKEL : Bagaimana bahan bakar menghasilkan energi dan berapa besar energi yang dihasilkan

Kehidupan kita sehari-hari tidak lepas dari kebutuhan akan bahan bakar. Bahan bakar merupakan senyawa kimia yang dapat menghasilkan energi melalui perubahan kimia. Contoh yang paling sederhana adalah makanan yang kita santap sehari-hari. Makanan yang sebagian besar terdiri dari karbohidrat diubah di dalam tubuh kita menjadi senyawa gula yang mampu menghasilkan energi.

Dari manakah datangnya energi tersebut atau bagaimana energi tersebut terbentuk? Mari kita bersama-sama meneliti lebih lanjut dari sudut pandang atom dan molekul. Suatu molekul terdiri dari beberapa atom yang berhubungan satu dengan yang lain dalam bentuk ikatan. Ikatan-ikatan tersebut bervariasi kekuatannya dan semakin kuat ikatan tersebut semakin besar energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan tersebut. Ketika suatu molekul terputus ikatannya oleh suatu energi ( misalkan panas atau enzim ), atom-atom tersebut akan bereaksi dengan atom-atom lainnya membentuk suatu ikatan baru yang menghasilkan energi. Jikalau ikatan baru yang dihasilkan jauh lebih stabil daripada ikatan semula, hasil reaksi ini akan menghasilkan energi yang dapat dikonsumsi ( misalkan panas ). 

Mungkin pernyataan di atas masih membingungkan anda. Mari kita lihat contoh-contoh dibawah ini untuk mempermudah pengertian tentang apa itu energi . 

Sebuah balon berisi gas H₂ berada dalam keadaan stabil asalkan tidak bersentuhan dengan udara. Ikatan H-H yang dibentuk oleh senyawa H₂ sangat kuat. Kita memerlukan energi sebesar 432 kJ untuk memutuskan satu mol gas H₂ menjadi atom-atom H . Bagaimana kalau senyawa H₂ kita reaksikan dengan gas O₂ ? Akibat reaksi ini akan timbul percikan api dan ledakan yang sangat kuat. Ledakan itu merupakan hasil dari reaksi : 

2H₂ + O₂ -> 2H₂O

Dari pernyataan di atas energi kimia dari H₂ didapat dari kereaktifannya dengan O₂. Dari reaksi ini dua molekul air terbentuk, dimana setiap molekulnya terdiri dari sepasang ikatan O-H dan energi yang dihasilkan dari pembentukan ikatan O-H adalah lebih dari energi yang dibutuhkan untuk pemutusan satu molekul H₂ dan satu molekul O₂.

Tabel 1 menunjukkan pemakaian energi dari reaksi-reaksi diatas. Energi total yang dihasilkan dari reaksi eksotermik diatas adalah 482 kJ, suatu energi yang cukup besar untuk membuat ledakan. 

Cara yang sama bisa dipergunakan untuk memperkirakan energi yang dilepaskan atau dihasilkan dari bahan bakar fosil (lihat tabel 1.4). Contohnya gas bumi yang sebagian besar merupakan metana, yang reaksinya dengan O₂ adalah

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O

Jika kita totalkan semua energi ikatan dari produk dan mengurangkannya dengan total energi ikatan bahan asal, energi yang dilepas adalah 810 kJ (nilai-nilai ini tidak terlalu tepat, karena energi ikatan merupakan perkiraan rata-rata ikatan dari dua jenis atom, yang mungkin bervariasi dari satu molekul ke yang lain, tetapi variasi itu tidak menggangu dalam perbandingan yang dibuat dalam artikel ini)

Kita lihat bahwa energi yang dibebaskan dari reaksi pembakaran metana adalah lebih besar dari reaksi pembakaran H₂. Hal ini bukan berarti bahwa metana terbakar lebih hebat dari H₂ melainkan karena jumlah molekul oksigen yang terlibat dalam kedua reaksi itu adalah berbeda. Jika kita bandingkan energi yang dibebaskan dari reaksi pembakaran metana dan H₂ per mol O₂, energi pembakaran metana menjadi 405 kJ , lebih kecil sedikit dari pembakaran H₂. Jadi reaksi satu molekul O₂ dengan H₂ adalah sedikit lebih hebat dibandingkan dengan metana. 

Dalam perspektif yang lain, satu mol metana mempunyai kandungan energi yang lebih besar dalam reaksi pembakaran dengan oksigen daripada satu mol hidrogen, karena 1 mol metana bereaksi dengan 2 mol O₂, sedangkan 1 mol hidrogen bereaksi dengan 0.5 mol hidrogen (lihat "per mol bahan bakar").

Karena satu mol gas (gas apapun) akan memenuhi ruangan dengan volume yang sama (pada suhu dan tekanan yang sama, ingat rumus gas ideal PV=nRT), 1 m³ metana akan mempunyai energi tiga kali lebih besar dari 1 m³ gas hidrogen. 

Tetapi jika berat yang diutamakan, maka hidrogen akan lebih berenergi dari metana. Hidrogen mengandung 2 kali energi per gram lebih besar daripada energi per gram metana. Hal ini dikarenakan berat molekul hidrogen yang delapan kali lebih kecil dari metana. Sehingga dalam satu gram, hidrogen mempunyai jumlah mol yang lebih tinggi dibandingkan dengan metana (ingat rumus G = n x Mr). Inilah salah satu alasan mengapa roket menggunakan bahan bakar hidrogen cair. Semakin ringan bahan bakar per unit energi akan semakin lebih baik, karena berat bahan bakar roket berpengaruh dalam kinerja roket itu sendiri.

Dari penjelasan diatas kita bisa menganalisis kandungan energi dari bahan bakar fosil yang lain. 

Tabel 1 menunjukkan gambaran skematis kandungan energi dari bahan bakar minyak. Bahan bakar minyak bukan terdiri dari senyawa murni, tetapi campuran yang sebagian besar adalah hidrokarbon jenuh. Oleh karena itu, reaksi yang tepat untuk pembakaran dari bahan bakar minyak adalah sebagai berikut:

2( -CH₂-) + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂O

Perhatikan : dalam reaksi pembakaran bahan bakar minyak ikatan C-C hanya dihitung sekali karena dalam (-CH₂-) dihitung 2 x C-C. 

Seperti yang disebut dalam tabel 1, diperkirakan reaksi tersebut menghasilkan energi sebesar 1220 kJ. Per mol oksigen, energi yang dibebaskan hanyalah 407 kJ, energi yang setara dengan energi yang dihasilkan metana. Per gram bahan bakar energi yang di bebaskan adalah 43.6 kJ , lebih sedikit dari metana. Hal ini disebabkan hidrokarbon jenuh (terutama rantai pendek) yang mempunyai perbandingan H/C lebih kecil dari 2/1 karena kumpulan metil di ujung rantai hidrokarbon. Selain itu, bahan bakar minyak mempunyai campuran senyawa aromatik yang mempunyai perbandingan H/C lebih besar dari 2/1. Sebagai contoh, minyak mentah mempunyai kandungan energi per gram sebesar 45.2 kJ (menghampiri dengan perhitungan dalam tabel 1 untuk bahan bakar minyak). Sedangkan minyak yang sudah diproses kandungan energi per gram nya meningkat ke 48.1 kJ (menandakan meningkatnya perbandingan H/C). 

Metode energi ikatan dapat digunakan juga untuk perhitungan energi biomas, contohnya etanol:

C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂O

Energi yang dilepaskan adalah 419 kJ per mol O₂, sedikit lebih besar dari energi yang dilepaskan oleh bahan bakar fosil. Walaupun begitu, energi per gram etanol (27.3 kJ) jauh lebih kecil dari bahan bakar fosil. Alasannya ialah etanol mempunyai satu atom oksigen yang sudah dalam keadaan tereduksi, yang tidak mempunyai peranan dalam energi pembakaran dengan O₂. Atom oksigen dalam etanol hanya menyumbang kepada berat total etanol (yang jelas lebih tinggi dibandingkan dengan etana). Walaupun berat jenis etanol (0.79 gr/cc) adalah 12 % lebih tinggi daripada berat jenis bahan bakar minyak (0.70 gr/cc), tetapi konsentrasi kandungan energi dalam bahan bakar minyak adalah lebih tinggi dibandingkan dengan etanol untuk volume yang sama (artinya mobil bisa berjalan lebih jauh dengan menggunakan 1L bahan bakar minyak dibandingkan etanol).

Akhirnya, kita akan menggunakan perhitungan energi ikatan untuk memperkirakan energi yang dihasilkan dari pembakaran karbohidrat. 

-CHOH- + O₂ ->CO₂ + H₂O

Energi per gram dari pembakaran karbohirat hanya 1/3 dari energi pembakaran hidrokarbon. Hal ini adalah fakta yang sangat sesuai dalam ilmu gizi, dimana lemak (yang sebagian besar komposisinya adalah hidrokarbon) mempunyai kalori yang lebih tinggi per gram daripada karbohidrat.

Tabel 1 Energi pembakaran ( diperkirakan dari energi ikatan )

	Kandungan Energi (kJ)
	Entalpi	Per mol O2	Per mol Bahan Bakar	Per gram Bahan bakar
Hidrogen 2H2 + O2 -> 2H2O 2(H-H) = 864 2(O-H) = 1840 O=O = 494 ------------ 1358 1840	482	482	241	120
Metana CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O 4C-H = 1640 2C=O = 1598 2O=O = 988 2(2O-H)= 1840 2628 3438	810	405	810	516
Bahan Bakar Minyak 2( -CH2-) + 3O2 -> 2CO2 + 2H2O 2(2C-H) = 16402(2C=O) = 3196 2C-C= 6942(2O-H) = 1840 3(O=O) = 1482 3816 5036	1220	407	610	43.6
Etanol C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O 5C-H= 20502(2C=O) = 3196 C-C = 347 3(O-H) = 2766 C-O = 360 O-H =460 3(O=O) = 1482 4699 5956	1257	419	1257	27.3
Karbohidrat -CHOH- + O2 ->CO2 + H2O C-H = 4102 C=O = 3196 C-C = 347 2O-H = 2766 C-O = 360 O-H = 460 O=O = 494 2071 2518	447	447	447	14.9

 Sumber : Ali Rinaldi , mahasiswa s-2 UKM Kimia Malaysia

PEMANASAN GLOBAL ANCAM PENDUDUK

BERIBU penduduk di pesisiran pantai mungkin hilang tempat tinggal, kawasan ladang musnah dan ramai perlu mencari sumber pencarian lain jika fenomena pemanasan global terus membelenggu negara. Wartawan Salina Abdullah melihat kesan pemanasan global kepada masa depan dunia dan Malaysia secara khusus.

"CUACA panas sangat di luar sehingga malas nak keluar. Malah makan di luar juga pun malas," kata rakan wartawan selepas cuaca panas luar biasa melanda negara bulan lalu dengan suhu meningkat melebihi kebiasaan 37 darjah Selsius.

Isu cuaca luar biasa panas bukan perkara baru. Malah, peningkatan suhu mula dirasai secara global.

Secara kasar pemanasan global mendapat perhatian sejak persidangan Rio 1992 yang membincangkan banyak isu termasuk pemanasan suhu global dan kesannya.

Kemudian timbul beberapa teori dan kajian saintifik berikutan pemanasan itu. Malah, terma sinonim berhubung pemanasan global ialah kesan rumah kaca atau kesan rumah hijau.

Walaupun ramai di negara ini kurang prihatin, pemanasan suhu bumi sudah menunjukkan ‘belangnya’ di kebanyakan negara di dunia ini.

Di kawasan Aritk umpamanya, pemburu Eskimo menghadapi kesukaran merancang penangkapan mereka berikutan pemecahan laut beku lebih awal dari kebiasaannya. Di Pasifik, penduduk pulau di lautan terbesar itu, melaporkan air pasang secara tiba-tiba dan menghakis kawasan tanah.

Pakar secara keseluruhan bersetuju pemanasan cuaca itu disebabkan oleh gas rumah hijau atau gas rumah kaca terutamanya karbon dioksisa (CO2), metana (CH4) dan nitrus oksida (N2O).

Puncanya, pelbagai sektor khususnya tenaga, pemprosesan, pertanian, sisa serta perubahan penggunaan tanah (seperti membangunkan tanah lapang sebagai kawasan pertanian atau perumahan) dan perhutanan.

Agensi Alam Sekitar Persekutuan Jerman mendapati kadar karbon dioksida, metana dan nitrus oksida atau dinitrogen oksida masing-masing meningkat sebanyak 30, 145 dan 15 peratus berbanding ketika zaman praindustri.

Malah, lebih separuh "gas beracun" itu dikeluarkan kurang sepuluh negara maju. Karbon dioksida, metana dan nitrus oksida serta gas rumah hijau serta wap air dan ozon membenarkan sinaran bertenaga tinggi (terutamanya gelombang pendek) memancar terus ke bumi dan pada masa yang sama, menyerap sinaran bergelombang panjang yang dibebaskan bumi apabila ia panas.

"Apa yang menakutkan, bencana itu mungkin berlaku lebih awal daripada yang diramalkan jika suhu global meningkat mendadak jika pelepasan gas rumah hijau tidak dikawal."

Keadaan ini menyebabkan molekul udara teruja (terangsang) dan untuk kembali ke keadaan keseimbangan, molekul itu membebaskan sinaran inframerah, yang mana sebahagian besar daripadanya disebarkan semula ke permukaan bumi. Bumi pula membebaskan tenaga lebihan ini bagi mengekalkan keseimbangan termodinamik di permukaan bumi dan proses ini menyebabkan suhu permukaan bumi meningkat.

Dengan kata mudah, gas rumah hijau ini memerangkap haba yang sepatutnya dihembus bumi ke angkasa lepas bagi mengekalkan perseimbangan haba, sekali gus menyejukkan bumi. Akibatnya, bumi, akan semakin panas, menyebabkan perubahan cuaca dan pada akhirnya menimbulkan pelbagai gejala. Inilah yang dikatakan kesan rumah hijau atau juga dikenali sebagai kesan rumah kaca.

Malaysia tidak terlepas daripada kesan fenomena itu. Seperti negara lain, atmosfera negara tidak bersempadan.

Keprihatinan negara berhubung kesan rumah hijau mendorong penubuhan Jawatankuasa Pemandu Kebangsaan Mengenai Gas Rumah Hijau di bawah Kementerian Sains, Teknologi dan Alam Sekitar. Institut Kajian Strategik dan Antarabangsa (Isis) diberi mandat menjalankan kajian berkenaan status dan kesan rumah hijau.

Tumpuan ialah untuk mengetahui status pemanasan cuaca negara, pelepasan gas rumah hijau kini akan datang serta kesannya kepada pelbagai sektor di samping cadangan menangani masalah itu.

Hasil kajian jauh lebih serius. Kira-kira 1,200 kilometer persegi atau 0.8 peratus daripada keluasan tanah pesisiran pantai Semenanjung, dijangka ditenggelami air jika paras air laut terus meningkat pada kadar 0.9 sentimeter setahun akibat fenomena pemanasan global.

Malah, "kenaikan aras laut" itu juga dijangka melenyapkan seluruh kawasan hutan paya bakau dan beratus ribu hektar kawasan pertanian, termasuk getah dan kelapa sawit selain memusnahkan beratus meter pesisiran pantai negara.

Dengan ramalan kenaikan meksimum 90 sentimeter menjelang 2100 itu, kira-kira enam peratus atau 100,000 hektar kawasan yang ditanam kelapa sawit akan ditengelami air, memusnahkan kira-kira 300,000 hektar ladang getah, selain membanjiri beratus ribu hektar kawasan pertanian lain.

Walaupun tempoh 100 tahun dianggap terlalu jauh, kesan bencana itu jauh daripada kecil.

Beribu penduduk yang tinggal di kawasan pesisiran pantai akan kehilangan tempat tinggal. Beribu hektar kawasan pertanian subur musnah. Kawasan pantai yang menjadi tarikan pelancong turut musnah. Kawasan paya bukau yang menjadi nadi kehidupan banyak spesies, akan lenyap, menyebabkan ketidakseimbangan ekologi.

Malah, penduduk yang bergantung kepada semua kawasan berkenaan sebagai punca rezeki berhadapan dangan masa depan yang gelap jika unjuran "bencana itu" menjadi kenyataan.

Apa yang menakutkan, bencana itu mungkin berlaku lebih awal daripada yang diramalkan jika suhu global meningkat mendadak jika pelepasan gas rumah hijau tidak dikawal.

Fenomena semula jadi seperti El Nino, yang melanda negara dua tahun lalu, sehingga beratus ribu hektar kawasan hutan terbakar. Kemarau tidak dijangka berlaku menyebabkan beberapa beberapa kawasan tadahan air yang menjadi sumber bekalan air, menurun dengan drastik. Malah, catuan air terpaksa dilakukan.

Beberapa pakar kajicuaca dan alam sekitar tempatan yang dihubungi turut menyuarakan pendapat sama.

Mereka berkata sukar menyatakan dengan tepat, kadar kenaikan suhu atau paras laut untuk sesuatu tempoh, namun, ramalan dapat dibuat berdasarkan model dan maklumat cuaca yang ada.

Pensyarah Jabatan Sains Alam Sekitar dari Universiti Putra Malaysia (UPM), Dr Azman Zainal Abidin, tidak menafikan kebimbangan mengenai perubahan cuaca, peningkatan suhu dan kenaikan paras air laut yang diramalkan itu mungkin berlaku lebih awal.

"Ia bergantung kepada sumber yang menyumbang kepada proses itu seperti pertambahan pelepasan gas rumah hijau," katanya.

Pusat Ramalan Cuaca dan Penyelidikan Meteorologi Hadley yang beribu pejabat di United Kingdom, mengesahkan aliran kenaikan suhu kini lebih tinggi daripada yang diramalkan.

Pusat itu melaporkan suhu global seratus tahun lalu meningkat 0.6 darjah Selsius lebih panas daripada 1800, dan berdasarkan aliran itu, suhu dunia akan terus meningkat.

Walaupun kajian tempatan dan antarabangsa tidak dapat menyatakan dengan jelas formula yang mengaitkan kadar kenaikan suhu dan paras air laut dengan kadar pelepasan gas rumah hijau, pelepasan gas rumah hijau berterusan dikenal pasti sebagai penyumbang kepada kenaikan suhu global, sekali gus menaikkan paras air laut dan punca pelbagai masalah lain.

Sungguhpun perangkaan 1994 menunjukkan pelepasan gas rumah hijau di negara ini berbanding negara lain iaitu 144 juta tan berbanding Thailand sebanyak 225 juta tan; Australia (572 juta tan); Jepun (1,276.1 juta tan) dan Amerika Syarikat (6,130.8 juta tan), kesannya tidak boleh dipandang rendah.

Malah, kadar pelepasan karbon dioksida negara tahun ini (2000) diramalkan meningkat hampir 60 peratus iaitu kepada 132,990 Gigagram (Gg) (1 juta kilogram) daripada lebih 84,000 Gg pada 1994.

Kadar ini akan meningkat kepada 211,662 Gg pada 2010 dan 341,491 Gg pada 2020. (Ramalan itu dibuat berdasarkan kegiatan harian ekonomi ketika ini tanpa langkah pembangunan mapan).

Kajian jawatankuasa itu yang turut dianggotai pelbagai kementerian dan agensi kerajaan, pertubuhan bukan kerajaan dan institusi pengajian tinggi, turut membuat kesimpulan peningkatan suhu antara 1.0 darjah Selsius dan 4.0 darjah Selsius turut mengancam bekalan makanan dan eksport negara.

Kenaikan suhu kira-kira 1.0 darjah Selsius akan menyebabkan pengurangan kira-kira 10 peratus hasil padi, menjejaskan hasil pertanian lain, seperti sayuran dan sumber makanan laut, terutama ikan.

Ia juga meningkatkan penyakit bawaan makanan dan air, berikutan perubahan corak hujan, meningkatkan penyakit bawaan vekto seperti malaria dan denggi berikutan perubahan cuaca.

Hasil kajian itu walaupun berdasarkan model komputer, perlu diberi perhatian serius. Cadangan dikemukakan jawatankuasa itu dalam usaha mengurangkan kadar pelepasan gas rumah hijau di negara ini menekankan antara lain pembangunan mapan.

Tidak harus berhenti di situ saja, kerjasama antara negara maju dan negara membangun perlu terutama dalam pemindahan teknologi yang mesra alam.

Setakat ini, hanya projek pembakaran gas rumah hijau di tapak pelupusan sampah tempatan yang mesra alam dilaksanakan di Larkin, Johor, membabitkan kerajaan Australia.

Penekanan usaha perlu menekankan keupayaan alam semula jadi menyerap gas rumah hijau itu. Satu cara ialah menambah keluasan ‘penyerap’ itu. Ketika ini, lautan dan hutan adalah ‘penyerap’ semula jadi paling efektif.

Mungkin Malaysia perlu menerajui kajian kesan beratus ribu hektar ladang kelapa sawit dan getah di negara ini dalam menjadi penyerap gas rumah hijau itu.

Apa yang jelas, kesan gas rumah hijau seperti karbon dioksida tidak boleh dipandang remeh. Walaupun kesannya tidak secara langsung kepada manusia, keupayaannya mengubah suhu dunia membuktikan betapa seriusnya kesan gas itu kepada setiap kehidupan di bumi.

Mungkin sampai masanya, pindaan dilakukan ke atas Akta Kualiti Alam Sekeliling 1974, yang mana akan menyenaraikan gas ini sebagai gas pencemar. Dan ia mungkin usaha pertama kita dalam memastikan "kesejahteraan bumi" terus hidup dan bernyawa untuk semua penghuninya

APA KATA PAKAR?

"PENINGKATAN suhu yang rendah tetap memberi kesan buruk kepada sebahagian besar sektor seperti pertanian walaupun pada masa yang sama ia memberi manfaat kepada sektor yang lain. Untuk itu, usaha segera perlu diperkenalkan termasuk melaksanakan sistem pengurusan kegiatan secara mapan."

- Pensyarah Jabatan Sains Alam Sekitar Universiti Putra Malaysia, yang terbabit dalam kajian rasmi kerajaan berhubung kadar pelepasan gas rumah hijau, Dr Azman Zainal Abidin.

"SUKAR menentukan kadar peningkatan suhu secara tepat berikutan pelbagai ketidakpastian, termasuk pertumbuhan penduduk perkembangan ekonomi dunia yang turut menyumbang kepada pelepasan gas rumah hijau ke atmosfera. Bagaimanapun, berdasarkan maklumat daripada pusat kaji cuaca di negara maju, kita membuat kesimpulan suhu atmosfera negara akan meningkat antara 1.0 darjah Selsius dan 4.0 darjah Selsius dalam tempoh 100 tahun akan datang."

- Pengarah Bahagian Kajicuaca Pertanian, Jabatan Perkhidmatan Kajicuaca, Dr Chan Ah Kee, yang meneliti aspek senario gas rumah hijau dalam kajian itu.

"SEBAHAGIAN besar rakyat negara ini tidak ada pengetahuan mengenai kesan rumah hijau dan gas yang menyumbang kepada keadaan itu. Mereka juga keliru antara kesan rumah hijau dengan penipisan lapisan ozon serta beranggapan kedua-duanya adalah fenomena sama.

"Masyarakat juga tidak tahu bahawa sebahagian besar gas rumah hijau ini disumbangkan oleh kegiatan harian mereka seperti pengangkutan yang banyak membebaskan gas karbon dioksida dan nitrus oksida (N2O), pertanian dan penternakan (metana — CH4). Malah, 80 peratus penduduk negara ini tidak tahu bahawa metana adalah gas utama kesan rumah hijau.

"Kurang maklumat, ketiadaan kempen yang berkesan serta kurang penekanan mengenai isu alam sekitar adalah antara sebab perkara ini berlaku.

- Pengarah Eksekutif Pusat Alam Sekitar, Teknologi dan Pembangunan Malaysia, Gurmit Singh, yang menjalankan kajian mengenai kesedaran orang ramai berhubung isu itu.Sumber : oleh Salina Abdullah