1. Pendahuluan

Ada momen di mana dunia energi terasa seperti sedang “dikejar waktu.” Konsumsi energi global terus naik, sementara emisi karbon juga ikut menekan batas aman yang bisa ditoleransi bumi. Dampaknya sudah terasa di kehidupan sehari-hari: gelombang panas ekstrem, cuaca makin tidak stabil, dan risiko bencana iklim yang makin sulit diprediksi. Dalam situasi seperti ini, energi baru terbarukan bukan lagi opsi tambahan. Ia menjadi kebutuhan yang harus dikejar, bahkan ketika teknologinya belum sempurna.

Dari sekian banyak sumber energi terbarukan, energi surya punya daya tarik yang unik: ia tersedia hampir setiap hari, merata di banyak tempat, dan tidak butuh “bahan bakar” yang harus ditambang atau diangkut. Bagi negara tropis seperti Indonesia, matahari bahkan terasa seperti sumber energi yang terlalu melimpah untuk diabaikan.

Namun ada ironi yang sering muncul di sini. Matahari memang gratis, tapi teknologi untuk mengubah foton menjadi listrik tidak gratis. Panel surya yang kita lihat di atap rumah atau di ladang surya sebenarnya adalah hasil dari rantai inovasi panjang—material, proses fabrikasi, engineering, hingga investasi industri.

Selama ini, sel surya silikon generasi pertama memang mendominasi. Ia mapan, reliabel, dan efisiensinya tinggi. Tetapi ketika teknologi sudah mapan, muncul pertanyaan yang jauh lebih menarik: kalau silikon sudah bagus, kenapa kita masih perlu mengembangkan sel surya generasi baru?

Jawabannya bukan hanya soal mengejar “efisiensi yang lebih tinggi.” Banyak negara mungkin bisa membeli panel surya silikon. Tapi tidak semua negara bisa membangun industrinya. Teknologi silikon membutuhkan energi produksi besar, investasi besar, dan rantai pasok yang kuat. Di titik ini, pengembangan sel surya generasi baru bukan hanya proyek sains, tetapi proyek kemandirian teknologi.

Orasi Prof. Rachmat Hidayat menempatkan diskusi ini pada pusat yang jarang dibahas publik: material maju dan kinetika transport pembawa muatan. Dengan kata lain, bukan sekadar soal material bisa menyerap cahaya atau tidak, tetapi soal bagaimana muatan listrik bergerak, bertahan, dan akhirnya bisa diekstrak menjadi arus.

Dan di sinilah perbedaan antara “sel surya terlihat bekerja” dan “sel surya benar-benar efisien” mulai terasa.

Artikel ini akan membahas sel surya generasi baru dalam gaya naratif-analitis: mengapa silikon punya batas, mengapa skala nano membuka peluang baru, apa itu eksiton, dan kenapa transport pembawa muatan justru sering menjadi bottleneck terbesar dalam pengembangan teknologi photovoltaic modern.

 

2. Mengapa Silikon Punya Batas: Energi Hilang, Spektrum Tidak Terpakai, dan Masalah yang Tidak Bisa Diakali

Sel surya silikon sering dianggap sudah “menang” karena efisiensinya tinggi dan teknologinya matang. Dan itu benar. Tapi kematangan teknologi tidak berarti tidak ada batas. Justru semakin matang sebuah teknologi, semakin jelas kita melihat plafonnya.

Pada sel surya silikon, plafon ini dikenal sebagai batas teoritis yang muncul karena dua sumber rugi utama.

Pertama, rugi termalisasi.
Ini terjadi ketika foton yang energinya lebih tinggi dari bandgap diserap, tetapi kelebihan energinya tidak diubah menjadi listrik. Ia justru dilepas sebagai panas. Dengan kata lain, foton “mahal” masuk, tetapi sebagian energinya terbuang begitu saja karena sistem hanya bisa memanfaatkan bagian tertentu.

Kedua, rugi ekstraksi.
Ini terjadi ketika muatan listrik yang sudah terbentuk tidak semuanya berhasil keluar menjadi arus. Sebagian rekombinasi duluan. Sebagian terperangkap. Sebagian hilang di jalur transport.

Dua rugi ini membuat sel surya silikon tidak mungkin mengonversi energi matahari 100% menjadi listrik. Bahkan secara teori, ada batas efisiensi maksimum yang membuat silikon “tidak bisa naik” melewati level tertentu walaupun proses fabrikasinya dibuat sangat sempurna.

Dan ada satu fakta lain yang lebih mendasar: spektrum matahari itu luas, tetapi silikon hanya menyerap bagian tertentu saja. Artinya, masih ada bagian energi matahari yang melewati perangkat tanpa pernah berubah menjadi listrik.

Di titik ini, kita mulai melihat kenapa generasi baru sel surya masih dicari. Bukan karena silikon buruk, tetapi karena silikon punya batas alami.

Lalu masuklah konsep material maju dan nanoteknologi.

Skala nano membuka peluang karena ketika ukuran material diperkecil, sifat elektronik dan optiknya bisa berubah. Sistem energi yang biasanya “fixed” pada material bulk mulai bisa direkayasa. Kita bisa mengatur bandgap, mengatur jalur transport, mengatur interaksi cahaya-materi, bahkan mengatur bagaimana muatan terbentuk dan bergerak.

Tapi di sini muncul tantangan yang tidak selalu disadari orang: semakin “baru” materialnya, semakin rumit perilaku muatannya.

Dalam silikon kristalin, pembawa muatan (elektron dan hole) bisa dianggap cukup bebas setelah terbentuk. Tetapi pada banyak sel surya generasi baru—misalnya sel surya polimer—ceritanya tidak sesederhana itu. Yang pertama terbentuk sering bukan elektron bebas, tetapi pasangan elektron-hole yang masih terikat, yang dikenal sebagai eksiton.

Eksiton ini punya energi ikat cukup kuat sehingga ia tidak otomatis terpisah menjadi muatan bebas. Ini membuat banyak sel surya generasi baru harus memakai pasangan material donor-akseptor, agar eksiton bisa dipisahkan dan menghasilkan pembawa muatan yang bisa mengalir sebagai arus.

Di titik ini, kualitas sebuah sel surya tidak lagi ditentukan hanya oleh “seberapa banyak cahaya yang diserap,” tetapi oleh pertanyaan yang lebih menentukan:

• seberapa efektif eksiton bisa dipisahkan,

• seberapa cepat muatan bisa bergerak,

• seberapa kecil peluang muatan hilang sebelum diekstrak.

Inilah mengapa topik transport pembawa muatan menjadi kunci. Banyak material bisa dibuat menyerap cahaya dengan baik. Tapi tidak semua material bisa membawa muatan keluar dengan efisien. Dan di industri photovoltaic, kemampuan membawa muatan ini sering menjadi pembeda antara teknologi yang sukses secara komersial dan teknologi yang hanya bagus di makalah riset.

Dengan kata lain, sel surya generasi baru tidak cukup “lebih modern.” Ia harus menyelesaikan masalah paling dasar: bagaimana memastikan muatan bergerak sampai keluar sebelum mati di tengah jalan.

 

3. Eksiton, Donor–Akseptor, dan Kenapa Sel Surya Polimer Punya Karakter Berbeda

Kalau sel surya silikon terasa “lurus” ceritanya—foton masuk, elektron terlepas, lalu arus keluar—maka sel surya generasi baru sering punya plot yang lebih rumit. Bukan karena desainnya sengaja dibuat sulit, tetapi karena sifat materialnya memang berbeda sejak level paling dasar: bagaimana muatan lahir.

Pada silikon kristalin, setelah cahaya diserap, elektron dan hole relatif mudah dianggap sebagai pembawa muatan bebas. Mereka bisa bergerak dan dipisahkan oleh medan listrik internal sambungan p–n. Sistem ini sudah dipahami puluhan tahun, dan karena itulah silikon menjadi “stabil” secara industri.

Tetapi pada sel surya polimer, pembentukan muatan sering tidak langsung menghasilkan elektron bebas.

Yang muncul pertama kali adalah pasangan elektron–hole yang masih terikat—itulah eksiton. Eksiton ini bukan sekadar istilah tambahan, tapi sumber utama kenapa sel surya polimer tidak bisa diperlakukan seperti silikon. Energi ikat eksiton pada material organik cenderung lebih kuat, sehingga ia tidak otomatis pecah menjadi muatan bebas. Kalau eksiton tidak pecah, tidak ada arus yang bisa diekstrak.

Di sinilah konsep donor–akseptor menjadi krusial.

Sel surya polimer biasanya memakai struktur heterojunction: material donor yang menyerap cahaya dipasangkan dengan material akseptor yang punya kecenderungan menerima elektron. Tujuannya bukan sekadar “campur dua bahan,” tetapi menciptakan titik temu energi yang memaksa eksiton terpisah: elektron pindah ke akseptor, hole tetap di donor.

Proses ini membuat sel surya polimer punya karakter yang sangat khas:

• ia butuh antarmuka donor–akseptor yang cukup luas agar peluang eksiton bertemu “jalan keluar” makin besar,

• ia butuh morfologi yang tepat, karena antarmuka yang bagus tapi jalur transportnya putus-putus tetap tidak menghasilkan arus optimal,

• ia sangat sensitif terhadap skala nano, karena panjang difusi eksiton itu terbatas dan harus “menemukan antarmuka” sebelum rekombinasi.

Di sinilah istilah skala nano menjadi nyata, bukan kosmetik.

Sering kali orang membayangkan nano hanya sebagai ukuran kecil yang terdengar futuristik. Padahal pada sel surya generasi baru, nano itu adalah syarat kerja. Karena proses penting di sel surya organik terjadi pada rentang ruang yang sangat pendek dan waktu yang sangat cepat. Skala nano bukan aksesori, tapi arena tempat efisiensi ditentukan.

Dan ini menjelaskan kenapa sel surya polimer tidak bisa hanya dinilai dari seberapa banyak ia menyerap cahaya. Ia harus dinilai dari seberapa bagus ia mengubah eksiton menjadi pembawa muatan bebas, dan seberapa cepat pembawa muatan itu keluar sebelum hilang.

Di titik ini, sel surya generasi baru bukan lagi persoalan “material baru,” tapi persoalan “mekanisme baru.”

 

4. Transport Pembawa Muatan: Bottleneck yang Menentukan Efisiensi, Stabilitas, dan Masa Depan PV Generasi Baru

Ada satu kesan yang sering menipu dalam teknologi sel surya: seolah-olah masalah utama adalah penyerapan cahaya. Padahal di banyak sistem generasi baru, menyerap cahaya bukan bagian tersulit. Yang lebih sulit adalah menjaga hasil penyerapan itu tetap hidup sampai menjadi arus listrik.

Di sinilah transport pembawa muatan mengambil panggung utama.

Transport pembawa muatan berarti perjalanan elektron dan hole setelah mereka terbentuk. Di atas kertas, ceritanya sederhana: muatan bergerak ke elektroda, lalu keluar sebagai arus. Tetapi di dalam material nyata, perjalanan itu penuh risiko.

Muatan bisa mengalami rekombinasi (hilang sebelum keluar), bisa terjebak dalam cacat struktur, bisa kehilangan jalur karena morfologi yang tidak mendukung, atau bisa tertahan di antarmuka yang seharusnya menjadi “jalan tol” tetapi malah menjadi “kemacetan.”

Dan perbedaan terbesar antara sel surya silikon dan sel surya generasi baru sering ada di sini: jalur transport.

Pada silikon kristalin yang kualitasnya tinggi, jalur transport relatif bersih. Sementara pada material organik atau nano-komposit, jalur transport sering seperti kota tanpa tata ruang yang rapi: ada rute cepat, ada jalan buntu, ada hambatan, dan ada area yang membuat muatan berhenti terlalu lama.

Itulah kenapa kinetika transport pembawa muatan menjadi kata kunci.

Kinetika bukan hanya berbicara “muatan bergerak atau tidak,” tetapi seberapa cepat ia bergerak dibanding seberapa cepat ia mati. Kalau muatan bergerak lambat, ia punya peluang besar untuk hilang. Kalau muatan bergerak cepat, peluang berhasil diekstrak meningkat.

Di sini kita bisa membaca efisiensi sel surya generasi baru sebagai pertandingan dua waktu:

• waktu yang dibutuhkan muatan untuk sampai ke elektroda,

• waktu hidup muatan sebelum rekombinasi.

Kalau waktu hidup lebih pendek daripada waktu perjalanan, sistem kalah.

Dan ini menjelaskan kenapa banyak riset generasi baru fokus pada hal-hal seperti mobilitas muatan, trap density, peran domain donor–akseptor, serta struktur nano yang dapat mengarahkan pergerakan muatan agar lebih “langsung.”

Yang menarik, transport muatan juga terkait erat dengan stabilitas.

Banyak sel surya generasi baru tampak menjanjikan saat awal, tetapi performanya menurun ketika dipakai lebih lama. Ini sering bukan hanya masalah degradasi material akibat cahaya, tetapi juga perubahan mikrostruktur yang mengganggu jalur transport. Jalur yang awalnya kontinu bisa berubah menjadi terputus. Antarmuka donor–akseptor bisa mengalami reorganisasi. Dan ketika jalur transport berubah, efisiensi turun bahkan kalau materialnya masih bisa menyerap cahaya.

Di titik ini, transport muatan bukan hanya menentukan efisiensi, tetapi menentukan umur teknologi.

Kalau Indonesia ingin mengembangkan sel surya generasi baru secara serius, maka fokusnya tidak bisa hanya pada pencarian material yang murah atau mudah dibuat. Fokusnya harus pada kemampuan membuat sistem yang stabil: muatan lahir dengan efektif, bergerak dengan cepat, dan bertahan cukup lama untuk diekstrak.

Karena pada akhirnya, teknologi photovoltaic bukan lomba “siapa paling inovatif di lab,” tetapi lomba siapa yang bisa menghasilkan perangkat yang bekerja konsisten di dunia nyata.

Dan itulah mengapa eksplorasi material maju selalu harus berjalan bersama kinetika transport pembawa muatan. Dua hal ini seperti pasangan yang tidak bisa dipisahkan: material memberi potensi, transport memberi realisasi.

 

5. Strategi Rekayasa Material Maju: Domain Nano, Plasmonik, dan “Menjinakkan” Kerugian Energi

Setelah kita paham bahwa sel surya generasi baru sering kalah bukan karena kurang menyerap cahaya, tetapi karena muatannya sulit bergerak dan mudah hilang, maka pertanyaannya berubah: apa strategi yang bisa dipakai untuk memperbaikinya?

Di sinilah rekayasa material maju masuk sebagai pendekatan yang lebih serius daripada sekadar “mencoba bahan baru.”

Karena dalam teknologi photovoltaic, ada pola yang hampir selalu berulang: material baru membawa potensi, tetapi potensi itu hanya menjadi nyata kalau struktur perangkatnya dibuat mendukung. Dan dukungan itu sering terjadi di level nano—di level yang tidak terlihat mata, tetapi menentukan jalur energi.

Salah satu strategi utama adalah rekayasa morfologi donor–akseptor.

Tujuan morfologi di sini sebenarnya sangat pragmatis:

• antarmuka donor–akseptor harus cukup luas supaya eksiton cepat terpisah,

• tetapi domainnya juga harus cukup kontinu supaya elektron dan hole punya jalur jelas ke elektroda.

Ini seperti desain kota: kita butuh banyak pintu keluar, tetapi kita juga butuh jalan raya yang nyambung. Terlalu banyak antarmuka tapi jalurnya putus-putus membuat muatan terjebak. Terlalu sedikit antarmuka membuat eksiton mati sebelum terpisah.

Di sinilah tantangan sel surya generasi baru terlihat sangat “detail.” Ia bukan permainan ide besar, tetapi permainan keseimbangan.

Strategi berikutnya adalah memperbaiki kualitas transport lewat pengurangan trap.

Trap bisa dianggap sebagai “lubang kecil” tempat muatan terjatuh dan tidak bisa keluar. Trap ini bisa muncul karena cacat struktur, ketidakteraturan rantai polimer, ketidakseragaman ukuran domain, atau gangguan lain pada material. Ketika trap tinggi, mobilitas muatan turun dan rekombinasi meningkat.

Maka banyak penelitian mengarah pada:

• pemurnian material,

• pengaturan kondisi fabrikasi,

• penggunaan aditif tertentu untuk mengatur self-assembly,

• hingga rekayasa lapisan antarmuka agar injeksi dan ekstraksi muatan lebih halus.

Namun ada strategi lain yang terasa lebih “ambisius,” yaitu memanipulasi cahaya itu sendiri.

Salah satu gagasan yang sering muncul dalam material nano adalah plasmonik.

Plasmonik secara singkat adalah fenomena ketika nanopartikel logam (misalnya emas atau perak pada skala tertentu) dapat memperkuat medan elektromagnetik lokal saat terkena cahaya. Dalam konteks sel surya, hal ini bisa meningkatkan penyerapan cahaya pada lapisan aktif tanpa harus menambah ketebalan material.

Kenapa ketebalan penting? Karena semakin tebal lapisan aktif, semakin banyak cahaya yang diserap, tetapi semakin sulit muatan keluar. Ini dilema klasik: penyerapan butuh ketebalan, transport butuh tipis.

Plasmonik menawarkan jalan kompromi: penyerapan bisa diperkuat tanpa harus menambah jarak transport terlalu jauh.

Tentu pendekatan ini tidak selalu mudah. Menempatkan nanopartikel logam secara sembarangan bisa menimbulkan efek sebaliknya: meningkatkan rekombinasi, menciptakan jalur rugi baru, atau merusak stabilitas. Tetapi secara konsep, ini menunjukkan bagaimana material maju berusaha menyelesaikan dua masalah sekaligus: menangkap cahaya lebih banyak, tetapi menjaga transport tetap singkat.

Ada juga strategi yang lebih sistemik, yaitu memikirkan generasi sel surya tidak sebagai “satu perangkat tunggal,” tetapi sebagai platform.

Contohnya tandem solar cell, di mana beberapa lapisan dengan bandgap berbeda digabungkan agar spektrum matahari bisa dimanfaatkan lebih luas. Dengan tandem, energi matahari yang biasanya terbuang di satu lapisan bisa ditangkap di lapisan lain. Ini salah satu strategi untuk menembus batas efisiensi sel surya tunggal.

Namun sekali lagi, begitu strategi ini diterapkan, tantangan transport muncul lagi, bahkan lebih kompleks. Karena muatan bukan hanya harus bergerak di satu lapisan, tetapi harus sinkron antar lapisan. Dan sinkronisasi antar lapisan ini menuntut kualitas antarmuka yang lebih presisi.

Pada titik ini, kita bisa melihat bahwa strategi rekayasa material maju bukan hanya menambah fitur baru, tetapi mengurangi rugi-rugi fundamental.

Dan rugi fundamental di sel surya generasi baru sering berkaitan dengan:

• eksiton yang gagal terpisah,

• muatan yang bergerak terlalu lambat,

• muatan yang hilang karena rekombinasi,

• serta jalur ekstraksi yang tidak efisien.

Maka perkembangan sel surya generasi baru bukan hanya cerita “panel masa depan,” tetapi cerita bagaimana kita menata ulang perjalanan energi dari foton menjadi arus listrik, agar tidak bocor di tengah jalan.

 

6. Kesimpulan: Sel Surya Generasi Baru Menang Jika Transport Muatannya Menang

Sel surya generasi baru sering datang dengan janji besar: lebih fleksibel, lebih ringan, lebih murah diproduksi, dan lebih adaptif untuk aplikasi modern. Tetapi janji itu tidak otomatis menjadi kenyataan. Karena pada akhirnya, ukuran keberhasilan sel surya tetap sama: berapa banyak energi matahari yang benar-benar keluar sebagai listrik.

Dan dalam pembahasan ini, kita bisa melihat satu kesimpulan yang terasa kuat: kualitas transport pembawa muatan sering menjadi penentu utama.

Silikon generasi pertama mendominasi bukan hanya karena ia bisa menyerap cahaya, tetapi karena jalur muatannya relatif “bersih.” Ketika muatan terbentuk, ia bisa bergerak dan diekstrak dengan cukup efisien. Sementara dalam sel surya organik atau sistem nano-material lain, penyerapan cahaya mungkin bisa dibuat tinggi, tetapi perjalanan muatan sering menjadi bottleneck.

Eksiton muncul sebagai tantangan khas material organik. Ia harus dipisahkan dengan desain donor–akseptor yang tepat. Tetapi setelah pemisahan terjadi, tantangan berikutnya langsung muncul: muatan harus bergerak cepat, tidak terjebak, dan tidak mati sebelum mencapai elektroda.

Karena itu, meningkatkan performa sel surya generasi baru bukan hanya soal memilih material baru, tetapi menyusun sistem yang membuat muatan bisa hidup lebih lama daripada waktu yang ia butuhkan untuk keluar.

Dan di sinilah rekayasa material maju bekerja: mengatur morfologi, mengurangi trap, memperbaiki antarmuka, memperkuat penyerapan lewat strategi optik seperti plasmonik, bahkan menggabungkan beberapa lapisan lewat pendekatan tandem.

Namun semua itu mengarah ke tujuan yang sama: mengurangi rugi-rugi yang membuat energi hilang.

Jika Indonesia ingin bergerak menuju kemandirian energi surya, maka proyeknya bukan hanya menambah instalasi panel. Proyeknya adalah membangun kemampuan memahami material, memahami mekanisme muatan, dan membangun perangkat yang stabil di iklim nyata.

Sel surya generasi baru akan menjadi teknologi yang memenangkan masa depan bukan karena terlihat modern, tetapi karena ia mampu mengubah foton menjadi arus dengan cara yang lebih efektif dan lebih tahan lama.

Dan untuk itu, kunci paling senyap tetapi paling menentukan tetap sama: transport pembawa muatan.

 

 

Daftar Pustaka

Hidayat, R. (2024). Eksplorasi material maju untuk sel surya generasi baru: Kinetika transport pembawa muatan. Orasi Ilmiah Guru Besar, Institut Teknologi Bandung.

Green, M. A. (2020). Solar cells: Operating principles, technology, and system applications. University of New South Wales.

Brabec, C. J., Gowrisanker, S., Halls, J. J. M., Laird, D., Jia, S., & Williams, S. P. (2010). Polymer–fullerene bulk-heterojunction solar cells. Advanced Materials, 22(34), 3839–3856.

Scharber, M. C., & Sariciftci, N. S. (2013). Efficiency of bulk-heterojunction organic solar cells. Progress in Polymer Science, 38(12), 1929–1940.

Atwater, H. A., & Polman, A. (2010). Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature Materials, 9(3), 205–213.

1. Pendahuluan

Indonesia sering menyebut dirinya negara maritim, tetapi ada satu pertanyaan yang jarang diajukan secara jujur: sejauh mana kita benar-benar “punya laut” dalam arti pengetahuan? Punya laut secara geografis itu fakta. Tapi punya laut secara data adalah hal yang berbeda. Yang satu diwarisi, yang satu harus dibangun.

Dalam industri maritim modern, laut bukan hanya ruang kosong tempat kapal lewat. Laut adalah ruang kerja. Dan ruang kerja butuh peta, butuh standar, butuh sistem navigasi, butuh kepastian kedalaman, butuh informasi arus, gelombang, pasang surut, sampai karakter dasar perairan. Tanpa itu, operasi maritim berjalan dengan risiko yang terlalu besar, dan setiap risiko besar biasanya berujung pada dua hal: kerugian ekonomi dan krisis keselamatan.

Di titik ini, hidrografi muncul bukan sebagai ilmu yang “teknis banget,” tetapi sebagai fondasi dari semua aktivitas maritim. Hidrografi adalah disiplin yang memastikan kita tahu apa yang ada di bawah permukaan, dengan ketelitian yang cukup untuk membuat keputusan.

Dan keputusan itu tidak pernah kecil.

Kesalahan informasi kedalaman misalnya, tidak selalu terlihat dramatis di awal, tetapi dampaknya bisa fatal. Kapal bisa kandas, operasi pelabuhan bisa terganggu, jalur pelayaran bisa tidak aman, dan proyek infrastruktur pesisir bisa salah desain. Dalam skala industri, satu kesalahan data bisa memicu kerugian yang nilainya jauh lebih mahal daripada biaya survei itu sendiri.

Orasi ini membingkai hidrografi sebagai prasyarat penting untuk memperkuat industri maritim Indonesia. Bukan sekadar sebagai pelengkap, tetapi sebagai sektor pemantik: sesuatu yang ukurannya mungkin tidak sebesar energi atau pertahanan, tetapi tanpa dia sektor besar lain bisa macet.

Artikel ini akan membahas hidrografi dengan gaya naratif-analitis: mulai dari definisinya, bagaimana survei kedalaman berkembang, mengapa kedalaman laut tidak sesederhana yang terlihat, sampai bagaimana Indonesia seharusnya bergerak menuju satu visi yang menarik dan sangat strategis: “kembaran digital” laut Indonesia.

 

2. Hidrografi Itu Bukan Sekadar Mengukur Kedalaman: Ia Mengukur Risiko, Lalu Mengubahnya Menjadi Keamanan

Kalau kita ambil definisi paling dasar, hidrografi memang terlihat sederhana: ilmu pengukuran di laut dan badan air lain seperti sungai dan danau, terutama pada wilayah yang dapat dilayari kapal. Tetapi kalau berhenti di definisi itu, hidrografi terdengar seperti kegiatan teknis rutin.

Padahal hidrografi tidak berdiri untuk memuaskan rasa ingin tahu. Hidrografi berdiri untuk memastikan keselamatan.

Survei hidrografi dilakukan untuk mendapatkan data kedalaman, tapi itu baru permukaan. Dalam praktiknya, survei hidrografi juga mengumpulkan informasi pendukung seperti tinggi muka laut, gelombang, arus, serta sifat fisik air laut seperti suhu dan salinitas. Semua informasi ini seperti potongan puzzle. Kalau salah satu potongan hilang, gambarnya tidak utuh. Dan kalau gambarnya tidak utuh, keputusan di lapangan akan sangat rapuh.

Di sinilah kita bisa melihat mengapa peta navigasi laut (nautical chart) menjadi produk yang punya nilai tinggi. Peta navigasi bukan peta biasa. Ia adalah peta yang harus bisa diandalkan dalam kondisi terburuk sekalipun, karena peta itu dipakai ketika kapal mengandalkan data untuk menghindari bahaya pelayaran.

Yang sering tidak disadari publik, peta seperti ini tidak boleh dibuat asal. Ada standar internasional yang mengikatnya. Hidrografi tunduk pada standar dari International Hydrographic Organization (IHO). Bahkan pendidikan dan capaian pembelajaran dalam bidang hidrografi pun distandarkan. Ini menunjukkan bahwa hidrografi bukan cuma aktivitas pengukuran, tapi sistem yang menjaga konsistensi kualitas.

Kenapa standar ini ketat? Karena konsekuensi kecelakaan laut bisa terlalu besar untuk ditoleransi.

Dan kalau kita melihat sejarahnya, perkembangan survei hidrografi juga menunjukkan bagaimana industri ini lahir dari kebutuhan keselamatan.

Dulu, survei kedalaman dilakukan secara manual: rantai ukur dan pemberat. Teknologi ini tidak canggih, tapi logikanya jelas—mencari bahaya pelayaran, memastikan kapal tidak melintas di atas objek yang bisa merusak lambung. Lalu sejak era sonar dan echosounder, kemampuan survei berubah drastis. Kita tidak lagi “mengira-ngira” kedalaman, tapi mengukurnya lewat gelombang suara yang dipantulkan dasar laut. Teknologi ini berkembang dari single-beam menjadi multibeam echosounder, yang kini menjadi standar dalam banyak survei modern karena mampu menghasilkan cakupan data yang lebih luas dan detail.

Yang menarik, survei berbasis cahaya juga mulai muncul sebagai alternatif. Artinya, teknologi hidrografi masih berkembang dan belum selesai. Hidrografi bukan ilmu yang “selesai dikerjakan.” Ia bergerak mengikuti kebutuhan industri, perkembangan sensor, dan tuntutan presisi.

Namun seiring teknologi berkembang, tuntutan kita juga naik.

Dulu, mungkin kita cukup dengan tahu “jalur aman.” Sekarang, kebutuhan industri maritim jauh lebih besar: pembangunan pelabuhan, kabel bawah laut, eksplorasi energi lepas pantai, reklamasi, pengerukan, hingga operasi pertahanan. Semua itu membutuhkan data yang bukan hanya ada, tetapi benar.

Dan di sinilah hidrografi menjadi jantung: karena tanpa data bawah laut yang presisi, semua aktivitas itu berjalan seperti operasi besar dengan mata tertutup.

 

3. Kedalaman Itu Tidak Sesederhana Angka: Datum Hidrografi, Pasang Surut, dan Risiko Kesalahan yang Tidak Kelihatan

Kita sering menganggap kedalaman laut sebagai data yang paling “objektif.” Seolah-olah kedalaman itu hanya jarak dari permukaan sampai dasar, lalu selesai. Padahal hidrografi punya cara pandang yang jauh lebih ketat: kedalaman itu bukan hanya angka, tapi hasil pengukuran yang selalu punya konteks.

Karena definisi kedalaman sendiri sudah membawa dua sumber masalah.

Pertama, masalah di permukaan: muka laut bergerak terus. Pasang surut membuat permukaan laut naik-turun setiap saat. Gelombang menambah fluktuasi, angin membuat dinamika tambahan, dan kondisi lokal bisa memperumit semuanya. Akibatnya, mengukur kedalaman di jam A dan jam B bisa menghasilkan angka yang berbeda, padahal lokasinya sama.

Ini bukan kesalahan alat. Ini sifat alam.

Maka kalau kita ingin kedalaman menjadi data yang bisa dipakai untuk navigasi dan desain, kita harus menetapkan titik acuan. Dalam hidrografi, titik acuan ini dikenal sebagai datum hidrografi, yang pada praktiknya sering diletakkan sedikit di bawah kedudukan air terendah. Logikanya jelas: kalau acuan diletakkan di level yang paling rendah, maka angka kedalaman yang ditampilkan akan cenderung “aman” untuk pelayaran.

Kedalaman tidak lagi bergantung pada “hari ini pasang atau surut,” tetapi diturunkan ke bidang acuan yang stabil.

Namun langkah ini membawa tantangan lain: bagaimana menetapkan bidang acuan itu secara utuh, terutama di area yang jauh dari stasiun pengamatan pasang surut. Di wilayah pesisir yang dekat daratan, kita bisa memasang alat ukur permanen. Tapi di lepas pantai atau wilayah terpencil, strategi itu tidak selalu realistis.

Di sinilah perubahan zaman terasa. Data satelit altimetri mulai dipakai untuk membantu kelangkaan informasi tinggi muka laut. Artinya, hidrografi modern tidak bisa lagi hanya mengandalkan pengukuran lokal, tetapi harus memadukan pengamatan langsung dan observasi global agar permukaan datum bisa “mulus” dan bisa digunakan secara luas.

Yang menarik, bagian ini menunjukkan bahwa hidrografi bukan ilmu yang selesai. Bahkan isu yang terlihat sederhana seperti “bidang acuan kedalaman” masih membutuhkan riset, eksperimen, pemodelan, dan pembelajaran berulang. Kadang riset tidak mulus, kadang publikasi ditolak, tetapi proses itu sendiri justru memperlihatkan apa yang membuat hidrografi kredibel: ia bekerja melalui pembuktian, bukan melalui asumsi.

Dan pada akhirnya, semua itu mengarah pada satu hal: keselamatan pelayaran bukan urusan keberuntungan, tetapi urusan konsistensi data.

 

4. Dasar Laut Lunak dan Kesalahan Sistemik: Mengapa Sonar Tidak Selalu “Jujur”

Setelah masalah di permukaan, ada masalah kedua yang diam-diam lebih sulit: masalah di dasar laut.

Selama ini kita percaya sonar karena terlihat “ilmiah”: gelombang suara dipancarkan, lalu dipantulkan dasar laut, lalu jaraknya dihitung. Metode ini memang menjadi standar dan berkembang pesat—dari echosounder awal sampai multibeam echosounder yang mampu menghasilkan data lebih rapat dan detail.

Tetapi di lapangan, sonar punya kelemahan yang tidak selalu disadari orang awam: ia membutuhkan batas yang jelas untuk memantulkan sinyal.

Jika dasar perairan keras, sonar bekerja sangat baik. Pantulannya tegas, batas air–dasar terlihat jelas. Tetapi jika dasar perairan terdiri dari sedimen lunak, batasnya bisa “abu-abu.” Sonar bisa kesulitan membedakan mana kolom air dan mana sedimen, karena sedimen lunak tidak memantulkan seperti batuan keras.

Akibatnya, yang terjadi bukan sekadar noise kecil, tetapi potensi kesalahan sistemik.

Dan kesalahan sistemik adalah jenis kesalahan yang paling berbahaya, karena ia konsisten tapi salah. Ia bisa membuat orang percaya bahwa datanya benar, padahal kedalaman yang dipakai adalah kedalaman versi alat, bukan kedalaman versi realitas fisik.

Untuk mengatasi kondisi seperti ini, pendekatannya tidak bisa hanya “ganti alat yang lebih mahal.” Diperlukan kriteria kedalaman fisik yang lebih jelas, dibantu oleh instrumen khusus seperti penetrometer serta analisis sedimen. Dengan kata lain, kita perlu mengikat data sonar pada definisi dasar yang bisa dipertanggungjawabkan.

Di sinilah riset hidrografi terlihat bukan sebagai hobi akademik, tetapi sebagai penopang keputusan industri. Karena dalam orasi ini disebutkan bahwa riset seperti ini bahkan menjadi pertimbangan bagi otoritas pelabuhan dalam desain konstruksi—misalnya untuk perancangan tiang pancang pemecah gelombang dan penentuan volume keruk.

Ini poin yang penting: data kedalaman bukan sekadar dipakai untuk peta, tetapi dipakai untuk proyek fisik bernilai besar.

Lebih jauh lagi, data kedalaman yang akurat akan membentuk batimetri yang akurat. Dan batimetri yang akurat akan meningkatkan kualitas model arus, karena model arus sangat sensitif terhadap bentuk dasar perairan. Artinya, satu kesalahan pada data kedalaman bisa merembet menjadi kesalahan pada prediksi arus.

Ini efek domino yang sering tidak disadari.

Ketika kita bicara laut, kita jarang membayangkan bahwa satu angka kedalaman bisa memengaruhi simulasi, desain, dan keselamatan. Tetapi dalam sistem maritim modern, semuanya saling terhubung. Kedalaman → batimetri → model arus → desain pelabuhan → keselamatan operasional.

Dan di titik itulah hidrografi menjadi ilmu yang diam-diam menentukan nasib industri.

 

5. Industri Hidrografi Indonesia: Pasarnya Besar, Tapi Sering Tidak Dianggap “Sektor Utama”

Ada satu ironi menarik dalam dunia maritim: sektor yang paling menentukan keselamatan dan kelancaran operasi justru sering tidak terlihat sebagai “industri besar.” Hidrografi adalah contoh paling jelas.

Kalau orang bicara industri maritim, biasanya yang muncul di kepala adalah tiga raksasa: energi, perkapalan, dan pertahanan. Itu memang benar. Nilai ekonominya besar, aktornya besar, dampaknya terasa langsung. Tetapi di balik semua itu ada satu sektor yang ukurannya lebih kecil, tetapi fungsinya seperti premis awal: survei laut dan hidrografi.

Dalam logika industri, hidrografi ini mirip seperti fondasi rumah. Ukurannya tidak sebesar bangunan utamanya, tapi kalau fondasinya rapuh, bangunan di atasnya akan bermasalah.

Yang menarik, industri hidrografi justru punya ukuran bisnis yang tidak kecil. Dalam kajian yang dilakukan beberapa tahun sebelum pandemi, nilai bisnis jasa hidrografi di Indonesia disebut mencapai puluhan juta dolar Amerika per tahun, dan cenderung meningkat pasca jatuhnya harga minyak dunia sekitar 2015. Dalam struktur biayanya, bahkan ada komponen yang sangat “menguras”: logistik kapal yang dapat mengambil porsi besar, sementara sisanya digunakan untuk teknologi dan SDM.

Ini penting karena memberikan gambaran yang lebih jujur: hidrografi bukan hanya soal alat ukur, tapi soal operasi lapangan yang mahal. Kapal bukan sekadar kendaraan, tetapi platform kerja, sekaligus faktor biaya terbesar.

Dari sisi pasar, sektor energi lepas pantai—terutama minyak dan gas—sering menjadi pembeli terbesar jasa hidrografi. Setelah itu barulah sektor lain mengikuti, seperti pemasangan kabel laut, pengerukan, pemetaan, hingga reklamasi. Artinya, hidrografi punya posisi yang sangat dekat dengan proyek-proyek bernilai besar. Dan karena posisinya dekat dengan proyek bernilai besar, maka akurasi data hidrografi menjadi penentu apakah investasi itu berjalan aman atau tidak.

Di titik ini, hidrografi bukan sekadar “jasa ukur.” Hidrografi adalah jaminan risiko.

Masalahnya, posisi enabling sector seperti ini sering membuat hidrografi kurang mendapat sorotan. Ia tidak terlihat seperti proyek fisik besar. Ia jarang menjadi headline. Padahal tanpa dia, sektor yang lebih besar bisa terganggu.

Dan ini juga menjadi alasan mengapa industri hidrografi seharusnya tidak diperlakukan sebagai sektor pinggiran. Ia perlu dipahami sebagai sektor strategis yang menjaga kerja industri maritim tetap stabil.

Kalau Indonesia serius ingin menjadi negara maritim yang bukan hanya besar secara wilayah, tapi juga besar secara kemampuan, maka tenaga ahli hidrografi, teknologi survei, kualitas standar, dan sistem data harus diperlakukan sebagai aset nasional, bukan hanya sebagai kebutuhan proyek per proyek.

 

6. “Kembaran Digital” Laut Indonesia: Visi Besar yang Harus Dimulai dari Data, Standar, dan Tata Kelola

Di bagian akhir, orasi ini membawa sebuah cita-cita yang sebenarnya sangat modern, tetapi masuk akal untuk negara seperti Indonesia: Indonesia perlu memiliki “kembaran digital” lautnya sendiri.

Kembaran digital di sini bukan sekadar peta digital yang cantik. Ia adalah sistem yang memungkinkan pengambilan keputusan cepat dan akurat, terutama untuk keselamatan operasi maritim dan keamanan investasi, karena basis datanya terus diperbarui.

Dalam dunia industri hari ini, keputusan tidak bisa menunggu data dikumpulkan ulang dari nol setiap kali terjadi masalah. Operator pelabuhan, perusahaan energi, instansi pertahanan, atau pemerintah daerah membutuhkan sistem yang bisa dipakai cepat: kondisi batimetri terakhir, perubahan sedimentasi, risiko navigasi, sampai informasi pasang surut yang bisa diprediksi.

Namun cita-cita ini tidak mungkin dibangun hanya dengan teknologi sensor. Ia butuh perubahan cara pandang tentang apa itu hidrografi modern.

Hidrografi modern tidak bisa lagi dipahami sekadar sebagai “orang yang mengukur dan menggambar peta.” Hidrografi modern harus bertumpu pada:

• data digital, termasuk metadata yang rapi

• basis data dan sistem pengelolaan data

• teknologi sensor dan teknologi data

• pengolahan data besar dan komputasi

• penggunaan standar dan pengembangan standar

• keterlibatan dalam kebijakan dan tata kelola hidrografi

Di sini kita melihat bahwa “kembaran digital” laut sebenarnya adalah proyek nasional berbasis ekosistem, bukan proyek alat.

Karena kembaran digital butuh data yang konsisten. Data yang konsisten butuh standar. Standar butuh institusi yang menjaga kualitasnya. Dan institusi butuh SDM yang mampu bekerja lintas disiplin: geodesi, oseanografi, teknik pantai, ilmu data, hingga regulasi.

Yang membuat gagasan ini terasa sangat penting adalah skalanya.

Indonesia bukan negara dengan satu garis pantai sederhana. Indonesia adalah negara kepulauan dengan ribuan pulau dan kompleksitas pesisir yang ekstrem. Kita punya teluk sempit, selat, perairan dangkal, jalur pelayaran padat, daerah rawan sedimentasi, daerah rawan tsunami, serta wilayah-wilayah yang secara geopolitik juga sensitif.

Kalau laut Indonesia tidak punya “kembaran digital” yang terus diperbarui, maka banyak keputusan akan terus dibuat seperti masa lalu: berdasarkan data yang sudah tua, berdasarkan asumsi, atau berdasarkan peta yang tidak cukup presisi untuk operasi modern.

Padahal industri maritim tidak bisa menunggu kita siap.

Industri maritim akan berjalan. Kapal akan tetap melintas. Investasi akan tetap masuk. Pertanyaannya hanya satu: apakah kita mengelolanya dengan sistem, atau kita biarkan ia berjalan dengan risiko yang kita tidak sepenuhnya pahami.

Dan di situlah hidrografi menjadi kunci.

Karena dengan hidrografi yang maju, Indonesia bukan hanya memiliki laut dalam arti wilayah, tetapi memiliki laut dalam arti pengetahuan. Dan pengetahuan itu adalah syarat minimum untuk membangun industri maritim yang kuat.

 

 

Daftar Pustaka

Poerbandono. (2024). Hidrografi yang maju sebagai kondisi prasyarat untuk penguatan industri maritim Indonesia. Orasi Ilmiah Guru Besar, Institut Teknologi Bandung.

International Hydrographic Organization. (2022). IHO standards for hydrographic surveys (S-44). International Hydrographic Organization.

NOAA. (2017). Hydrographic surveys specifications and deliverables. National Oceanic and Atmospheric Administration.

JCG (Japan Coast Guard). (2019). Hydrographic and oceanographic services: Technical overview. Japan Coast Guard.

1. Pendahuluan

Di banyak percakapan publik, industri pertambangan dan metalurgi sering hadir dalam dua wajah ekstrem. Di satu sisi, ia dipuji sebagai tulang punggung ekonomi: memberi devisa, membuka lapangan kerja, dan menopang rantai industri dari hulu ke hilir. Di sisi lain, ia dicurigai sebagai sumber kerusakan: polusi, limbah, lubang tambang, konflik sosial, dan bentang alam yang berubah permanen.

Dua wajah ini sebenarnya lahir dari akar yang sama: industri tambang itu besar, dan yang besar selalu meninggalkan jejak. Jejaknya bisa berupa kemajuan ekonomi, tapi juga bisa berupa residu kimia dan risiko lingkungan yang sulit dibersihkan.

Masalahnya, selama bertahun-tahun, cara kita menyelesaikan jejak itu sering terasa repetitif. Logikanya hampir selalu “tambang dulu, urus limbah belakangan.” Padahal pada skala industri modern, limbah bukan sekadar efek samping. Limbah adalah bagian dari proses. Dan kalau limbah adalah bagian dari proses, maka solusi terbaik adalah membuatnya bisa dikelola sejak awal, bukan menambal setelah terjadi.

Dalam orasi ilmiah ini, Prof. Siti Khodijah Chaerun menempatkan biometalurgi sebagai salah satu jawaban yang lebih rasional untuk dilema tersebut: bagaimana industri tetap berjalan, tetapi beban lingkungannya tidak terus menumpuk. Biometalurgi diposisikan sebagai teknologi yang berpotensi mendukung praktik green and smart mining and metallurgical processes—sebuah istilah yang pada intinya berarti industri tambang dan metalurgi harus mulai beroperasi secara lebih akuntabel, lebih efisien, dan lebih bersahabat dengan ekosistem.

Biometalurgi sendiri bukan konsep baru dalam arti ilmiah, tetapi ia terasa semakin relevan di Indonesia hari ini. Kita sedang berada dalam fase industrialisasi mineral yang agresif: nikel, bauksit, tembaga, hingga dorongan rantai pasok baterai kendaraan listrik. Di saat yang sama, tekanan lingkungan juga meningkat. Artinya, teknologi “yang sekadar bisa bekerja” tidak lagi cukup. Teknologi harus bisa bekerja sambil menurunkan risiko.

Artikel ini membahas biometalurgi sebagai pendekatan naratif-analitis: dari definisi dan posisi dalam rantai proses metalurgi, sampai contoh-contoh aplikasinya seperti bioleaching, bioflokulasi, bioremediasi air asam tambang, biokorosi, hingga biomineralisasi untuk carbon capture. Fokusnya bukan hanya menjelaskan konsep, tetapi menilai mengapa pendekatan biologis ini mulai tampak seperti kebutuhan, bukan pilihan tambahan.

 

2. Apa Itu Biometalurgi dan Mengapa Ia Mulai Terlihat Lebih “Waras” daripada Metode Konvensional

Kalau kita ingin memahami biometalurgi secara sederhana, kita bisa mulai dari cara berpikir yang paling jujur: metalurgi selalu melibatkan pemisahan. Kita mengambil material dari bumi, lalu memisahkan unsur yang kita mau dari unsur yang tidak kita mau. Dalam praktiknya, pemisahan ini dilakukan lewat beragam jalur: mineral processing, pirometalurgi, hidrometalurgi, pemurnian, lalu produk logam akhir.

Di setiap tahap itu, selalu ada dua hasil: produk utama dan sisa. Sisa inilah yang sering muncul sebagai masalah lingkungan: tailing, slag, air asam tambang, residu pengolahan, sedimen berbahaya, hingga emisi gas seperti CO₂ dan SO₂. Dalam orasi ini bahkan dijelaskan bahwa dampak lingkungan industri pertambangan dan metalurgi bisa mencakup polusi udara (emisi gas berbahaya dan partikulat), pencemaran tanah dan air karena pengelolaan limbah yang buruk, serta gangguan ekosistem perairan akibat akumulasi sedimen berbahaya.

Biometalurgi hadir dengan cara yang berbeda. Ia menawarkan pendekatan yang lebih “berproses perlahan tetapi lebih bersih,” karena menggunakan organisme hidup atau produk metaboliknya sebagai bagian dari proses metalurgi dan lingkungan.

Salah satu kekuatan biometalurgi adalah fleksibilitasnya: ia tidak hanya masuk di satu titik proses, tetapi bisa masuk di beberapa tahapan sekaligus.

Dalam orasi ini, proses metalurgi digambarkan sebagai tahapan yang dapat “dimasuki” biometalurgi pada beberapa titik:

• pada mineral processing melalui bioflokulasi dan bioflotasi,

• pada ekstraksi melalui biohidrometalurgi (termasuk bioleaching),

• pada pemurnian melalui biomineralisasi,

• pada fase operasi logam yang berhubungan dengan lingkungan melalui isu biokorosi,

• serta pada pengolahan limbah seperti tailing dan acid mine drainage melalui bioremediasi.

Cara membaca daftar itu sebenarnya sederhana: biometalurgi tidak memandang limbah sebagai “akhir,” tetapi sebagai input baru.

Di sinilah biometalurgi terasa lebih masuk akal dibanding metode konvensional tertentu. Metode kimia murni sering bekerja cepat dan terukur, tetapi biayanya mahal, bahan kimianya bisa berbahaya, dan residunya kadang menciptakan masalah baru. Metode biologis mungkin lebih lambat, tetapi ia bisa lebih selektif, lebih rendah energi, dan lebih ramah pada jalur pengolahan limbah.

Yang menarik, orasi ini memberikan contoh nyata bahwa pendekatan biologis tidak hanya “ide hijau.” Ada data yang menunjukkan efisiensinya.

Misalnya pada kasus pengolahan air asam tambang dari tambang batubara. Flokulan kimia disebut sangat mahal, tetapi penggunaan mikroba dan produk metaboliknya dapat menurunkan biaya secara signifikan, bahkan sampai sekitar sepersepuluh dari biaya bahan kimia. Tidak hanya itu, pendekatan ini juga mampu menaikkan pH ke rentang baku mutu (6–9) sekaligus menurunkan total suspended solid secara drastis dari sekitar 5.000 menjadi 16 mg/L, jauh di bawah standar baku mutu 200 mg/L.

Angka-angka ini penting karena menunjukkan bahwa “ramah lingkungan” tidak selalu berarti “lebih mahal.” Dalam beberapa kasus, justru lebih hemat.

Namun biometalurgi tidak selalu menjadi solusi instan. Ada tantangan biologis yang tidak bisa disederhanakan. Mikroba adalah sistem hidup: ia sensitif terhadap temperatur, pH, nutrisi, dan toksisitas. Itu sebabnya biometalurgi menuntut pendekatan rekayasa proses yang rapi. Ia tidak bisa hanya mengandalkan “mikroba bisa bekerja sendiri.” Mikroba tetap butuh sistem yang membuatnya bisa bekerja optimal.

Di titik ini, biometalurgi bukan sekadar ilmu mikrobiologi, tetapi kombinasi teknik metalurgi, kimia lingkungan, dan rekayasa proses.

 

3. Biohidrometalurgi: Ekstraksi Nikel, Rare Earth, dan Magnesium dari Sumber yang Selama Ini Dianggap Sisa

Salah satu bagian paling strategis dari biometalurgi adalah biohidrometalurgi, terutama melalui bioleaching. Dalam pendekatan ini, mikroba membantu melarutkan logam dari bijih atau residu sehingga logam bisa dipulihkan.

Bagi Indonesia, bagian ini sangat relevan karena kita sedang berada di era nikel.

Dalam orasi ini, disebutkan bahwa biohidrometalurgi dapat digunakan untuk mengekstraksi nikel dari bijih limonit dan saprolit. Dan ini punya konteks besar: Indonesia disebut sebagai nomor satu dalam nikel, dan posisi ini membuat kita menjadi target negara-negara yang membutuhkan pasokan nikel, terutama sejak program kendaraan listrik menjadi agenda global.

Yang membuat biohidrometalurgi menarik bukan hanya karena “bisa mengambil nikel,” tetapi karena ia menawarkan selektivitas. Jika selektivitas tinggi, tahap pemurnian berikutnya lebih mudah. Di sisi industri, itu berarti biaya turun, proses lebih stabil, dan risiko limbah juga bisa lebih terkendali.

Tidak berhenti di nikel, orasi ini juga menyinggung pemulihan rare earth elements (logam tanah jarang) dari red mud. Red mud sendiri adalah residu dari proses pemurnian bauksit menjadi alumina—limbah yang selama ini dikenal bermasalah karena volumenya besar dan sifat kimianya bisa agresif.

Di sini, biometalurgi menawarkan jalan yang menarik: limbah tidak diposisikan sebagai beban permanen, tetapi sebagai “tambang kedua.” Rare earth elements bernilai tinggi dan menjadi komponen penting dalam banyak material maju. Jadi ketika logam tanah jarang bisa direcovery dari red mud melalui bioleaching, itu mengubah status red mud: dari residu menjadi potensi sumber ekonomi baru.

Ada lagi contoh yang terasa sangat relevan bagi konsep circular economy di industri metalurgi: pemanfaatan slag atau produk samping dari proses pirometalurgi. Slag sering dipandang sebagai sisa, tetapi slag tertentu bisa kaya magnesium. Dalam orasi ini disebutkan bahwa melalui bakteri mixotroph (yang bisa mengoksidasi besi), magnesium dapat dihasilkan sampai sekitar 6 g/L dalam bentuk ion, dengan selektivitas tinggi terhadap besi.

Angka 6 g/L ini bukan sekadar detail. Ia menunjukkan bahwa pemulihan magnesium bukan sesuatu yang hanya terjadi dalam skala “jejak.” Ada potensi produksi yang nyata.

Kalau kita susun ulang narasinya, biohidrometalurgi sebenarnya mengubah cara industri melihat sumber daya:

• bijih primer tetap penting (nikel limonit dan saprolit),

• tetapi residu proses juga bisa jadi sumber baru (red mud dan slag).

Ini penting karena industrialisasi mineral selalu menghasilkan residu. Kalau residu itu bisa menjadi bahan baku baru, maka industri tidak hanya semakin besar, tetapi semakin efisien.

 

4. Dari Bioflokulasi sampai Biokorosi: Ketika Mikroba Bisa Jadi Solusi, dan Kadang Jadi Masalah

Tidak semua peran mikroba di dunia metalurgi selalu “baik.” Mikroba bisa menjadi alat pemrosesan, tetapi mikroba juga bisa menjadi ancaman, terutama dalam konteks biokorosi.

Orasi ini menyinggung fakta yang cukup mengganggu bagi industri: biokorosi dapat menjadi penyebab besar dari korosi, bahkan disebut dalam rentang 30% sampai 80%.

Angka sebesar itu memberi pesan jelas: mikroba tidak bisa diperlakukan sebagai hal kecil. Ia bisa mempercepat degradasi material, merusak pipa, merusak tangki, dan menambah biaya maintenance secara signifikan. Dalam industri migas, metalurgi, dan sistem transport fluida, korosi bukan hanya kerugian material, tapi juga risiko keselamatan.

Namun yang menarik, orasi ini tidak memposisikan mikroba hanya sebagai musuh. Di sisi lain, mikroba juga bisa menjadi pengganti bahan kimia di mineral processing.

Bioflokulasi misalnya, dikembangkan untuk membantu pemisahan mineral. Dalam orasi ini disebutkan bahwa teknik bioflokulasi berhasil digunakan untuk memisahkan besi dari red mud.

Di samping itu, bioflotasi juga dibahas sebagai respon terhadap perubahan regulasi. Disebutkan bahwa reagen flotasi berbasis bahan kimia tertentu bersifat toksik dan sudah dilarang di Eropa, sehingga ada dorongan untuk mengembangkan reagen yang lebih ramah lingkungan. Maka pendekatan bioflotasi memakai mikroba dan produk metaboliknya menjadi masuk akal.

Meski begitu, riset tidak selalu memberi hasil ideal. Dalam contoh pengembangan reagen bioflotasi, disebutkan bahwa kadar Pb hasilnya belum terlalu tinggi sehingga perlu optimasi dan riset lanjut.

Buat industri, bagian ini justru penting karena menunjukkan sesuatu yang realistis: inovasi itu bertahap. Kadang recovery tinggi, tapi kadar rendah. Kadang mekanisme berjalan, tapi produk belum sesuai target. Tetapi tetap ada progres yang bisa dijadikan dasar pengembangan berikutnya.

Selain mineral processing dan biokorosi, orasi ini juga menyinggung bionanometal: produksi nanopartikel tembaga menggunakan agen produksi berbasis bahan hayati seperti bakteri, fungi, alga, dan bagian tanaman. Pendekatan ini menarik karena menghubungkan limbah yang mengandung tembaga dengan produksi material bernilai tambah tinggi.

Di sini terlihat bahwa biometalurgi tidak hanya bicara “ekstraksi logam massal,” tetapi juga bisa masuk ke jalur material maju.

 

5. Bioremediasi, Phyto-mining, dan Biomineralisasi: Saat Limbah Tambang Bisa Dipulihkan, bahkan Dipakai untuk Carbon Capture

Kalau biohidrometalurgi adalah bagian “heroik” dari biometalurgi—karena ia mengekstrak logam bernilai dari bijih dan limbah—maka bioremediasi adalah bagian yang lebih sunyi, tetapi sering justru lebih menentukan. Karena sejujurnya, banyak konflik tambang bukan terjadi karena logamnya, melainkan karena residunya.

Salah satu residu yang paling sering menjadi sumber masalah adalah air asam tambang.

Air asam tambang bukan sekadar air yang pH-nya turun. Ia adalah sistem kimia yang membawa logam terlarut, berpotensi toksik, dan dapat merusak ekosistem jika mengalir tanpa kontrol. Dalam praktik lapangan, begitu air sudah menjadi asam, maka ia cenderung “menarik” logam-logam lain ikut larut. Itu yang membuatnya berbahaya: ia menjadi kendaraan yang membawa kontaminan ke tempat yang lebih jauh.

Di titik ini, pendekatan konvensional biasanya memakai bahan kimia netralisasi. Masalahnya, netralisasi sering mahal dan menghasilkan residu tambahan. Ia menyelesaikan satu masalah, tetapi membuka persoalan baru: biaya tinggi dan sludge yang juga harus diolah.

Biometalurgi menawarkan pendekatan yang lebih “hemat konflik.” Dalam orasi ini, disebutkan bahwa penggunaan flokulan kimia untuk pengolahan air asam tambang bisa sangat mahal, sedangkan mikroba dan produk metaboliknya bisa menekan biaya hampir sampai sepersepuluh. Lebih penting lagi, pendekatan ini bukan hanya menetralkan pH, tetapi juga mampu menurunkan total suspended solid secara drastis dari 5.000 menjadi 16 mg/L, jauh di bawah standar baku mutu 200 mg/L. Dalam bahasa sederhana: bukan hanya airnya tidak asam lagi, tetapi kekeruhannya pun turun ke level yang sangat aman.

Di sini kita melihat satu hal yang sering hilang dalam diskusi “green mining”: lingkungan dan ekonomi tidak selalu bertentangan. Kadang, justru proses yang lebih biologis bisa lebih murah karena ia mengurangi ketergantungan pada bahan kimia.

Namun bioremediasi bukan hanya tentang air asam tambang. Ia juga berkaitan dengan tailing, slag, dan residu padat yang volumenya masif.

Di banyak lokasi tambang, tailing adalah “gunung baru” yang tercipta tanpa pernah masuk ke narasi pembangunan. Ia ada, ia diam, tetapi ia menyimpan risiko dalam jangka panjang. Karena itu, gagasan biometalurgi yang memandang by-product sebagai raw material menjadi menarik: limbah tidak diposisikan sebagai akhir, tetapi sebagai bahan baku untuk proses berikutnya.

Selain bioremediasi, ada satu konsep yang terasa unik tetapi sebenarnya sangat logis: phyto-mining.

Phyto-mining adalah gagasan bahwa tanaman bisa dipakai sebagai alat ekstraksi. Tanaman hiperakumulator dapat menyerap logam dari tanah atau material low grade ore. Setelah tanaman dipanen, barulah logamnya diambil melalui proses leaching atau bioleaching.

Di permukaan, konsep ini terdengar seperti eksperimen. Tetapi kalau dilihat dengan kacamata ekonomi tambang, phyto-mining adalah cara mengelola material yang selama ini dianggap tidak ekonomis. Tanah bekas tambang atau bijih kadar rendah yang tidak layak diolah dengan proses biasa bisa diperlakukan sebagai “lahan produksi logam” lewat jalur biologis.

Ini bukan berarti phyto-mining menggantikan smelter. Tidak. Tetapi ia memberi ruang baru untuk pemulihan, khususnya pada lokasi yang sudah terluka.

Ada lagi bagian yang menarik karena menghubungkan biometalurgi dengan masa depan industri: biomineralisasi.

Biomineralisasi di sini tidak hanya dipakai untuk lingkungan, tetapi juga masuk ke ranah konstruksi. Dalam orasi ini dijelaskan bahwa bakteri dapat menghasilkan kalsium karbonat yang membantu menutup retakan atau celah pada mortar sehingga terjadi self-healing. Ini salah satu contoh bagaimana proses biologis bisa masuk ke material engineering, bukan hanya tambang.

Namun yang paling strategis adalah ketika biomineralisasi dihubungkan dengan carbon capture.

Orasi ini memberikan gambaran yang cukup kuat: bakteri tertentu dapat menghasilkan enzim carbonic anhydrase yang mempercepat proses pembentukan karbonat dari CO₂ dengan laju sangat tinggi—bahkan disebut mencapai jutaan kali lipat dibanding tanpa bakteri. Secara praktis, ini berarti CO₂ bisa lebih cepat diubah menjadi bentuk yang lebih stabil (misalnya karbonat), bukan dilepas kembali ke atmosfer.

Bagian ini terasa penting bukan hanya karena “hijau,” tetapi karena ia membuka pintu baru bagi industri: tambang dan metalurgi tidak hanya mengurangi polusi, tetapi bisa menjadi bagian dari solusi transisi energi.

Dan kalau kita jujur, Indonesia memang butuh itu. Karena kita bukan hanya negara tambang, tetapi negara yang sedang menuju industrialisasi berbasis mineral. Kalau industrialisasi ini berjalan tanpa solusi lingkungan, biaya sosialnya akan semakin tinggi. Kalau industrialisasi ini berjalan dengan inovasi seperti biometalurgi, maka tambang bisa menjadi lebih akuntabel.

 

6. Kesimpulan: Biometalurgi Adalah Jalan Tengah yang Paling Masuk Akal untuk Indonesia

Biometalurgi sering terdengar seperti kata yang “kecil” dibanding tambang yang besar. Tetapi justru di situlah kekuatannya. Mikroba bekerja dalam skala kecil, tetapi dampaknya bisa besar ketika diterapkan pada sistem industri yang masif.

Dari keseluruhan pembahasan, ada tiga pesan yang bisa ditarik.

Pertama, biometalurgi memberi jalur proses baru yang lebih selektif dan lebih ramah lingkungan.
Biohidrometalurgi dapat mengekstrak logam strategis seperti nikel, memulihkan rare earth dari limbah seperti red mud, bahkan mengambil magnesium dari slag dengan selektivitas tinggi. Ini membuat residu industri tidak selalu harus menjadi beban.

Kedua, biometalurgi menurunkan biaya dan risiko pada titik yang sering paling sensitif: limbah.
Pada pengolahan air asam tambang misalnya, pendekatan mikroba dan produk metaboliknya mampu menurunkan biaya sekaligus memperbaiki kualitas air dengan hasil yang sangat signifikan. Ini menegaskan bahwa solusi biologis bukan hanya “baik untuk lingkungan,” tetapi juga bisa lebih masuk akal secara ekonomi.

Ketiga, biometalurgi membuka ruang baru untuk masa depan industri: circular economy dan carbon management.
Biomineralisasi tidak hanya membantu memperbaiki material konstruksi lewat self-healing, tetapi juga menawarkan jalur carbon capture yang lebih cepat dan berpotensi lebih stabil, dengan mengubah CO₂ menjadi bentuk mineral karbonat.

Namun penting untuk ditekankan: biometalurgi bukan jalan pintas. Ia bukan teknologi “sekali pasang langsung selesai.” Karena mikroba bukan mesin. Ia butuh kondisi optimum, kontrol proses, dan disiplin rekayasa. Jika biometalurgi dipaksakan tanpa desain sistem, ia bisa gagal di lapangan.

Tetapi kalau biometalurgi dibangun sebagai ekosistem—melibatkan riset, pilot plant, integrasi dengan proses metalurgi, dan regulasi yang mendukung—maka ia bisa menjadi salah satu teknologi kunci untuk menjembatani dua tuntutan besar Indonesia: hilirisasi mineral dan keberlanjutan lingkungan.

Di era di mana dunia menuntut industri lebih bersih dan lebih transparan, biometalurgi memberi satu jawaban yang terlihat sederhana tetapi punya dampak besar: biarkan proses hidup membantu proses industri, selama kita mengelolanya dengan ilmu dan disiplin.

 

 

Daftar Pustaka

Chaerun, S. K. (2024). Biometalurgi sebagai solusi inovatif untuk tantangan lingkungan menuju proses yang berkelanjutan dan ramah lingkungan. Orasi Ilmiah Guru Besar, Institut Teknologi Bandung.

Rawlings, D. E., & Johnson, D. B. (2007). The microbiology of biomining: Development and optimization of mineral-oxidizing microbial consortia. Microbiology, 153(2), 315–324.

Bosecker, K. (1997). Bioleaching: Metal solubilization by microorganisms. FEMS Microbiology Reviews, 20(3–4), 591–604.

Johnson, D. B. (2014). Biomining—Biotechnologies for extracting and recovering metals from ores and waste materials. Current Opinion in Biotechnology, 30, 24–31.

Zhu, T., Dittrich, M., & Hu, X. (2021). Carbonic anhydrase-driven microbially induced carbonate precipitation: A review of mechanisms and applications. Journal of Cleaner Production, 278, 123–141.

1. Pendahuluan

Indonesia sering disebut negara maritim, tetapi kenyataannya kita belum sepenuhnya hidup sebagai bangsa yang “berpikir laut.” Kita punya garis pantai yang panjang, pulau yang tak terhitung, dan aktivitas ekonomi yang makin bertumpu pada pesisir. Namun ketika masalah datang—tumpahan minyak, abrasi, sedimentasi, air laut masuk ke sungai, atau banjir di kota-kota pesisir—respons kita masih sering berangkat dari pola yang sama: reaktif, terburu-buru, lalu berharap masalahnya selesai dengan proyek fisik yang besar.

Padahal, air tidak bergerak berdasarkan harapan. Air bergerak berdasarkan fisika.

Arus laut tidak berubah karena rapat koordinasi. Sedimen tidak berhenti mengendap karena konferensi pers. Gelombang pasang tidak menunggu kita siap. Dan banjir tidak peduli seberapa banyak slogan “normalisasi” atau “naturalisasi” diulang. Di titik inilah peran pemodelan hidrodinamika menjadi penting, bukan sebagai teori akademik, tetapi sebagai alat untuk membuat keputusan yang tidak sekadar bersandar pada tebakan.

Orasi ini membawa pesan yang sangat jelas: Indonesia membutuhkan produk teknologi sendiri, terutama di bidang engineering software. Kita terlalu lama berada dalam posisi pengguna—mengimpor, membeli, dan bergantung pada sistem luar. Padahal untuk negara yang kompleks seperti Indonesia, ketergantungan itu berbahaya. Karena setiap keputusan pengelolaan air dan pesisir bukan hanya soal biaya, tetapi soal risiko: risiko lingkungan, risiko sosial, dan risiko bencana.

Artikel ini membahas pengembangan software dan aplikasi model 3D hidrodinamika laut berbasis grid non-ortogonal boundary-fitted, serta kaitannya dengan urgensi infrastruktur hijau di Indonesia. Dengan gaya naratif-analitis, pembahasan diarahkan pada satu pertanyaan besar: mengapa kita perlu memahami pergerakan air secara presisi sebelum membangun solusi fisik yang mahal dan sulit dibalikkan.

 

2. Hidrodinamika Laut: Ketika Keputusan Besar Tidak Bisa Dibuat dari “Perkiraan”

Dalam banyak kasus, kebijakan pengelolaan pesisir dan air di Indonesia sering terlihat seperti keputusan yang lahir dari intuisi. Padahal yang terjadi di lapangan justru sebaliknya: sistemnya terlalu kompleks untuk diselesaikan dengan intuisi.

Ambil contoh tumpahan minyak.

Ketika terjadi tumpahan minyak di laut, pertanyaan pertama yang harus dijawab bukan “siapa yang salah” atau “siapa yang harus bicara ke media.” Pertanyaan pertamanya adalah: ke mana minyak akan bergerak. Karena minyak menyebar mengikuti arus. Kalau arah arus tidak dipahami, pembersihan bisa salah lokasi, keterlambatan bisa terjadi, dan dampak bisa menyebar lebih luas.

Hal yang sama terjadi pada sedimentasi.

Ketika ada erosi di hulu, sedimen terbawa turun. Tapi sedimen tidak serta-merta “hilang.” Ia akan mengendap di lokasi tertentu—di muara, di estuari, di jalur pelayaran, atau di kawasan pesisir yang sensitif. Kalau kita salah membaca pola arus sungai dan arus laut, kita akan terus menerus mengeruk di lokasi yang sama tanpa menyelesaikan akar masalah. Sedimen akan kembali, mengendap lagi, dan biaya terus berulang seperti lingkaran setan.

Hidrodinamika adalah ilmu tentang pergerakan fluida: arus, gelombang, pasang surut, dan interaksinya dengan lingkungan. Tetapi di dunia nyata, hidrodinamika bukan hanya “ilmu.” Ia adalah kebutuhan praktis untuk mengelola wilayah pesisir dan perairan secara rasional.

Orasi ini menekankan bahwa pemodelan hidrodinamika harus berangkat dari persamaan yang berbasis hukum fisika, bukan rumus asal. Prinsip dasarnya adalah hukum kekekalan momentum (Newton II), kekekalan massa (kontinuitas), dan konservasi zat (substance). Dari persamaan inilah simulasi bisa dibangun agar tidak hanya terlihat “canggih,” tetapi juga benar.

Namun tantangannya muncul ketika model bertemu kondisi Indonesia yang tidak sederhana.

Wilayah perairan Indonesia penuh batas-batas kompleks: teluk, muara, kanal, estuari, sungai kecil yang masuk ke laut besar, hingga garis pantai yang tidak rapi. Sistem grid kotak-kotak (square grid) yang dulu banyak dipakai memiliki dua kelemahan besar: tidak mengikuti boundary dengan baik, dan tidak fleksibel untuk menangani skala yang berbeda. Kita tidak mungkin mendiskretisasi sungai kecil dengan grid yang sama seperti laut lepas, karena jumlah grid akan menjadi tidak realistis secara komputasi.

Di sinilah muncul kebutuhan pendekatan non-ortogonal boundary-fitted: grid yang bisa mengikuti batas dan lebih fleksibel. Masalahnya, pendekatan ini membuat persamaannya jauh lebih rumit. Dan ini bukan sekadar detail teknis. Ini inti dari inovasi: kemampuan menerjemahkan fisika ke model yang realistis untuk geometri pesisir yang kompleks.

Yang menarik, orasi ini juga menegaskan sesuatu yang sering dilupakan: laut bisa diprediksi dalam jangka panjang karena dipengaruhi oleh pasang surut yang teratur, akibat tarik-menarik bumi, bulan, dan matahari. Selama sistem astronominya stabil, pasang surut dapat dimodelkan. Ini membuat pemodelan hidrodinamika bukan hanya alat untuk menjelaskan masa lalu, tetapi juga alat untuk memprediksi masa depan.

Bahkan disebutkan bahwa model arus bisa dipakai untuk memprediksi kondisi besok, sepuluh tahun lagi, atau bahkan ke belakang melalui simulasi. Ini memperlihatkan bahwa keputusan pengelolaan pesisir seharusnya tidak dibuat hanya berdasarkan pengalaman lokal sesaat, tetapi berdasarkan prediksi sistemik.

Karena kalau kita membangun infrastruktur pesisir tanpa memahami arusnya, maka kita sedang membangun di atas ketidaktahuan. Dan itu adalah jenis risiko yang mahal, karena ketika salah, kita tidak mudah membatalkannya.

 

3. Dari Software ke Bukti Lapangan: Mengapa Model Harus Diuji, Bukan Dipercaya Buta

Di dunia teknik, ada satu jebakan yang sering muncul ketika kita bicara pemodelan: orang terlalu cepat percaya pada angka. Begitu model menghasilkan peta arus, kontur elevasi muka air, atau simulasi sebaran sedimen, kita merasa sudah “tahu jawabannya.” Padahal, model bukan kebenaran. Model hanya cara mendekati kebenaran.

Itulah mengapa bagian paling penting dari pemodelan hidrodinamika bukan sekadar membuat modelnya berjalan, tetapi memastikan model itu benar-benar bisa dipercaya.

Dalam orasi ini, model 3D hidrodinamika laut yang dikembangkan Prof. Muslim Muin dibangun bukan dari “rumus asal,” tetapi dari persamaan yang berangkat dari hukum fisika: kekekalan momentum (Newton II), kekekalan massa, dan konservasi zat (substance). Ini penting karena hidrodinamika bukan fenomena yang bisa ditebak. Ia harus dihitung dengan kerangka yang diakui dan dapat diuji.

Namun kerangka fisika saja belum cukup. Model harus melewati satu tahap yang sering membuat banyak proyek pemodelan gagal total: pembuktian.

Pembuktian di sini berarti verifikasi dan validasi.

Verifikasi artinya memastikan model secara matematis “benar” menjalankan persamaannya. Validasi artinya memastikan hasil simulasi mendekati realitas lapangan. Tanpa validasi, model hanya akan menjadi dunia paralel yang indah, tetapi tidak relevan.

Orasi ini menekankan pendekatan itu melalui contoh yang sangat konkret: simulasi arus yang dibandingkan langsung dengan hasil pengamatan lapangan. Bahkan ada klaim yang cukup berani dan sekaligus menunjukkan tingkat kepercayaan terhadap model: arus bisa diprediksi besok, 10 tahun lagi, atau disimulasikan ke belakang, karena laut dipengaruhi oleh pasang surut yang teratur akibat tarik-menarik bumi, bulan, dan matahari.

Di titik ini, pemodelan tidak lagi sekadar “alat bantu,” tetapi berubah menjadi mesin prediksi.

Dan mesin prediksi punya konsekuensi besar: ia dapat membentuk keputusan investasi yang sangat mahal.

Kalau model mengatakan arus dominan ke arah tertentu, maka respons tumpahan minyak akan diarahkan ke sana. Kalau model mengatakan sedimen mengendap di titik tertentu, maka pengerukan akan difokuskan ke sana. Kalau model mengatakan gelombang tsunami merambat dalam pola tertentu, maka desain mitigasi akan mengacu ke sana.

Kalau model salah, biayanya bukan sekadar “angka di komputer yang keliru.” Biayanya bisa berupa kerusakan lingkungan, proyek gagal fungsi, atau kebijakan yang akhirnya menimbulkan masalah baru.

Karena itu, model harus diuji secara keras.

Dalam orasi ini, pengujian itu terlihat lewat proses panjang pengembangan software sejak masa studi di Amerika, lalu uji dengan analytic solution, kemudian pengembangan lebih lanjut hingga memasukkan aspek turbulent closure method agar model semakin realistis. Ini penting karena fluida di laut bukan hanya mengalir “bersih” seperti di buku. Ada turbulensi, ada percampuran, ada interaksi densitas yang dipengaruhi salinitas. Jika aspek ini tidak diperhitungkan, model bisa memberi hasil yang terlalu halus dan terlalu optimistis.

Lalu, ketika software sudah dianggap cukup kuat, model itu tidak berhenti sebagai produk akademik. Ia dipakai sebagai alat kerja nyata: untuk BP Tangguh di Teluk Bintuni, untuk kualitas air dan outfall, untuk tumpahan minyak (MOTUM), untuk sedimentasi (MUSET 3D), untuk drilling cutting, sampai aplikasi banjir Jakarta dan drainase.

Yang menarik, semua daftar aplikasi itu memperlihatkan sesuatu yang jarang disadari publik: pemodelan hidrodinamika bukan soal “menggambar arus.” Pemodelan hidrodinamika adalah pintu masuk ke banyak masalah nasional.

Karena begitu arus bisa dimodelkan, kita bisa memodelkan transport sedimen. Begitu sedimen bisa dimodelkan, kita bisa memodelkan pendangkalan. Begitu pendangkalan bisa dimodelkan, kita bisa merancang pelabuhan, jalur pelayaran, dan reklamasi dengan lebih rasional. Begitu itu semua bisa dibaca, barulah kebijakan bisa disusun dengan lebih tenang.

Dan di titik ini, kita mendapatkan satu pelajaran penting: model yang baik adalah model yang tidak minta dipercaya. Model yang baik membuktikan dirinya.

 

4. Infrastruktur Hijau untuk Indonesia: Naturalisasi sebagai Keharusan, Normalisasi sebagai Keterpaksaan

Kalau kita bicara banjir kota seperti Jakarta, diskusinya sering berputar di tempat yang sama: pelebaran sungai, pengerukan saluran, pembangunan tanggul, penambahan pompa. Semua itu terlihat seperti jawaban logis karena bersifat fisik dan mudah “dipamerkan.” Ada proyek, ada beton, ada alat berat, ada hasil yang bisa difoto.

Tetapi dalam orasi ini, ada kritik yang terasa tajam sekaligus realistis: memperbesar drainase belum tentu menyelesaikan masalah.

Bahkan ada contoh yang sangat mudah dibayangkan: drainase besar di hulu mengalir ke saluran yang kecil di hilir. Hasilnya bisa ditebak: banjir. Dibongkar hilirnya, banjir pindah lagi. Dibongkar lagi, banjir lagi. Ini seperti mengejar bayangan sendiri.

Masalah Jakarta bukan hanya debit air. Masalahnya adalah sistem.

Dan di dalam sistem itu, ada dua kata yang sering diperdebatkan: normalisasi dan naturalisasi.

Orasi ini membawa satu kesimpulan yang cukup tegas: naturalisasi atau infrastruktur hijau adalah keharusan. Sementara normalisasi sering menjadi keterpaksaan.

Ini bukan pernyataan estetika. Naturalisasi bukan tentang membuat sungai “cantik.” Naturalisasi dalam konteks ini adalah strategi menahan, menangkap, dan mengelola air sebelum ia menjadi banjir. Air hujan tidak dibiarkan langsung mengalir menjadi beban drainase. Ia ditahan dulu, diserap, disimpan, atau diperlambat.

Di sinilah infrastruktur hijau bekerja sebagai cara berpikir.

Infrastruktur hijau berarti kita membuat kota punya kemampuan seperti spons:

• menangkap air dari atap dan permukaan,

• menyimpannya di bak tampung,

• mengalirkannya ke sumur resapan jika memungkinkan,

• atau menampungnya di ruang cekung, waduk kecil, kolam retensi, dan sistem resapan lainnya.

Orasi ini bahkan memberi contoh yang konkret: di beberapa kawasan perkantoran, air hujan ditampung, dipakai, lalu jika melimpah diarahkan ke sumur resapan. Artinya, air tidak keluar sebagai limpasan yang menambah banjir.

Ada juga contoh lain yang menarik karena justru menunjukkan bahwa infrastruktur hijau tidak harus selalu “bawah tanah.” Jika muka air tanah tinggi, maka penampungan bisa dilakukan di atas tanah dengan bak-bak penampung. Ini pesan yang penting, karena banyak orang salah paham: mengira resapan selalu harus dilakukan secara vertikal ke bawah. Padahal pendekatannya harus adaptif terhadap kondisi geologi dan hidrogeologi setempat.

Dalam konteks Jakarta, isu ini makin kompleks karena ada land subsidence. Ketika tanah turun, air semakin sulit mengalir ke laut. Maka solusi berbasis pompa menjadi semakin “ketagihan.” Tapi orasi ini menegaskan keterbatasan: pompa punya kapasitas, dan kapasitas itu tidak mungkin mengejar semua kebutuhan jika sistem hulunya tidak berubah.

Karena itu, strategi waduk atau kolam retensi di hilir menjadi sangat masuk akal: memperkecil kebutuhan pompa, bukan memperbesar pompa. Ini kebalikan dari logika yang sering dipakai: membesar-besarkan infrastruktur keras, padahal yang dibutuhkan justru ruang untuk menahan air.

Dan di sinilah kritik terhadap ide giant sea wall menjadi relevan.

Dalam orasi ini ada penolakan yang cukup terang: Indonesia jangan membangun giant sea wall begitu saja. Bukan karena ide itu selalu buruk, tetapi karena konteks Jakarta tidak sama dengan Korea atau Belanda. Ada perbandingan yang sangat konkret: Korea punya pasang surut bisa sampai sekitar 10 meter, sehingga mereka bisa mengatur pintu air untuk menahan air laut saat pasang, lalu membuka saat surut untuk membuang air banjir tanpa pompa besar. Sementara pasang surut Jakarta hanya sekitar 1 meter, sehingga jika teluk ditutup, air tetap harus dipompa keluar dengan pompa raksasa.

Ini poin yang penting, karena sering kali kebijakan salah kaprah terjadi karena kita meniru proyek luar negeri tanpa memahami “syarat fisik” yang membuat proyek itu berhasil di sana.

Dan justru di sini pemodelan hidrodinamika dan infrastruktur hijau bertemu.

Model memberi kita kemampuan membaca realitas fisika.
Infrastruktur hijau memberi kita cara merespons realitas itu dengan solusi yang lebih ramah, lebih adaptif, dan lebih realistis.

Kesimpulannya sederhana: kota tidak bisa terus menerus menang dengan cara melawan air menggunakan beton saja. Kota harus belajar hidup bersama air, dengan cara mengelola ritmenya.

 

5. Masa Depan Coastal Engineering Indonesia: Software Lokal, Keberanian Riset, dan Kemandirian Teknologi

Kalau kita tarik benang merah dari seluruh orasi ini, sebenarnya pesannya tidak berhenti pada hidrodinamika. Pesannya lebih besar: Indonesia butuh keberanian untuk punya teknologi sendiri, terutama teknologi yang menjadi “otak” dari keputusan publik.

Selama ini, negara berkembang sering terjebak dalam posisi yang nyaman tapi berbahaya: menjadi pengguna. Kita membeli software, kita mengimpor sistem, kita menunggu vendor luar melakukan simulasi, lalu kita membuat kebijakan berdasarkan output yang bahkan tidak selalu kita pahami prosesnya. Ini mungkin cepat, tetapi tidak membuat kita kuat.

Orasi ini secara terang mengatakan bahwa Indonesia kekurangan produk teknologi, dan terlalu banyak mengimpor serta membeli. Maka sudah waktunya Indonesia memiliki engineering software sendiri.

Kalimat ini terdengar seperti provokasi, tetapi sebenarnya ia adalah peringatan. Karena pengelolaan pesisir, banjir, sedimentasi, dan bencana hidrometeorologi bukan isu kecil. Ini urusan keselamatan penduduk, stabilitas ekonomi, dan daya tahan kota. Kalau “otaknya” masih sepenuhnya bergantung luar, kita akan selalu berada dalam posisi reaktif.

Yang membuat poin ini semakin kuat adalah bahwa software yang dibangun bukan hanya ide, tetapi sudah diuji dalam perjalanan panjang.

Dalam orasi ini diceritakan bagaimana pendekatan non-ortogonal boundary-fitted yang dikembangkan membuat persamaan menjadi rumit, sampai muncul istilah “Muin equation” untuk bentuk persamaan pada koordinat boundary-fitted. Prosesnya tidak singkat: dimulai dari 2D, berkembang jadi 3D, diuji dengan analytic solution, lalu ditambah turbulent closure method agar lebih realistis.

Dan setelah itu, software ini tidak berhenti menjadi “produk kampus.” Ia dipakai pada kasus nyata:

• Teluk Bintuni (BP Tangguh),

• simulasi tumpahan minyak (MOTUM),

• sedimentasi (MUSET 3D),

• drilling cutting,

• kualitas air,

• tsunami,

• banjir Jakarta dan drainase.

Ini penting karena memberi pembeda yang sangat jelas: riset yang bertahan adalah riset yang bisa dipakai, bukan hanya riset yang bisa dipresentasikan.

Di titik ini, masa depan coastal engineering Indonesia tidak bisa hanya bergantung pada proyek fisik. Kita harus masuk ke era di mana keputusan fisik ditopang teknologi digital: model yang kuat, data yang jelas, dan sistem prediksi yang bisa diverifikasi.

Namun ada pelajaran lain yang lebih halus: keberanian go international.

Dalam orasi ini ada contoh bagaimana Indonesia tidak perlu takut bekerja sama dengan pihak luar, bahkan sampai diundang ke Kopenhagen karena mereka tidak bisa mensimulasikan intrusi lautnya dengan baik. Ini menunjukkan dua hal sekaligus:

• dunia membutuhkan solusi, bukan sekadar negara “besar,”

• Indonesia bisa punya posisi tawar jika teknologinya nyata.

Dan mungkin yang paling menarik adalah bagian ketika beliau “memprovokasi” bahwa kita mestinya bukan bangga kerja sama dengan raksasa teknologi seperti Microsoft atau Facebook, tetapi justru harus punya sistem sendiri seperti China yang membangun ekosistem teknologinya sendiri.

Kita tidak harus meniru China secara politik atau sosial. Tetapi pesan teknologinya jelas: kemandirian digital bukan mimpi. Ia hasil konsistensi.

Dalam konteks coastal engineering, kemandirian ini sangat berarti karena Indonesia adalah negara dengan kompleksitas pesisir yang ekstrem. Model buatan luar negeri bisa bagus, tetapi model lokal punya keuntungan: ia lahir dari kebutuhan lokal. Dan kebutuhan lokal Indonesia itu tidak sederhana: interaksi sungai-laut, estuari sempit, garis pantai yang rumit, sedimentasi tinggi, banjir kota pesisir, serta fenomena pasang-surut dan intrusi yang berbeda-beda.

Kalau Indonesia ingin mengelola pesisir secara serius, maka Indonesia harus punya kemampuan memodelkan dan memprediksi pesisirnya sendiri.

 

6. Kesimpulan: Mengelola Air Tidak Bisa Lagi Berbasis Tebakan, Harus Berbasis Sistem

Selama ini, salah satu kesalahan paling mahal dalam pengelolaan pesisir dan drainase kota adalah memperlakukan air sebagai musuh yang cukup dilawan dengan beton. Setiap kali banjir, kita membesar-besarkan saluran. Setiap kali sedimentasi terjadi, kita keruk lagi. Setiap kali abrasi memakan garis pantai, kita pasang struktur keras. Dan ketika masalah tetap datang, kita ulang lagi dengan skala yang lebih besar.

Orasi ini memberi sudut pandang yang lebih jernih: air tidak bisa ditaklukkan dengan cara itu. Air harus dipahami dulu.

Pemodelan hidrodinamika 3D menjadi salah satu bentuk pemahaman itu. Ia bukan sekadar membuat peta arus yang terlihat canggih, tetapi membangun alat prediksi yang berbasis hukum fisika dan dapat diuji dengan data lapangan. Ketika model sudah teruji, ia bisa dipakai sebagai dasar keputusan yang lebih presisi: tumpahan minyak dibersihkan di lokasi yang benar, sedimentasi diprediksi sebelum jadi masalah besar, kualitas air dipantau lebih terstruktur, dan risiko banjir bisa dipetakan lebih awal.

Tetapi pemodelan saja tidak cukup jika respons kebijakan masih berbasis pendekatan lama.

Di sinilah infrastruktur hijau muncul sebagai jawaban yang terasa lebih matang. Bukan sebagai hiasan kota, tetapi sebagai sistem untuk menangkap, menahan, dan mengelola air sebelum menjadi bencana. Naturalisasi bukan tentang mempercantik sungai. Naturalisasi adalah tentang membuat kota kembali punya kemampuan menyerap dan mengelola air seperti spons, dengan bak tampungan, sumur resapan, taman cekung, kolam retensi, dan ruang-ruang air yang lebih manusiawi.

Orasi ini juga memberi pelajaran penting tentang bahaya meniru tanpa memahami. Giant sea wall, misalnya, mungkin berhasil di negara tertentu, tetapi tidak otomatis cocok di Jakarta karena kondisi pasang surutnya berbeda. Menyalin proyek besar tanpa memahami syarat fisik yang membuatnya bekerja adalah resep untuk membangun kegagalan yang mahal.

Pada akhirnya, inti pembahasannya bukan hanya “software hidrodinamika” dan bukan hanya “infrastruktur hijau.” Intinya adalah perubahan cara berpikir.

Indonesia harus berhenti mengandalkan tebakan untuk mengelola air, pesisir, dan banjir. Indonesia harus masuk ke era keputusan berbasis sistem: model yang kuat, data yang diuji, dan solusi fisik yang selaras dengan karakter alamnya.

Dan untuk sampai ke sana, kemandirian teknologi menjadi syarat penting. Karena negara yang benar-benar maritim bukan hanya negara yang dikelilingi laut, tetapi negara yang mampu memahami lautnya sendiri, memodelkannya sendiri, dan mengelolanya sendiri.

 

 

Daftar Pustaka

Muin, M. (2024). Pengembangan software dan aplikasi model 3D hidrodinamika laut non-ortogonal boundary-fitted serta pentingnya infrastruktur hijau. Orasi Ilmiah Guru Besar, Institut Teknologi Bandung.

DHI. (2017). MIKE 21 & MIKE 3: Hydrodynamic modelling user guide. DHI Water & Environment.

Deltares. (2014). Delft3D-FLOW: Simulation of multi-dimensional hydrodynamic flows and transport phenomena. Deltares.

Horritt, M. S., & Bates, P. D. (2002). Evaluation of 1D and 2D numerical models for predicting river flood inundation. Journal of Hydrology, 268(1–4), 87–99.

Brown, R. A., & McLachlan, A. (2002). Sandy shore ecosystems and the threats facing them. Environmental Conservation, 29(4), 432–439.

1. Pendahuluan

Ada paradoks sederhana dalam dunia material: semakin maju sebuah material, semakin sulit ia dipahami dengan mata. Kita bisa melihat logam berkilau, keramik yang keras, atau polimer yang elastis. Tapi semua yang terlihat itu sebenarnya hanya “hasil akhir.” Yang menentukan sifatnya justru berada di tingkat yang tidak bisa kita amati secara langsung: atom, molekul, ikatan kimia, dan interaksi kecil yang bekerja diam-diam.

Di titik inilah material maju menjadi menarik sekaligus menantang. Material maju bukan hanya material yang kuat atau ringan. Ia adalah material yang sifatnya bisa diatur, dikontrol, dan direkayasa. Dan kalau kita ingin mengontrol sesuatu, kita harus bisa mengamatinya. Masalahnya, molekul tidak bisa dilihat seperti kita melihat objek sehari-hari. Ia tidak punya “wajah” yang bisa dipotret dengan kamera biasa.

Karena itu, ilmu material modern tidak mungkin berdiri tanpa alat yang bisa menerjemahkan dunia molekular menjadi informasi yang bisa dibaca manusia. Dan di antara alat itu, spektroskopi molekul menempati posisi yang sangat penting.

Spektroskopi pada dasarnya adalah cara bertanya pada molekul lewat cahaya. Kita menginteraksikan foton dengan materi, lalu membaca responsnya: apa yang diserap, apa yang dipantulkan, apa yang dihamburkan, dan apa yang dipancarkan kembali. Dari respons itu, kita mendapatkan spektrum—semacam “sidik jari” yang memberi petunjuk tentang struktur dan dinamika molekul.

Artikel ini membahas bagaimana spektroskopi molekul berperan dalam pengembangan material maju, dengan gaya naratif-analitis. Fokusnya bukan sekadar memperkenalkan istilah seperti inframerah atau Raman, tetapi menunjukkan kenapa metode ini menjadi kunci untuk memahami proses pembentukan material, memverifikasi struktur, hingga membuka mekanisme reaksi yang tidak bisa diakses dengan cara lain.

 

2. Mengapa Molekul Sulit Diamati: Mikroskop Memberi Wajah, Spektroskopi Memberi Makna

Kalau kita bicara soal “melihat yang kecil,” sebagian orang akan langsung membayangkan mikroskop. Dan memang benar, mikroskopi berkembang sangat pesat. Dari kaca pembesar sederhana hingga mikroskop modern yang mampu memetakan permukaan pada skala atom, kemajuan ini membuat dunia kecil semakin terasa nyata.

Teknologi seperti Atomic Force Microscopy (AFM) dan Scanning Tunneling Microscopy (STM) bahkan memungkinkan kita mengamati molekul tertentu secara langsung, terutama jika bentuknya planar dan dapat dipindai dengan stabil. Kita bisa melihat molekul aromatik, bahkan beberapa jenis polimer yang strukturnya memungkinkan untuk dipetakan. Dalam beberapa kasus, ikatan hidrogen yang selama ini dianggap “tidak terlihat” pun bisa dipetakan melalui pendekatan tertentu.

Namun di sinilah batas mikroskopi muncul: mikroskop memberi bentuk, tetapi tidak selalu memberi makna kimia secara lengkap.

Mikroskopi menghasilkan citra. Kita melihat koordinat, bentuk, topografi. Interpretasinya sering terasa intuitif: mirip membaca foto. Tetapi ketika kita ingin tahu sesuatu yang lebih dalam—misalnya, molekul apa yang sebenarnya ada di sana, bagaimana ikatannya, bagaimana vibrasinya, bagaimana strukturnya berubah saat bereaksi—mikroskopi tidak selalu cukup.

Di situlah spektroskopi mengambil peran.

Spektroskopi tidak selalu memberi “gambar yang bisa dipahami semua orang.” Spektroskopi memberi spektrum, dan spektrum membutuhkan interpretasi. Justru di situlah tantangannya, tetapi juga kekuatannya. Karena spektrum adalah bahasa molekul. Ia memuat informasi tentang ikatan, elektron, vibrasi, dan banyak aspek lain yang tidak bisa dikunci hanya dengan melihat bentuk.

Ada perbedaan karakter yang jelas antara mikroskopi dan spektroskopi.

Mikroskopi cenderung bersifat lokal secara spasial: fokus pada area tertentu, detail tertentu.
Spektroskopi cenderung bersifat rata-rata: membaca respons keseluruhan dari sampel yang diamati.

Keduanya bukan pesaing, tetapi pasangan. Mikroskop memberi “di mana,” spektroskopi memberi “apa dan bagaimana.”

Dan ketika material maju menjadi semakin kompleks, pasangan ini semakin dibutuhkan. Tidak cukup hanya tahu bahwa permukaan terlihat halus. Kita perlu tahu apa yang terjadi di level molekul yang membuat permukaan itu memiliki sifat tertentu.

Di titik ini, spektroskopi adalah alat yang membuat kita tidak hanya memegang material, tetapi memahami material.

 

3. Cara Cahaya “Bicara” ke Molekul: Absorpsi, Hamburan Raman, dan Fluoresensi

Kalau molekul tidak bisa kita lihat secara langsung, pertanyaannya sederhana: bagaimana kita tahu ia ada, apa strukturnya, dan bagaimana ia berubah? Di sinilah spektroskopi terasa seperti “bahasa kedua” bagi ilmu kimia dan ilmu material. Kita tidak melihat molekul dengan mata, tetapi kita membaca responsnya ketika berinteraksi dengan cahaya.

Dalam konteks ini, cahaya menjadi semacam alat tanya-jawab. Kita “mengirim” foton ke sampel, lalu menunggu jawaban. Jawabannya bisa berupa cahaya yang dipantulkan, diteruskan, diserap, dihamburkan, atau bahkan dipancarkan kembali dalam bentuk cahaya baru. Dan setiap respons itu bukan sekadar efek optik, tetapi jejak informasi tentang struktur molekul.

Secara umum, ada tiga fenomena utama yang sering menjadi pintu masuk spektroskopi molekul: absorpsi, hamburan Raman, dan fluoresensi.

Absorpsi adalah yang paling mudah dipahami. Molekul menyerap energi cahaya, lalu elektron atau vibrasinya naik ke tingkat energi lebih tinggi. Setelah itu, molekul bisa kembali ke keadaan semula melalui berbagai jalur. Dalam banyak kasus, jalur ini menghasilkan spektrum serapan yang khas. Setiap molekul punya “kebiasaan” menyerap pada panjang gelombang tertentu, karena struktur ikatan dan distribusi elektronnya berbeda.

Hamburan Raman, di sisi lain, sering terasa lebih “misterius” bagi pemula, padahal ia justru sangat elegan. Dalam Raman, cahaya datang ke molekul dan dihamburkan. Sebagian besar hamburan bersifat elastik (energinya sama), tetapi sebagian kecil bersifat inelastik: energinya berubah karena molekul “menyumbang” atau “mengambil” energi vibrasi. Maka muncul dua jenis utama: Stokes (energi foton turun) dan anti-Stokes (energi foton naik). Justru perubahan energi kecil inilah yang kita incar, karena di sana tersimpan informasi vibrasi molekul yang sangat spesifik.

Fluoresensi berada dalam ranah yang berbeda tetapi tetap penting. Pada fluoresensi, molekul menyerap cahaya, masuk ke keadaan tereksitasi, lalu memancarkan kembali cahaya saat kembali ke tingkat energi lebih rendah. Yang menarik, cahaya yang dipancarkan biasanya punya energi lebih rendah (panjang gelombang lebih panjang) dibanding cahaya yang diserap. Fenomena ini tidak hanya penting untuk memahami pigmen dan warna, tetapi juga menjadi dasar banyak aplikasi modern: sensor optik, bioimaging, hingga material untuk perangkat energi.

Yang menarik, tiga fenomena ini sebenarnya hadir dalam hidup sehari-hari, hanya saja kita tidak selalu menyadarinya sebagai “data.” Warna daun, pigmen, batuan berwarna, bahkan efek iridesensi pada sayap kupu-kupu adalah contoh bagaimana interaksi materi dan cahaya menciptakan respons optik yang bisa “dibaca.” Bedanya, sains membuat pembacaan itu lebih presisi dan lebih kuantitatif.

Namun di sinilah kekuatan spektroskopi: ia tidak berhenti pada estetika. Ia masuk ke mekanisme.

Dengan spektroskopi, kita tidak hanya tahu bahwa warna berubah, tetapi kita tahu struktur molekulnya berubah. Kita tidak hanya tahu bahwa material menyerap cahaya, tetapi kita tahu ikatan apa yang dominan, mode vibrasi mana yang muncul, dan bagaimana lingkungannya memengaruhi sistem.

Dan ketika material maju menjadi semakin kompleks, kemampuan membaca respons molekul lewat cahaya menjadi semacam prasyarat. Karena tanpa itu, kita hanya memproduksi material dan berharap hasilnya sesuai. Spektroskopi memberi cara agar rekayasa material bukan lagi “trial and error,” tetapi proses yang lebih presisi dan dapat dipertanggungjawabkan.

 

4. Spektroskopi Inframerah untuk Membaca Ikatan: Dari Vibrasi hingga Mekanisme Pembentukan Silika Nano

Di antara berbagai teknik spektroskopi, inframerah sering menjadi salah satu yang paling kuat untuk “membaca ikatan.” Alasannya sederhana: cahaya inframerah berinteraksi dengan vibrasi molekul. Ketika suatu molekul menyerap inframerah pada frekuensi tertentu, itu berarti ada mode vibrasi yang aktif—ulur (stretching), tekuk (bending), in-plane, out-of-plane—dan mode itu terkait langsung dengan jenis ikatan yang dimiliki molekul.

Karena itu, spektrum inframerah sering terasa seperti catatan identitas. Kita bisa melihat apakah ada gugus O–H, C=O, Si–O–Si, dan lain-lain. Kita tidak perlu menebak dari luar. Molekul memberi sinyalnya sendiri.

Tetapi yang membuat inframerah menjadi menarik bukan hanya karena ia bisa mengidentifikasi gugus fungsi. Yang lebih kuat adalah kemampuannya membaca lingkungan ikatan. Satu ikatan yang sama bisa memberi sinyal berbeda tergantung apakah ia terlibat dalam ikatan hidrogen, apakah ia berada dalam struktur yang lebih kaku, atau apakah ia berada pada antarmuka tertentu.

Dalam orasi ini, salah satu contoh yang sangat menarik adalah bagaimana inframerah dipakai untuk membedah mekanisme pembentukan nanopartikel silika dengan morfologi tertentu—bukan sekadar membuktikan silika terbentuk, tetapi menjelaskan bagaimana ia terbentuk.

Di sini, vibrasi air menjadi kunci.

Air bukan hanya pelarut pasif. Pada banyak sistem sintesis, air membentuk ikatan hidrogen yang mengatur struktur mikro, pola agregasi, bahkan lokasi reaksi. Dalam spektrum inframerah, mode ulur O–H dapat menunjukkan distribusi ikatan hidrogen: ada ikatan hidrogen yang kuat dan ada yang lebih lemah. Perbedaan ini bukan detail kecil, karena ia memberi petunjuk apakah air berada dalam kondisi “terikat kuat” dalam suatu struktur, atau lebih bebas seperti dalam air biasa.

Ketika distribusi ikatan hidrogen menunjukkan dominasi ikatan yang kuat, itu memberi sinyal bahwa sistemnya bukan sekadar campuran homogen. Ada struktur terorganisasi di dalamnya. Dari sinilah interpretasi diarahkan ke jenis agregat: apakah yang terbentuk adalah misel biasa atau misel terbalik. Ini penting karena misel terbalik biasanya menjadi “ruang reaksi” yang berbeda—antarmukanya berbeda, distribusi airnya berbeda, dan jalur pembentukan partikel pun ikut berubah.

Yang menarik, pembuktian mekanisme tidak hanya berhenti pada identifikasi misel. Spektroskopi juga digunakan untuk melihat di mana hidrolisis dan kondensasi terjadi. Dan di sini, muncul poin yang terasa sangat “ilmiah tetapi penting”: penyempitan puncak spektrum pada kondisi tertentu.

Secara intuitif, banyak orang mengira reaksi yang berlangsung akan membuat spektrum semakin melebar, karena sistem menjadi makin kompleks dan makin tidak seragam. Tetapi dalam kasus ini, ada indikasi penyempitan, yang mengarah pada interpretasi bahwa reaksi kondensasi terjadi pada antarmuka. Ini penting karena antarmuka adalah wilayah yang sering mengontrol morfologi. Banyak partikel nano menjadi “cantik” bukan karena reaksi terjadi di seluruh volume, tetapi karena reaksi terkunci pada wilayah tertentu sehingga pertumbuhan partikel menjadi terarah.

Dari proses ini, mekanisme pembentukan morfologi dapat dipetakan ke tiga tahap utama yang relatif jelas: hidrolisis dan difusi, hidrolisis dan kondensasi, lalu pemisahan fase. Tahap-tahap ini terdengar sederhana, tetapi nilai utamanya adalah ini: kita tidak lagi hanya tahu bahwa partikel terbentuk, tetapi kita punya model mekanisme yang bisa dipakai untuk mengulang, memodifikasi, atau bahkan menggeneralisasi ke sistem lain.

Dan memang itulah salah satu kekuatan besar spektroskopi molekul dalam material maju: ia membantu kita membangun mekanisme, bukan sekadar hasil.

Jika mekanisme sudah terbaca, maka rekayasa material menjadi lebih percaya diri. Kita bisa mengganti prekursor, memodifikasi kondisi, atau menargetkan material lain dengan pola morfologi yang serupa. Inilah yang membuat riset material tidak berhenti pada satu jenis partikel, tetapi bisa berkembang menjadi platform: pendekatan umum yang dapat melahirkan banyak material dengan fungsi berbeda.

Pada titik ini, spektroskopi inframerah bukan sekadar alat karakterisasi. Ia menjadi alat untuk berpikir. Ia memberi data yang bisa diolah menjadi pemahaman. Dan pemahaman itulah yang akhirnya menjadi dasar inovasi material maju yang lebih presisi.

 

5. Dari Laboratorium ke Industri: Spektroskopi sebagai Alat Kontrol Kualitas dan Sensor Real-Time

Di tahap awal, spektroskopi sering terlihat sebagai “alat akademik.” Ia dipakai di laboratorium, disandingkan dengan riset, dan identik dengan publikasi. Tetapi begitu material maju mulai bergerak menuju industri, spektroskopi justru berubah peran: dari alat untuk memahami, menjadi alat untuk mengontrol.

Di industri, material tidak cukup hanya berhasil dibuat sekali. Material harus bisa dibuat ulang, konsisten, dan tetap memenuhi spesifikasi. Dan di sinilah masalah klasik produksi muncul: apa yang berhasil di laboratorium belum tentu stabil di skala pabrik.

Perbedaan skala bukan hanya soal volume. Ia soal ketidakpastian.

Di laboratorium, kondisi relatif mudah dikontrol. Temperatur stabil, sistem bersih, prosedur dilakukan dengan teliti. Di industri, sistem jauh lebih kompleks: batch besar, variasi bahan baku, perubahan kondisi, dan tuntutan waktu produksi. Dalam situasi seperti itu, industri membutuhkan alat yang mampu memberi sinyal cepat: apakah proses berjalan benar atau mulai menyimpang.

Spektroskopi memberi jalan untuk itu, karena ia bekerja berdasarkan “sidik jari” molekular. Jika struktur berubah, spektrumnya berubah. Jika ikatan dominan bergeser, spektrumnya bergeser. Dan perubahan kecil ini sering muncul lebih dulu sebelum kerusakan besar terlihat secara makroskopik.

Ini yang membuat spektroskopi penting untuk kontrol kualitas.

Dalam konteks material maju, kontrol kualitas tidak selalu berarti mengecek produk akhir saja. Kontrol kualitas modern justru lebih efektif ketika ia memantau proses. Kalau prosesnya bisa dipantau, maka kesalahan bisa dihentikan lebih awal, bukan diperbaiki setelah produk jadi.

Di sinilah konsep pengukuran real-time menjadi relevan.

Spektroskopi dapat dipakai sebagai sensor proses: memonitor pembentukan material, memonitor laju reaksi, memonitor transisi fase, bahkan memonitor perubahan yang sangat halus pada ikatan molekul. Artinya, spektroskopi bukan hanya “alat karakterisasi,” tetapi bisa menjadi alat pengendali proses.

Dan menariknya, orasi ini menekankan kembali sifat dasar spektroskopi sebagai respon materi terhadap cahaya. Cahaya datang, lalu kita membaca apa yang terjadi: refleksi, transmisi, hamburan elastik seperti Rayleigh, hamburan inelastik seperti Raman (Stokes dan anti-Stokes), hingga fenomena absorpsi yang berujung pada fluoresensi. Semua fenomena itu bukan teori abstrak, tetapi dasar yang membuat kita bisa mengubah cahaya menjadi data.

Dengan cara pandang ini, spektroskopi bisa menjadi alat yang menghubungkan dua dunia yang biasanya terpisah: riset material dan proses industri.

Contohnya, spektroskopi inframerah bisa digunakan untuk memastikan gugus fungsi tertentu benar-benar terbentuk pada material. Spektroskopi Raman bisa dipakai untuk membaca struktur karbon atau vibrasi ikatan tertentu yang sulit dibaca IR. UV-Vis bisa dipakai untuk sistem yang melibatkan transisi elektronik, sementara fluoresensi bisa dipakai untuk aplikasi sensor, material optik, hingga sistem energi seperti sel surya organik.

Namun ada satu hal penting: spektroskopi tidak pernah berdiri sendiri tanpa interpretasi. Dalam orasi ini bahkan ditegaskan bahwa spektroskopi membutuhkan interpretasi yang tidak selalu sederhana. Berbeda dari mikroskopi yang memberikan citra yang relatif mudah dipahami, spektroskopi memberikan spektrum yang harus dibaca dengan pengetahuan, pengalaman, dan kerangka teori.

Ini berarti tantangan industri bukan hanya membeli alat, tetapi membangun kompetensi.

Dalam banyak kasus, industri bisa membeli instrumen spektroskopi, tetapi tetap gagal memanfaatkannya maksimal karena kurangnya SDM yang mampu membaca dan menafsirkan data. Spektrum tanpa interpretasi hanya menjadi grafik yang indah tetapi kosong.

Karena itu, peran spektroskopi di industri seharusnya dibaca sebagai bagian dari transformasi skill. Industri yang ingin masuk ke material maju harus membangun kemampuan membaca data molekular. Dan kemampuan ini bukan kemampuan yang berdiri sendiri, tetapi kemampuan lintas disiplin: kimia, fisika, material, serta pemahaman proses produksi.

Di titik ini, spektroskopi menjadi salah satu simbol modernisasi industri berbasis sains. Ia memaksa industri untuk tidak lagi bergantung pada “feeling” atau pengalaman lapangan semata, tetapi bergerak menuju kontrol berbasis data.

 

6. Kesimpulan: Spektroskopi Molekul Membuat Rekayasa Material Lebih Presisi, Lebih Cepat, dan Lebih Bisa Diulang

Spektroskopi molekul pada dasarnya mengajarkan satu hal yang sederhana: kalau kita ingin mengendalikan material, kita harus bisa membaca apa yang terjadi di level yang paling menentukan—level molekul.

Material maju tidak lahir dari kebetulan. Ia lahir dari struktur, ikatan, dan interaksi yang disusun secara presisi. Karena itu, karakterisasi bukan sekadar tahap “penutup” setelah material jadi, tetapi bagian dari proses rekayasa itu sendiri.

Melalui absorpsi, hamburan Raman, dan fluoresensi, cahaya menjadi alat untuk bertanya pada molekul. Kita membaca responsnya, dan dari situ kita memahami strukturnya. Spektroskopi inframerah membantu membaca vibrasi dan identitas ikatan. Raman memberi informasi vibrasi dari sudut pandang berbeda. UV-Vis membaca transisi elektronik. Fluoresensi memberi jalan pada sensor dan material optik.

Yang membuat spektroskopi menjadi alat yang kuat adalah kemampuannya membangun mekanisme. Bukan hanya “material ini ada,” tetapi “material ini terbentuk lewat jalur ini.” Dalam orasi ini, contoh mekanisme pembentukan partikel silika dengan morfologi spesifik memperlihatkan bagaimana spektrum bisa dipakai untuk membuktikan struktur agregat, membaca distribusi ikatan hidrogen, dan mengarah pada kesimpulan bahwa reaksi kondensasi terjadi pada antarmuka. Dari sana, mekanisme dibagi menjadi tahap-tahap yang jelas, lalu dijeneralisasi untuk material lain. Ini memperlihatkan bahwa spektroskopi bukan hanya alat diagnosis, tetapi alat untuk membangun strategi sintesis.

Ketika dibawa ke industri, spektroskopi berubah dari “alat memahami” menjadi “alat menjaga konsistensi.” Ia bisa menjadi sensor, alat kontrol kualitas, bahkan alat pemantau real-time. Tetapi keberhasilan industrialisasinya tidak bergantung pada alat saja. Ia bergantung pada kompetensi interpretasi.

Karena pada akhirnya, spektrum bukan jawaban. Spektrum adalah petunjuk. Dan nilai spektroskopi ada pada kemampuan kita menafsirkan petunjuk itu menjadi keputusan: mengubah kondisi sintesis, mengontrol kualitas, atau memastikan material memenuhi target fungsi.

Di era material maju, kemampuan ini adalah bentuk presisi baru. Ia membuat riset tidak berhenti pada coba-coba. Ia membuat proses produksi tidak bergantung pada kebetulan. Dan ia membuat inovasi material bergerak lebih cepat karena setiap langkah memiliki dasar data yang bisa dipertanggungjawabkan.

 

 

Daftar Pustaka

Suendo, V. (2024). Spektroskopi molekul dalam pengembangan material maju: Menerawang ke dunia material yang tak terlihat pada tingkat molekular. Orasi Ilmiah Guru Besar, Institut Teknologi Bandung.

Hollas, J. M. (2004). Modern spectroscopy (4th ed.). Wiley.

Smith, E., & Dent, G. (2019). Modern Raman spectroscopy: A practical approach (2nd ed.). Wiley.

Stuart, B. H. (2004). Infrared spectroscopy: Fundamentals and applications. Wiley.

1. Pendahuluan

Ada satu ironi besar dalam dunia energi modern: kita sibuk mencari sumber energi baru, tetapi sering lupa mengelola energi yang sudah ada. Kita bicara soal pembangkit, panel surya, baterai, dan teknologi tinggi lain, tetapi pada saat yang sama energi juga terus “hilang” lewat jalur yang lebih sunyi: panas yang terbuang, sistem pendingin yang boros, dan bangunan yang tidak dirancang untuk bekerja selaras dengan iklimnya sendiri.

Krisis energi global membuat ironi ini makin terlihat jelas. Ketika populasi meningkat, kebutuhan listrik bertambah. Ketika ekonomi tumbuh, konsumsi energi ikut naik. Dan ketika pandemi serta konflik geopolitik membuat rantai pasok energi terguncang, kita mulai sadar bahwa ketahanan energi bukan hanya soal punya sumber, tetapi juga soal punya kontrol.

Dalam konteks itu, bangunan memegang peran yang sering diremehkan. Banyak orang menganggap energi terbesar dikonsumsi industri berat, lalu sisanya rumah tangga. Padahal sektor gedung dan bangunan justru menyerap energi dalam porsi besar, terutama lewat sistem pengondisian udara: pendinginan dan pemanasan. Di wilayah tropis seperti Indonesia, pendinginan menjadi kebutuhan dominan. Masalahnya, kebutuhan ini cenderung naik karena pola hidup berubah, urbanisasi meningkat, dan kenyamanan termal menjadi standar baru.

Di titik ini, konservasi energi bukan lagi slogan hemat listrik. Ia menjadi strategi nasional.

Dan strategi ini punya satu konsep yang sederhana tetapi penting: jika energi tidak selalu tersedia secara kontinu, maka energi harus bisa disimpan. Tidak selalu dalam bentuk listrik. Kadang, menyimpan panas justru lebih masuk akal. Karena pada akhirnya, banyak energi yang dipakai manusia bukan untuk “menyalakan mesin,” tetapi untuk mengatur temperatur.

Di sinilah sistem penyimpan energi termal atau Thermal Energy Storage (TES) menjadi relevan. TES bekerja dengan prinsip yang mudah dipahami: menyimpan energi termal ketika tersedia, lalu menggunakannya ketika dibutuhkan. Dan dalam dunia bangunan, teknologi seperti ini bisa menjadi pembatas pemborosan yang sangat efektif—terutama ketika kita ingin menekan beban AC tanpa mengorbankan kenyamanan.

Artikel ini membahas TES sebagai teknologi konservasi energi, dengan fokus pada penyimpanan laten berbasis material berubah fase (Phase Change Material/PCM). Pembahasan dibuat naratif-analitis, karena isu TES bukan sekadar urusan material, tetapi urusan sistem: bagaimana kita mengubah cara bangunan bekerja, dan bagaimana teknologi bisa membantu menekan konsumsi energi tanpa membuat hidup terasa lebih sulit.

 

2. Mengapa Penyimpanan Energi Termal Penting: Bangunan, AC, dan “Kebocoran Energi” yang Normalisasi

Selama ini, banyak orang memahami pemborosan energi sebagai perilaku individual. Lampu lupa dimatikan, AC disetel terlalu dingin, atau perangkat elektronik dibiarkan menyala. Semua itu benar. Tetapi ada masalah yang lebih besar: pemborosan energi yang terjadi karena sistemnya memang boros sejak awal.

Bangunan bisa boros bukan karena penghuninya malas, tetapi karena desainnya membuat energi terus “bocor.” Panas matahari masuk, dinding menyerap energi, ruangan menjadi panas, lalu AC bekerja keras untuk menurunkannya. Ketika AC bekerja keras, listrik meningkat. Lalu listrik meningkat menjadi beban bagi jaringan energi. Dan beban itu berulang setiap hari seperti rutinitas yang dianggap normal.

Ini siklus yang sangat familiar di negara tropis. Kita hidup di wilayah yang kaya sinar matahari, tetapi sinar itu sering dipandang sebagai musuh karena membuat ruangan panas. Padahal, jika dibaca lebih strategis, matahari adalah sumber energi paling melimpah. Tantangannya hanya satu: kontinuitas. Matahari tidak selalu ada di jam yang kita butuhkan. Ia punya ritmenya sendiri.

Maka kebutuhan berikutnya adalah teknologi penyimpanan.

TES menjadi penting karena ia memberi solusi yang terasa sederhana: panas dari matahari atau panas sisa dari sistem bisa ditangkap dan disimpan, sehingga energi tidak menguap begitu saja. TES juga menawarkan kelebihan dibanding banyak sistem penyimpanan energi lain, terutama karena konteksnya lebih dekat ke kebutuhan manusia sehari-hari. Kita tidak selalu butuh energi sebagai listrik murni, tetapi sering butuh energi sebagai kemampuan mengatur temperatur.

Secara umum, TES dapat dibagi menjadi tiga pendekatan utama:

• penyimpanan sensible (berbasis perubahan temperatur),

• penyimpanan laten (berbasis perubahan fase),

• penyimpanan termokimia.

Di antara ketiganya, penyimpanan laten sering dianggap paling menarik untuk aplikasi praktis bangunan, karena efisiensinya tinggi dan sistemnya lebih sederhana dibanding termokimia. Penyimpanan laten memanfaatkan material berubah fase (PCM), yang biasanya bekerja melalui transisi padat-cair (melting) saat menyerap panas, lalu cair-padat (solidifikasi) saat melepas panas.

Di sini, PCM tidak “menciptakan energi.” Ia hanya mengatur kapan energi dilepas dan diserap. Tetapi dalam sistem bangunan, kemampuan “mengatur waktu” ini bisa menjadi pembeda besar. Karena beban puncak AC biasanya terjadi pada jam tertentu, dan jika kita bisa menggeser sebagian beban itu, sistem energi menjadi lebih stabil, lebih hemat, dan lebih mudah dikelola.

Yang menarik, PCM bisa beragam: organik, anorganik, maupun eutektik. Air sendiri adalah salah satu PCM paling populer karena murah dan tersedia, meskipun tidak selalu ideal untuk semua kondisi.

Di titik ini, PCM terasa seperti teknologi yang “terlalu sederhana untuk dianggap penting.” Tetapi justru kesederhanaannya yang membuat ia menarik. Kita tidak selalu butuh revolusi energi yang rumit. Kadang kita butuh solusi yang membuat energi lebih tertib.

Namun PCM punya persoalan khas yang membuatnya tidak bisa dipakai secara sembarangan: supercooling dan keterbatasan transfer panas.

Supercooling adalah fenomena ketika material tidak membeku pada temperatur yang seharusnya, melainkan membutuhkan temperatur lebih rendah untuk memulai pembekuan. Ini mungkin terdengar sepele, tetapi pada sistem penyimpanan energi termal, supercooling bisa membuat PCM gagal melepas energi sesuai jadwal. Ia seperti baterai panas yang “malas mengeluarkan” energinya saat dibutuhkan.

Selain itu, laju perpindahan kalor juga menjadi faktor penting. PCM bisa menyimpan energi besar, tetapi jika ia lambat dalam menyerap atau melepas panas, maka manfaatnya menjadi kurang optimal.

Dengan kata lain, TES berbasis PCM menjanjikan efisiensi, tetapi ia juga menuntut rekayasa material yang serius. Dan di sinilah riset memainkan peran penting: bukan hanya mencari PCM yang bisa berubah fase, tetapi mencari PCM yang berubah fase dengan cara yang dapat dikendalikan.

 

3. PCM Itu Tidak Simetris: Mengapa Melting dan Solidifikasi Punya Karakter Berbeda

Ada satu hal yang sering membuat teknologi PCM terlihat lebih mudah daripada kenyataannya: kita mengira prosesnya simetris. Logikanya tampak sederhana. Ketika suhu naik, material meleleh dan menyimpan energi. Ketika suhu turun, material membeku dan melepas energi. Seolah-olah proses itu akan berjalan mulus seperti tombol on-off.

Padahal kenyataannya, melting dan solidifikasi tidak selalu “berperilaku sama.”

Dalam banyak material PCM, proses meleleh sering terasa lebih mudah terjadi. Ketika energi masuk, material perlahan bergerak menuju fase cair. Tetapi ketika energi harus keluar, proses pembekuan bisa jauh lebih “rewel.” Material bisa menunda pembekuan, bisa membeku tidak merata, dan bisa mengalami fenomena yang membuat pelepasan panas tidak terjadi tepat waktu.

Inilah salah satu alasan mengapa PCM menjadi teknologi yang menarik sekaligus rumit. Ia bukan sekadar penyimpan panas, tetapi penyimpan panas yang harus punya jadwal. Kalau PCM menyerap panas terlalu cepat tetapi melepas panas terlalu lambat, atau sebaliknya, maka sistem menjadi tidak efektif.

Dalam konteks bangunan, masalah ini terasa sangat nyata.

Pada siang hari, ketika suhu lingkungan tinggi dan beban pendinginan meningkat, PCM diharapkan menyerap panas sehingga suhu ruang lebih stabil. Tetapi pada malam hari, PCM seharusnya melepas panasnya agar siap digunakan lagi untuk siklus berikutnya. Jika pelepasan panas tidak terjadi, PCM akan “penuh” dan tidak bisa menyimpan energi pada hari berikutnya. Akibatnya, sistem kehilangan fungsi utamanya.

Yang menarik, perbedaan perilaku melting dan solidifikasi juga terkait dengan cara panas berpindah.

Ketika PCM dalam fase padat mulai meleleh, biasanya terbentuk lapisan cair di permukaan yang kontak dengan sumber panas. Lapisan cair ini memungkinkan perpindahan panas terjadi lewat kombinasi konduksi dan konveksi. Artinya, setelah sebagian material menjadi cair, ia bisa “membantu dirinya sendiri” mempercepat proses meleleh karena fluida bergerak.

Namun ketika PCM membeku, prosesnya lebih sering didominasi konduksi. Lapisan padat yang terbentuk di permukaan menjadi penghalang transfer panas. Semakin tebal lapisan padat itu, semakin sulit panas keluar dari bagian dalam. Dengan kata lain, solidifikasi bisa menjadi semakin lambat seiring waktu. Ini menjelaskan mengapa pelepasan energi sering terasa lebih sulit daripada penyerapannya.

Di sini kita mulai melihat bahwa PCM tidak hanya ditentukan oleh titik leleh, tetapi juga oleh dinamika perpindahan kalor dalam dua arah yang berbeda.

Ada faktor lain yang makin memperumit: material PCM tidak selalu berada dalam kondisi ideal. Dalam sistem nyata, PCM bisa mengalami degradasi setelah siklus berulang, bisa mengalami perubahan struktur mikro, atau mengalami segregasi fase terutama pada PCM tertentu. Jika hal ini terjadi, performa PCM menurun, dan sistem TES kehilangan stabilitas.

Karena itu, mengembangkan PCM untuk aplikasi nyata bukan hanya soal menemukan material yang punya titik leleh “pas.” Ia soal membangun sistem yang mampu berulang-ulang tanpa kehilangan performa, dan mampu melepas serta menyerap panas sesuai ritme penggunaan.

Di titik ini, penelitian PCM menjadi lebih dekat dengan penelitian sistem, bukan sekadar penelitian material.

Dan ketika sistemnya adalah bangunan, maka PCM menjadi bagian dari rekayasa kenyamanan termal, bukan sekadar unit eksperimen di laboratorium.

 

4. Mengatasi Supercooling dan Meningkatkan Transfer Kalor: Strategi Pasif vs Aktif

Kalau PCM adalah teknologi penyimpanan energi yang menjanjikan, maka supercooling adalah salah satu hambatan paling “mengganggu” yang membuatnya sering gagal di aplikasi nyata.

Supercooling terjadi ketika PCM tidak membeku pada temperatur yang seharusnya menjadi titik transisinya, tetapi menunggu sampai temperatur turun lebih rendah sebelum proses pembekuan benar-benar dimulai. Dalam bahasa sederhana, materialnya seperti “menahan diri” untuk membeku. Dan akibatnya, energi panas yang seharusnya dilepas pada waktu tertentu justru tertahan lebih lama dari yang kita inginkan.

Dalam TES, ini masalah besar, karena TES adalah tentang pengaturan waktu energi. Ketika pelepasan energi meleset, keseluruhan sistem menjadi tidak sinkron.

Karena itu, riset dan inovasi di TES sering fokus pada dua target besar:

• menekan supercooling,

• meningkatkan laju transfer kalor.

Untuk mencapai dua target ini, pendekatan biasanya bisa dibaca dalam dua kategori: pasif dan aktif.

Strategi pasif berarti memperbaiki sistem tanpa memasukkan energi tambahan. Ia mengandalkan desain material dan struktur.

Salah satu strategi pasif paling umum adalah menambahkan nucleating agent. Secara konsep, nucleating agent membantu “memulai” proses pembekuan lebih awal, sehingga PCM tidak perlu menunggu suhu turun jauh untuk membeku. Ini penting karena pembekuan yang tepat waktu berarti pelepasan panas yang tepat waktu.

Strategi pasif lain adalah meningkatkan konduktivitas termal PCM. Banyak PCM, terutama yang berbasis organik, memiliki konduktivitas termal yang rendah. Akibatnya, panas sulit masuk dan keluar dengan cepat. Salah satu cara yang sering dikembangkan adalah menambahkan material konduktif seperti grafit, partikel logam, atau struktur berpori yang memungkinkan panas menyebar lebih cepat. Dengan konduktivitas yang lebih baik, PCM bisa bekerja lebih responsif.

Ada juga pendekatan desain geometri, misalnya dengan membuat fin atau sirip pada wadah PCM agar luas permukaan perpindahan panas meningkat. Ini terdengar sederhana, tetapi sangat efektif karena transfer panas pada PCM sering dibatasi oleh kontak dan geometri.

Namun strategi pasif punya batas. Jika kita hanya mengandalkan perubahan material dan struktur, kita masih terikat pada sifat alami PCM.

Di titik ini, strategi aktif muncul.

Strategi aktif berarti sistem dibantu dengan mekanisme eksternal yang memakai energi tambahan, dengan tujuan membuat PCM lebih terkendali. Misalnya dengan memberikan vibrasi, medan listrik, atau kontrol temperatur tertentu untuk memicu pembekuan. Pendekatan ini bisa lebih mahal dan lebih kompleks, tetapi di beberapa aplikasi ia bisa menjadi kunci, terutama ketika kebutuhan kontrol sangat ketat.

Yang menarik, strategi aktif sering dipakai ketika PCM ditargetkan untuk aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi, bukan sekadar peredam temperatur. Dalam bangunan, pendekatan pasif sering lebih disukai karena sistem harus murah, sederhana, dan bisa bekerja tanpa perawatan rumit. Tetapi dalam sistem industri tertentu, strategi aktif bisa lebih diterima jika manfaatnya signifikan.

Di titik ini, kita bisa melihat bahwa TES bukan sekadar ide menyimpan panas, tetapi ekosistem rekayasa: material, desain, dan kontrol sistem harus selaras.

Jika tidak, PCM hanya akan menjadi bahan yang “teoritisnya bagus” tetapi tidak efektif saat diterapkan.

Dan di sinilah nilai riset menjadi jelas. Riset TES bukan hanya untuk menghasilkan publikasi, tetapi untuk mengubah teknologi yang secara konsep sederhana menjadi teknologi yang benar-benar bisa dipakai dalam sistem nyata.

 

 

5. TES untuk Bangunan Tropis: Potensi Hemat Energi, tetapi Harus Realistis dalam Implementasi

Kalau ada satu tempat yang paling “logis” untuk penerapan Thermal Energy Storage, itu justru bangunan. Alasannya sederhana: bangunan mengonsumsi energi secara terus-menerus, dan porsi paling besar sering berasal dari kebutuhan menjaga kenyamanan termal. Di Indonesia, kenyamanan termal biasanya identik dengan pendinginan. Dan pendinginan identik dengan AC. Ketika AC semakin menjadi standar hidup, konsumsi listrik bangunan ikut naik, dan beban puncak listrik biasanya terjadi pada jam yang sama: siang sampai sore.

Di titik ini, TES punya narasi yang sangat menarik: ia dapat menggeser beban energi.

Menggeser beban berarti beban puncak bisa dikurangi dengan cara menyimpan energi termal di waktu tertentu, lalu memanfaatkannya saat jam kritis. TES tidak harus menggantikan AC sepenuhnya. Justru TES bisa menjadi “mitra” AC untuk menekan beban kerja sistem pendingin agar tidak selalu memikul seluruh beban sendirian.

Salah satu skenario paling rasional adalah TES berbasis PCM yang terintegrasi pada sistem bangunan. PCM dapat ditempatkan di dinding, plafon, lantai, atau dalam modul tertentu, sehingga ia menyerap panas ketika suhu ruangan naik dan melepasnya ketika suhu turun.

Namun penerapannya tidak bisa asal “tempel PCM lalu selesai.” Bangunan tropis punya karakter yang khas: suhu harian relatif tinggi, variasi suhu malam hari tidak selalu cukup rendah, dan kelembapan tinggi bisa memengaruhi persepsi kenyamanan. Ini membuat pemilihan PCM harus benar-benar tepat.

PCM yang terlalu tinggi titik lelehnya tidak akan aktif ketika ruangan mulai panas. PCM yang terlalu rendah titik lelehnya mungkin akan selalu dalam fase cair dan tidak bekerja optimal sebagai penyimpan laten. Jadi ada kebutuhan untuk memilih PCM yang “pas” dengan ritme suhu tropis, bukan sekadar “bagus di katalog.”

Selain itu, kita harus realistis tentang kondisi bangunan Indonesia.

Banyak bangunan dibangun bukan berdasarkan desain termal optimal, tetapi berdasarkan kebutuhan cepat dan biaya. Banyak bangunan tidak punya insulasi yang baik. Banyak ruang memiliki kebocoran udara. Banyak bangunan mengandalkan pendinginan mekanis tanpa strategi pasif yang matang. Dalam kondisi seperti ini, PCM bisa membantu, tetapi tidak bisa menyelamatkan bangunan yang memang sejak awal “dibuat boros.”

Di sinilah TES harus dipahami sebagai bagian dari sistem efisiensi energi yang lebih luas. TES bisa efektif ketika ia didukung oleh desain bangunan yang masuk akal: orientasi, shading, ventilasi, material dinding, dan manajemen panas yang lebih baik. TES bukan solusi tunggal. Ia adalah penguat.

Hal penting lain adalah soal biaya dan perawatan.

Banyak teknologi efisiensi energi gagal diterapkan bukan karena tidak efektif, tetapi karena terlalu kompleks atau terlalu mahal. Untuk bangunan di Indonesia, teknologi yang paling mungkin diadopsi luas adalah teknologi yang sederhana, tidak menuntut perawatan tinggi, dan dapat bekerja dalam waktu lama tanpa intervensi besar.

Ini membuat strategi pasif lebih menarik. PCM yang dirancang dengan nucleating agent dan peningkatan konduktivitas termal akan lebih mudah diterima dibanding sistem aktif yang membutuhkan kontrol tambahan. Tetapi strategi pasif harus benar-benar matang, karena jika supercooling tetap terjadi, maka PCM tidak akan melepas panas pada waktu yang dibutuhkan. Dan jika PCM tidak bisa melepas panas, ia seperti “baterai termal yang macet.”

Ada pula aspek lain yang sering diabaikan: integrasi ke industri konstruksi.

PCM tidak akan digunakan secara luas jika ia hanya tersedia sebagai teknologi laboratorium. PCM harus bisa diproduksi dalam skala, bisa dipasang dengan metode konstruksi yang realistis, dan punya standar keselamatan yang jelas. Ini termasuk isu seperti kestabilan material, keamanan kebakaran (untuk PCM tertentu), hingga kompatibilitas dengan material bangunan lain.

Di titik ini, TES untuk bangunan tropis sebenarnya bukan hanya proyek energi, tetapi proyek industri. Ia membutuhkan ekosistem: riset material, desain sistem, produksi massal, dan standar implementasi.

Dan ketika ekosistem itu terbentuk, manfaat TES tidak hanya berupa penghematan listrik, tetapi juga stabilitas sistem energi. Jika beban puncak bisa ditekan, jaringan listrik menjadi lebih stabil. Jika jaringan lebih stabil, kebutuhan pembangkit cadangan bisa berkurang. Dan jika kebutuhan pembangkit cadangan turun, emisi juga ikut turun.

Di sini kita melihat bahwa TES bukan hanya teknologi kecil untuk bangunan. Ia bisa menjadi bagian dari strategi besar untuk mengelola permintaan energi secara lebih cerdas.

 

6. Kesimpulan: TES adalah Teknologi Hemat Energi yang Menuntut Kesabaran Rekayasa

Thermal Energy Storage terlihat seperti teknologi yang sederhana: menyimpan panas, lalu menggunakannya kembali. Tetapi begitu ia masuk ke dunia nyata, terutama dunia bangunan dan sistem pendingin, kesederhanaan itu berubah menjadi tantangan rekayasa yang kompleks.

PCM sebagai basis TES laten menawarkan potensi besar karena ia bisa menyimpan energi dalam jumlah besar tanpa membutuhkan volume yang terlalu besar. Tetapi PCM juga membawa persoalan yang harus ditangani dengan serius: supercooling, perbedaan perilaku melting dan solidifikasi, serta keterbatasan perpindahan kalor.

Ini membuat TES bukan sekadar urusan “material yang bisa meleleh.” Ia adalah urusan bagaimana material itu bekerja secara konsisten di dalam sistem.

Dalam konteks Indonesia, TES menjadi semakin relevan karena kebutuhan pendinginan bangunan terus meningkat. Urbanisasi meningkat, gaya hidup berubah, dan kenyamanan termal menjadi standar baru. Jika pola konsumsi energi ini tidak dikendalikan, maka efisiensi energi akan selalu tertinggal satu langkah di belakang pertumbuhan permintaan.

TES memberi cara untuk mengontrol konsumsi energi bukan dengan melarang kenyamanan, tetapi dengan mengatur ritmenya. Ia membantu menekan beban puncak dan membuat sistem pendinginan lebih ringan. Tetapi manfaat ini hanya bisa tercapai jika penerapannya realistis, titik transisi PCM cocok dengan iklim tropis, dan sistemnya dirancang agar tidak terjebak pada masalah supercooling dan transfer panas yang lambat.

Karena itu, TES sebenarnya bukan teknologi yang membutuhkan sensasi, tetapi teknologi yang membutuhkan kesabaran. Ia membutuhkan riset yang teliti, uji siklus jangka panjang, dan desain sistem yang mempertimbangkan kondisi nyata bangunan Indonesia.

Jika semua itu dilakukan, TES bisa menjadi salah satu teknologi konservasi energi paling strategis. Bukan karena ia terlihat futuristik, tetapi karena ia menyerang masalah yang paling nyata: pemborosan energi yang sudah terlanjur dianggap normal.

Dan di tengah krisis energi global, kemampuan menyimpan energi termal dengan cara yang sederhana dan efektif bisa menjadi salah satu langkah kecil yang menghasilkan dampak besar.

 

 

Daftar Pustaka

Sutjahja, I. M. (2024). Sistem penyimpan energi termal untuk konservasi energi. Orasi Ilmiah Guru Besar, Institut Teknologi Bandung.

Cabeza, L. F., Castell, A., Barreneche, C., de Gracia, A., & Fernández, A. I. (2011). Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(3), 1675–1695.

Sharma, A., Tyagi, V. V., Chen, C. R., & Buddhi, D. (2009). Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(2), 318–345.

Zalba, B., Marín, J. M., Cabeza, L. F., & Mehling, H. (2003). Review on thermal energy storage with phase change materials, heat transfer analysis and applications. Applied Thermal Engineering, 23(3), 251–283.