Selamat malam Pak Dai dan kawan-kawan perkenalkan nama saya Naufal Hafash Ghiffary dengan NPM 2306203091 dari kelas Metode Numerik-02, pada kesempatan kali ini saya ingin berbagi pengetahuan saya untuk mencari solusi penurunan produksi emisi gas CO2 dari sektor energi di Indonesia menggunakan kerangka berpikir DAI5. 

Menurut data yang dikeluarkan oleh Badan Pusat Statistik pada tahun 2000-2019, sektor energi selalu menjadi penyumbang emisi gas CO₂ terbesar di Indonesia. Salah satu penyebab utama dari kondisi tersebut adalah karena emisi yang dihasilkan oleh PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap). Kondisi tersebut tentunya sangat bertentangan dengan tujuan SDGs nomor 7 yaitu menjamin penggunaan energi yang bersih dan terjangkau. Dampak dari adanya emisi gas CO₂  adalah terjadinya pemanasan global yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan iklim, kerusakan lingkungan, hilangnya keanekaragaman hayati, serta meningkatkan potensi terjadinya bencana alam. Indonesia telah melakukan banyak cara untuk mengatasi permasalahan tersebut, salah satunya adalah dengan mengesahkan Paris Agreement to the United Nation Framework Convention on Climate Change (Persetujuan Paris atas Konvensi Kerangka Kerja Perserikatan Bangsa-Bangsa mengenai Perubahan Iklim). Dengan komitmen ini, Indonesia dengan negara lainnya secara bersama- sama berkomitmen untuk menjaga kenaikan suhu global di bawah 2^oC dan mendorong upaya untuk membatasi kenaikan suhu bumi lebih jauh ke 1,5^oC. Namun, komitmen saja tidak cukup. Diperlukan adanya aksi nyata dari semua pihak, termasuk akademisi, pemerintah, dan masyarakat untuk mencapai tujuan tersebut.

Untuk itu, saya mencoba menyelesaikan permasalahan tersebut dengan menggunakan kerangka berpikir DAI5. Kerangka berpikir ini terdiri dari lima langkah utama, yaitu Deep Awareness of ‘I’, Intention, Initial Thinking, Idealization, dan Instruction Set. Melalui penerapan kerangka ini, diharapkan dapat ditemukan solusi yang tidak hanya efektif secara teknis, tetapi juga mempertimbangkan aspek kesadaran diri, etika, dan keberlanjutan.

1. Deep Awareness of ‘I’

Langkah pertama dalam DAI5 adalah membangun kesadaran mendalam tentang peran dan posisi diri saya dalam konteks permasalahan ini. Sebagai seorang mahasiswa yang memiliki latar belakang di bidang teknik mesin, saya menyadari bahwa saya memiliki tanggung jawab moral dan intelektual untuk ikut berkontribusi dalam mengatasi permasalahan emisi gas CO2 dari sektor energi di Indonesia. Kesadaran ini juga didasari oleh kepedulian saya terhadap masa depan lingkungan hidup dan generasi mendatang. Saya memahami bahwa penggunaan energi yang tidak efisien serta ketergantungan terhadap bahan bakar fosil menjadi akar utama dari tingginya emisi karbon di sektor energi. Oleh karena itu, saya bertekad untuk menggunakan pengetahuan dan keterampilan saya dalam merancang solusi teknis yang mendukung transisi menuju energi bersih.

2. Intention

Berdasarkan kesadaran tersebut, saya menetapkan tujuan yang ingin saya capai, yaitu: “Mengembangkan pendekatan teknologi dan kebijakan yang mampu menurunkan emisi gas CO2 dari PLTU melalui penerapan teknologi energi terbarukan dan peningkatan efisiensi sistem pembangkit.” Intensi ini bukan hanya sekedar keinginan pribadi, tetapi juga mencerminkan tanggung jawab saya sebagai bagian dari masyarakat global yang memiliki visi menjaga kelestarian bumi.

3. Initial Thinking

Setelah memiliki niat yang jelas, saya mulai merancang pemikiran awal dengan mengumpulkan informasi terkait potensi penerapan energi terbarukan di Indonesia, efisiensi pembangkit listrik, serta data emisi aktual dari PLTU. Berdasarkan kajian awal, saya menemukan bahwa salah satu penyebab tingginya emisi dari PLTU adalah penggunaan teknologi konvensional yang sudah usang dan belum menerapkan sistem co-firing biomassa secara optimal. Selain itu, efisiensi termal dari banyak PLTU di Indonesia masih berada di bawah standar ideal. Saya juga meninjau potensi pemanfaatan energi surya, angin, dan hidro yang berlimpah di Indonesia sebagai sumber energi bersih pengganti sebagian kebutuhan energi listrik nasional.

4. Idealization

Pada tahap ini, saya merancang kondisi ideal yang ingin dicapai. Dalam bayangan saya, sistem energi di Indonesia ke depan adalah sistem yang menerapkan bauran energi terbarukan minimal 60% pada tahun 2050, didukung dengan teknologi Carbon Capture Storage (CCS) pada PLTU eksisting yang masih beroperasi, serta penerapan konsep Smart Grid untuk mengoptimalkan distribusi energi bersih. Di sisi lain, masyarakat juga didorong untuk menggunakan energi secara bijak melalui kampanye Smart Energy Lifestyle. Dengan kondisi ideal ini, diharapkan emisi gas CO2 dari sektor energi dapat ditekan secara signifikan, bahkan menuju net zero emission di tahun 2060.

5. Instruction Set

Terakhir, saya menyusun rangkaian langkah konkret yang perlu dilakukan untuk mewujudkan kondisi ideal tersebut. Langkah-langkah tersebut meliputi:

1. Mendorong penelitian dan pengembangan teknologi co-firing biomassa yang efektif dan ekonomis untuk PLTU.
2. Mengembangkan teknologi CCS yang disesuaikan dengan karakteristik pembangkit di Indonesia.
3. Mengoptimalkan pemanfaatan potensi energi terbarukan melalui pembangunan PLTS terapung, PLTB di wilayah pesisir, dan PLTMH di daerah pedalaman.
4. Menerapkan kebijakan insentif bagi industri yang berinvestasi pada energi bersih serta menerapkan sistem carbon tax bagi pembangkit yang masih menggunakan energi fosil.
5. Mengedukasi masyarakat tentang pentingnya penghematan energi melalui program literasi energi bersih di sekolah dan komunitas.
6. Mengembangkan sistem monitoring emisi berbasis IoT di setiap PLTU untuk memastikan transparansi data emisi secara real-time.

Melalui penerapan kerangka berpikir DAI5 ini, saya berharap solusi yang dihasilkan tidak hanya bersifat teknis, tetapi juga mempertimbangkan aspek kesadaran diri, moral, dan tanggung jawab sosial. Dengan pendekatan yang komprehensif ini, diharapkan Indonesia mampu mencapai transisi energi yang adil dan berkelanjutan, serta berkontribusi dalam pencapaian SDGs 7: Energi Bersih dan Terjangkau serta SDGs 13: Penanganan Perubahan Iklim.

HEAT CONDUCTION

Pada hari Selasa minggu kemarin Pak Dai memberikan tugas untuk melakukan simulasi batang 2 dimensi yang mengalami heat conduction menggunakan aplikasi CFDSoF untuk menemukan pemodelan matematisnya secara numerik. Untuk melakukan hal tersebut, saya menggunakan kerangka berpikir DAI5 agar proses penyelesaian masalah ini dapat terstruktur secara sistematis, menyeluruh, dan tetap mempertimbangkan aspek kesadaran diri, tanggung jawab ilmiah, serta penguasaan konsep fisika dan numeriknya.

Pada tahap Deep Awareness of “I”, saya menyadari bahwa simulasi yang saya lakukan bukan sekadar memasukkan angka dan menjalankan software, melainkan menjadi bagian dari proses memahami fenomena fisik heat conduction secara mendalam. Saya memahami bahwa keputusan saya dalam memilih parameter simulasi, menentukan skema numerik, hingga menafsirkan hasil simulasi akan mempengaruhi kualitas dan akurasi hasil yang diperoleh. Kesadaran ini mengingatkan saya untuk bertindak jujur dan bertanggung jawab terhadap seluruh proses, menghindari manipulasi data hanya demi mendapatkan hasil sesuai ekspektasi.

Selanjutnya, pada tahap Intention, saya menetapkan tujuan yang jelas: menemukan distribusi suhu steady-state di dalam batang 2 dimensi serta memahami bagaimana parameter seperti ukuran grid dan skema numerik mempengaruhi hasil simulasi. Selain itu, saya juga ingin membandingkan hasil numerik dari CFDSoF dengan solusi analitik sederhana jika kondisi ideal diterapkan. Dengan begitu, saya tidak hanya menyelesaikan tugas, tetapi juga memperdalam pemahaman tentang validasi model numerik.

Pada tahap Initial Thinking, saya mengumpulkan konsep-konsep awal terkait heat conduction, persamaan diferensial parsial yang berlaku, serta metode numerik yang relevan, yaitu metode beda hingga. Saya juga mengidentifikasi kondisi batas yang sesuai dengan kasus ini, yaitu suhu tetap pada dinding vertikal dan kondisi adiabatik pada dinding horizontal. Semua pemahaman awal ini membantu saya menyusun strategi simulasi yang efektif.

Masuk ke tahap Idealization, saya menyederhanakan sistem nyata menjadi model matematis yang lebih terkontrol. Batang saya bagi menjadi grid berukuran seragam, lalu saya menerapkan persamaan konduksi panas 2 dimensi dalam bentuk diskritisasi beda hingga. Persamaan ini kemudian menjadi fondasi bagi CFDSoF dalam menyelesaikan distribusi suhu secara numerik.

Terakhir, pada tahap Instruction Set, saya menerjemahkan semua konsep dan idealisasi tadi ke dalam serangkaian langkah teknis di CFDSoF. Saya mulai dengan mendefinisikan geometri batang, memasukkan parameter material, menerapkan kondisi batas, menyusun grid, memilih skema numerik yang tepat, dan menjalankan solver hingga hasilnya konvergen. Setelah itu, saya menganalisis hasilnya dalam bentuk kontur suhu dan profil suhu sepanjang sumbu x dan y, lalu melakukan refleksi untuk menilai apakah hasil tersebut telah mencerminkan perilaku fisis yang masuk akal.

Video Simulasi Heat Conduction pada Batang 2 Dimensi

Grafik Curve Fitting

Curve Fitting untuk baris J=2

Curve Fitting untuk baris J=3

Curve Fitting untuk baris J=4

Curve Fitting untuk baris J=5

Curve Fitting untuk baris J=6

Curve Fitting untuk baris J=7

Curve Fitting untuk baris J=8

Curve Fitting untuk baris J=9

Curve Fitting untuk baris J=10

Curve Fitting untuk baris J=11

Penjelasan hasil dari simulasi tersebut menunjukkan bahwa semakin wall menuju ke tengah maka suhu yang ada juga semakin tinggi. Hal tersebut disebabkan karena konduksi panas yang terjadi berasal dari dinding-dinding batang yang bersuhu tinggi menuju daerah tengah batang yang semula bersuhu lebih rendah. Dalam kasus ini, dinding-dinding pada sisi batang memiliki suhu tetap yang lebih tinggi (seperti dinding bawah dan atas), sementara dinding lainnya (misalnya kiri dan kanan) memiliki suhu tetap yang lebih rendah. Akibatnya, panas mengalir dari daerah bersuhu tinggi menuju daerah bersuhu rendah, dan seiring waktu terjadi distribusi suhu yang merata di tengah-tengah batang.

Fenomena ini juga menunjukkan bahwa laju konduksi panas dari dinding menuju tengah batang semakin berkurang seiring jarak, karena gradien suhu yang semakin kecil. Hal ini konsisten dengan hukum Fourier tentang konduksi panas, di mana fluks panas berbanding lurus dengan gradien suhu. Oleh karena itu, pusat batang cenderung memiliki suhu yang lebih tinggi dan mendekati kondisi steady state setelah perpindahan panas mencapai keseimbangan.