○Bahan Dasar untuk Tempat Tinggal
Banyak rumah di Jepang memiliki isolasi termal yang rendah, sehingga meskipun pemanasan dilakukan di musim dingin, panas tetap hilang, dan kondensasi akan terjadi pada jendela. Jika pemanasan terus dilakukan dalam kondisi seperti ini, akan menjadi pemborosan energi listrik. Oleh karena itu, bahan isolasi digunakan untuk mencegah hilangnya panas. Dengan menambahkan kaca lapisan ganda dan ventilasi mekanis 24 jam, sistem pendinginan dan pemanasan dapat digunakan secara terus-menerus selama musim panas dan musim dingin, sambil mengurangi konsumsi energi listrik yang rendah.
Beton yang digunakan pada gedung, apartemen, dan tempat tinggal lainnya mengeluarkan sejumlah besar karbon dioksida selama proses pembuatannya, yang memberikan dampak besar terhadap pemanasan global, sehingga perlu mengurangi penggunaannya.
Menyikapi masalah seperti ini, serta masalah kemiskinan dan pengungsi yang tidak dapat tinggal di rumah yang layak, jika kita mulai membangun sekarang dan memikirkan cara-cara tempat tinggal yang berkelanjutan di seluruh dunia, bahan dasar yang digunakan adalah kayu paulownia cepat tumbuh, bambu, jerami, tanah, tanah liat, batu, kapur, dan air.
Jerami adalah batang padi atau gandum yang telah dikeringkan. Padi banyak ditanam di wilayah Asia, dari Jepang hingga India. Gandum ditanam di seluruh dunia, termasuk Afrika, Eropa, Asia, Rusia, Australia, Kanada, dan Argentina. Oleh karena itu, jerami dapat diperoleh di mana saja. Jerami ini diikat dan dibentuk menjadi blok berukuran sekitar 50 cm lebar, yang digunakan sebagai bahan isolasi dan ditumpuk di antara tiang-tiang rumah. Tanah kemudian ditempelkan di dalam dan luar dinding jerami untuk membentuk dinding tanah. Rumah jenis ini disebut rumah bal jerami (straw bale house). Bale adalah blok yang dibuat oleh mesin pertanian yang disebut baler, yang digunakan untuk memadatkan jerami atau rumput kering.
Tiang-tiang rumah menggunakan kayu paulownia cepat tumbuh. Kayu ini tumbuh lebih cepat daripada kayu paulownia biasa, dan dalam waktu 5 tahun dapat mencapai ketinggian 15 meter dan diameter 40 cm. Kayu ini juga cukup kuat, sehingga dapat digunakan untuk tiang dan furnitur. Setelah dipanen, kayu ini dapat tumbuh kembali dan dapat dipanen setiap 5 tahun, dengan siklus ini berlangsung selama 30-40 tahun. Kayu ini dapat ditanam di mana saja dengan iklim hangat dan tanah yang tidak terlalu asam atau alkali.
Metode konstruksi seperti cob dan adobe, yang melibatkan pencampuran pasir, tanah liat, jerami, dan bahan lainnya untuk membangun dinding tanah dan dinding bata, sudah lama digunakan di berbagai benua. Ketika serat seperti jerami dicampurkan, jerami yang memanjang akan menghubungkan tanah dengan tanah, meningkatkan kekuatan tarik cob.
Karena dinding tanah ini bisa melemah jika terpapar angin dan hujan, maka lapisan tambahan seperti plester yang dicampur dengan minyak digunakan di luar dinding untuk meningkatkan ketahanan terhadap air dan daya tahan.
Dinding straw bale memiliki ketebalan sekitar 50 cm, sementara cob memiliki ketebalan sekitar 60 cm. Namun, ketika dinding tipis diperlukan di dalam rumah, metode yang sama seperti yang digunakan pada rumah tradisional Jepang, yaitu menempelkan tanah pada bambu, juga dapat digunakan. Bambu terutama tumbuh di wilayah dengan iklim hangat dan lembap, seperti di Asia Timur dan Selatan, Afrika, serta negara-negara di sekitar khatulistiwa di Amerika Selatan.
Berikut adalah nilai konduktivitas termal, di mana angka yang lebih kecil menunjukkan kemampuan isolasi panas yang lebih tinggi. Jerami memiliki performa isolasi panas yang sangat baik.
- Sekitar 0,016 W/(m・K) - Wol kaca 16K (bahan utama adalah kaca)
- Sekitar 0,05 - 0,09 W/(m・K) - Jerami
- Sekitar 0,5 - 0,8 W/(m・K) - Dinding tanah
- Sekitar 0,1 - 0,2 W/(m・K) - Kayu alami
- Sekitar 1,7 - 2,3 W/(m・K) - Beton
Selain jerami, tanaman lain dari keluarga rumput seperti alang-alang dan jerami juga dapat digunakan. Alang-alang memiliki konduktivitas termal sekitar 0,041 W/(m・K), sementara jerami rumput memiliki 0,037 W/(m・K). Alang-alang mencakup berbagai jenis seperti chigaya, suge, susuki, yoshi, kariyasu, karukaya, dan shimagaya, dan di Jepang, alang-alang sering digunakan untuk atap alang-alang.
Dengan kata lain, jerami adalah sumber daya yang dapat dipanen setiap tahun di berbagai belahan dunia. Jika pemerintah daerah memantau jumlah bahan yang tersedia, kekurangan sumber daya tidak akan terjadi. Namun, tanah memerlukan ratusan tahun untuk terbentuk, sehingga rumah straw bale yang menggunakan bahan seperti pohon kayu cepat tumbuh dan jerami yang bisa dipanen dalam waktu singkat lebih diutamakan daripada rumah cob, yang menggunakan lebih banyak tanah.
Jenis rumah ini terbuat dari bahan yang dapat digunakan kembali dan dirancang untuk digunakan dalam jangka panjang dengan perbaikan berkala. Selain itu, bahan-bahan ini dapat kembali ke alam setelah digunakan. Straw bale, cob, dan adobe adalah metode yang telah ada di berbagai benua sejak zaman dahulu dan sangat mudah diterapkan di seluruh dunia sebagai dasar untuk rumah yang berkelanjutan.
Di daerah yang memiliki curah hujan tinggi dan kelembapan tinggi seperti Jepang, langkah-langkah untuk mencegah pembusukan jerami akibat jamur perlu dipertimbangkan.
- Gunakan atap yang dapat mengelola air hujan dengan efektif, serta buatkan kanopi dan saluran air pada jendela dengan panjang yang tepat untuk melindungi dinding dari air hujan.
- Tinggikan pondasi rumah agar terlindungi dari percikan air hujan yang melompat dari tanah.
- Pastikan kelembapan dari tanah tidak masuk ke dalam dinding rumah.
- Gunakan metode konstruksi dinding luar yang berventilasi, dengan membuat saluran udara di antara bahan dinding luar dan bahan isolasi untuk mengeluarkan kelembapan, mengeringkan, dan mencegah kondensasi.
Kemudian, untuk titik pertemuan antara rumah dan tanah, pilihlah konstruksi dengan fondasi batu di atas batu fondasi sebagai pilihan utama, bukan fondasi beton. Hal ini bertujuan untuk mengurangi penggunaan beton dan untuk mengurangi dampak gaya gempa bumi. Jika rumah terhubung secara tetap dengan fondasi beton, getaran gempa akan langsung diteruskan ke rumah. Pada konstruksi dengan fondasi batu, kolom rumah berada di atas batu fondasi, sehingga kolom tersebut dapat meluncur di atas batu dan meredakan getaran. Namun, konstruksi fondasi batu tidak dapat diterapkan di semua tempat, sehingga meskipun menjadi prioritas utama, perlu dipertimbangkan apakah fondasi beton atau metode lain lebih sesuai untuk situasi tertentu.
Fondasi-fondasi ini juga akan disesuaikan dengan ketinggian yang dapat mencegah percikan air hujan dari tanah mengenai dinding tanah.
○Pembangkit dan Penyimpanan Energi
Pembangkit dan penyimpanan energi yang baik harus sederhana namun berkelanjutan. Di Desa Prout, prioritas utama adalah kombinasi sistem pembangkit listrik berikut ini.
Pembangkit listrik utama akan menggunakan baterai magnesium, yang dikembangkan oleh Profesor Takashi Yabe dari Universitas Teknologi Tokyo. Baterai ini menggunakan pelat tipis magnesium sebagai elektrode negatif, dengan bahan berbasis karbon yang direndam dalam air garam sebagai elektrode positif. Energi listrik dapat diambil dari baterai ini.
Baterai magnesium ini memiliki kapasitas listrik lebih dari 8,5 kali lipat dari baterai lithium-ion yang digunakan pada smartphone, dan memiliki risiko kebakaran yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan bakar hidrogen. Selain itu, meskipun batas waktu terbang drone dengan baterai konvensional adalah 30 menit, dengan baterai magnesium, drone bisa terbang selama 2 jam, dan kereta golf juga dapat beroperasi sekitar 2 jam.
Magnesium tersedia melimpah di air laut, dengan sekitar 1.800 triliun ton magnesium yang terkandung di dalamnya, yang setara dengan 100 miliar ton minyak yang digunakan setiap tahun selama 100.000 tahun. Kemungkinan untuk kekurangan sangat rendah, dan magnesium ini dapat diakses di seluruh dunia. Setelah digunakan, magnesium oksida yang tersisa dapat dipanaskan pada suhu lebih dari 1.000°C untuk digunakan kembali sebagai baterai magnesium.
Profesor yang sama juga telah mengembangkan perangkat yang mengumpulkan cahaya matahari menggunakan cermin tanpa menggunakan listrik, kemudian mengubahnya menjadi sinar laser untuk menyinari magnesium oksida, memisahkan oksigen, dan menggunakannya kembali sebagai magnesium. Selain itu, beliau juga mengembangkan perangkat desalinasi yang dapat mengekstraksi magnesium dan garam dari air laut.
Baterai magnesium yang digunakan dalam eksperimen ini memiliki dimensi 16,3 cm lebar, 23,7 cm panjang, dan 9,7 cm tinggi, dengan berat sekitar 2 kilogram setelah diberi air. Outputnya mencapai 250W maksimum, yang cukup untuk mengoperasikan kulkas 450L (250W) selama 1 jam. Ketika lima atau sepuluh baterai ini dihubungkan, mereka dapat memberikan daya ke perangkat yang memerlukan lebih banyak energi. Dengan memasang baterai magnesium seberat 16kg pada kendaraan, kendaraan tersebut dapat bergerak sejauh 500km.
Saat melakukan desalinasi air laut, garam dan magnesium klorida (bittern) tertinggal, namun jika magnesium klorida ini disinari dengan sinar laser, magnesium akan terbentuk. Selain itu, magnesium juga ditemukan melimpah di pasir gurun dan bahan lainnya. Dari 10 ton air laut, sekitar 13 kg magnesium dapat diekstraksi, yang setara dengan konsumsi listrik bulanan untuk rumah tangga standar.
Dengan menjadikan baterai magnesium sebagai dasar kehidupan, magnesium dapat diambil dari lautan di seluruh dunia, dengan kemungkinan kehabisan yang sangat kecil. Karena dapat disimpan dan dipindahkan, listrik dapat digunakan bahkan di daerah terpencil dengan kondisi yang buruk.
Perangkat desalinasi untuk menghasilkan magnesium ini membutuhkan listrik. Oleh karena itu, pembangkit listrik tenaga mikrohidro akan dibangun di sungai-sungai dan anak sungai di seluruh dunia untuk menghasilkan listrik. Jumlah listrik yang dihasilkan dipengaruhi oleh perbedaan ketinggian dan volume air, namun contoh di Jepang, seperti di Pembangkit Listrik Air Bersih Itoshiro Banba di Prefektur Gifu, menggunakan satu roda air untuk menghasilkan daya 125 kW yang cukup untuk sekitar 150 rumah tangga, dengan perbedaan ketinggian 111m.
Selain pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini, pembangkit listrik tenaga pasang surut juga akan digunakan di laut dan sungai. Karena gelombang laut terus bergerak, pembangkit listrik pasang surut dapat menyediakan listrik secara stabil baik siang maupun malam, dan karena strukturnya yang sederhana, tidak memerlukan peralatan besar, ini menjadi alasan utama.
Kemudian, jika ditambah dengan pembangkit listrik tenaga angin skala kecil dan menengah, daya yang dihasilkan akan bertambah ketika angin bertiup. Berbagai jenis pembangkit listrik tenaga angin telah dikembangkan, dan jika menggunakan model sumbu vertikal, turbin angin akan berputar secara horizontal, sehingga dapat menangani angin dari semua arah. Di Desa Prout, setiap pemerintah daerah akan membangun dan mengelola fasilitas energi skala kecil dan menengah di berbagai lokasi, untuk menghasilkan energi secara terdesentralisasi. Oleh karena itu, pembangkit listrik tenaga angin skala besar tidak akan menjadi prioritas utama.
Magnesium battery, pembangkit listrik tenaga mikrohidro, pembangkit listrik tenaga pasang surut, dan pembangkit listrik tenaga angin yang telah dibahas di atas semuanya tidak menghasilkan emisi karbon dioksida atau polutan lainnya selama proses pembangkitannya, sehingga merupakan langkah untuk mengatasi masalah pemanasan global dan menjadi metode pembangkit listrik yang stabil dan berkelanjutan. Selain itu, energi sumber lain juga akan digunakan bersamaan, dengan tujuan untuk mendiversifikasi energi terbarukan.
Salah satunya adalah penggunaan pemanas air tenaga surya dengan tabung vakum untuk menghasilkan air panas dari panas matahari, yang akan digunakan untuk mandi atau di dapur. Alat ini terdiri dari bagian pengumpul panas untuk mengumpulkan panas matahari dan bagian penyimpan air panas yang terintegrasi. Di Jepang, suhu air dapat mencapai 60–90°C pada musim panas dan sekitar 40°C pada musim dingin.
Pada saat yang sama, penggunaan panel pengumpul panas matahari juga akan dipertimbangkan. Panel ini menggunakan panas matahari untuk memanaskan udara di dalam panel hingga sekitar 50°C, yang kemudian akan mengalir melalui saluran udara dan menghangatkan seluruh rumah sebagai sistem pemanas.
Karena ini menggunakan panas matahari, orientasi dan sudut pemasangan pemanas air dan panel pengumpul panas menjadi penting. Di Jepang, arah selatan sejati adalah yang paling efektif, dan jika itu dianggap 100%, maka arah timur sejati dan barat sejati masih dapat memberikan sekitar 80% efisiensi. Sudut atap yang ideal adalah antara 20–30 derajat. Jika ditempatkan di atap, bentuk atap juga harus disesuaikan untuk memperbesar area pengumpul panas.
Pemanas air tenaga surya dan panel pengumpul panas matahari ini memanfaatkan panas secara langsung, sehingga struktur dan desainnya menjadi lebih sederhana.
Selanjutnya, untuk penerangan di tempat yang tidak terjangkau oleh kabel listrik, akan dipertimbangkan penggunaan pembangkit listrik berbasis tanaman dan pembangkit listrik mikrohidro ultra kecil. Pembangkit listrik berbasis tanaman bekerja dengan cara memasukkan dua elektroda ke dalam tanah untuk menghasilkan aliran listrik yang sangat kecil. Namun, daya yang dihasilkan sangat kecil, sekitar 1,5 volt dari satu elektroda. Ada eksperimen yang berhasil menghubungkan 100 elektroda untuk mencapai pembangkit listrik dengan tegangan lebih dari 100 volt, yang cukup untuk kebutuhan listrik rumah tangga. Kombinasi elektroda yang digunakan dalam eksperimen ini adalah magnesium dan arang hitam, dan tidak menggunakan sumber daya langka seperti logam langka.
Selain itu, pembangkit listrik mikrohidro ultra kecil yang dapat dibawa dengan panjang 1 meter juga telah dikembangkan. Pembangkit ini dapat menghasilkan listrik bahkan dengan perbedaan ketinggian 1 meter di sungai kecil, dan dapat menghasilkan daya 5W dengan aliran air 10 liter per detik.
Di Finlandia, juga digunakan baterai pasir. Baterai ini menyimpan listrik yang diperoleh dari energi matahari dan angin dalam bentuk panas pada pasir. Tangki isolasi berukuran lebar 4 meter dan tinggi 7 meter, dengan kapasitas 100 ton pasir. Panas yang tersimpan kemudian disalurkan ke wilayah sekitar dan digunakan untuk pemanas ruangan atau kolam renang air panas. Pasir yang dipanaskan hingga lebih dari 500 derajat Celsius dapat menyimpan energi selama beberapa bulan. Umur tangki ini bisa mencapai puluhan tahun. Pasir yang digunakan dapat berupa pasir apapun, asalkan kering dan tidak tercampur dengan sampah yang mudah terbakar, dan ini dapat diterapkan di Jepang juga.
Di Finlandia, dihitung bahwa untuk menyediakan panas bagi daerah dengan populasi 35.000 orang, diperlukan tangki penyimpanan pasir dengan tinggi 25 meter dan diameter 40 meter.
Baterai pasir ini memiliki struktur yang sederhana, terdiri dari pipa, katup, kipas, dan elemen pemanas listrik, dengan biaya pembangunan yang rendah.
Di Amerika Serikat, baterai pasir juga telah dikembangkan, di mana pasir silika dipanaskan hingga 1200°C dan disimpan dalam gudang penyimpanan beton isolasi. Untuk mengubah panas ini menjadi listrik, air dipanaskan dan uap yang dihasilkan digunakan untuk memutar turbin yang dilengkapi dengan banyak bilah. Turbin ini terhubung ke generator, menghasilkan listrik. Peralatan ini diperlukan untuk menghasilkan listrik dari panas.
Ini adalah metode pembangkit listrik dan penyimpanan energi di Desa Prout. Selanjutnya, kita akan melihat metode pembangkit yang sudah ada dan alasan mengapa metode tersebut tidak digunakan.
Salah satunya adalah hidrogen. Ketika hidrogen digunakan sebagai bahan bakar, tidak ada emisi karbon dioksida, tetapi dalam proses pembuatannya, emisi karbon dioksida tetap terjadi. Misalnya, metode pembuatan hidrogen dari bahan bakar fosil seperti gas alam, minyak, dan batu bara menghasilkan emisi karbon dioksida dalam jumlah besar, dan akhirnya akan menghadapi kekurangan sumber daya, sehingga metode ini tidak menjadi pilihan.
Ada juga metode untuk menghasilkan hidrogen dengan menggunakan energi alam seperti tenaga surya atau angin, dengan melakukan elektrolisis air. Metode ini memiliki emisi karbon dioksida yang rendah, tetapi karena memerlukan banyak air, akan memperburuk masalah kekurangan air yang sudah terjadi akibat pemanasan global.
Selain itu, dalam proses elektrolisis air ini, logam langka seperti iridium digunakan. Jika penggunaan logam ini berlanjut dengan jumlah yang sama, diperkirakan pada tahun 2050, konsumsi akan melebihi dua kali lipat dari cadangan yang ada, dan dapat mengakibatkan kelangkaan, sehingga ini bukan pilihan yang berkelanjutan.
Selain itu, ada metode untuk menghasilkan gas, listrik, dan hidrogen dari pembangkit listrik berbasis biomassa. Biomassa berasal dari limbah manusia dan hewan, jerami dan sekam padi (sisa pertanian), sisa makanan, kayu, dan bahan organik lainnya. Sebagai contoh, pada toilet biogas rumah tangga, kotoran sapi dimasukkan ke dalamnya. Kotoran sapi mengandung bakteri metana, dan ketika kotoran sapi, limbah manusia, makanan, dan gulma dimasukkan ke dalamnya, bakteri metana akan fermentasi dan menghasilkan biogas. Komponen utama gas ini adalah 60% metana dan 40% karbon dioksida. Karena gas metana merupakan salah satu penyebab utama pemanasan global, penggunaan metode ini secara global menjadi semakin sulit.
Untuk penyimpanan hidrogen, ada beberapa metode seperti kompresi tekanan tinggi, hidrogen cair yang didinginkan hingga -253°C, dan paduan penyimpanan hidrogen, yang memerlukan fasilitas transportasi khusus. Dalam hal ini, fasilitas yang diperlukan menjadi besar dan kompleks, sehingga tidak dapat digunakan.
Selain itu, panel surya untuk pembangkit listrik tenaga surya mengandung zat berbahaya, dan pembuangannya harus dilakukan dengan cara ditimbun di bawah tanah, yang menjadikannya bukan metode yang berkelanjutan.
Pembangkit listrik tenaga panas bumi memerlukan waktu yang sangat lama untuk penelitian, pengeboran, dan pembangunan jalur pipa, serta hanya dapat digunakan di lokasi tertentu, sehingga juga tidak dipilih.
Selain itu, pembangkit listrik tenaga nuklir dapat mengarah pada bencana besar, dan bahan bakarnya, yaitu uranium, terbatas dan akhirnya akan habis, sehingga tidak dapat digunakan. Pembangkit listrik tenaga panas juga menggunakan bahan bakar fosil yang akan habis, dan menghasilkan banyak karbon dioksida, sehingga tidak dipilih.
Selain itu, baterai lithium yang digunakan pada mobil listrik, sepeda listrik, dan smartphone mengandung sumber daya yang terbatas seperti lithium dan kobalt, sehingga tidak dapat dianggap berkelanjutan dan juga tidak akan digunakan.
Dari penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa baterai magnesium, pembangkit listrik tenaga air mikro, pembangkit listrik tenaga arus pasang, dan pembangkit listrik tenaga angin skala kecil hingga menengah akan menjadi fokus utama. Selain itu, pemanas air tenaga matahari, panel pengumpul panas matahari, pembangkit listrik tenaga tanaman, pembangkit listrik tenaga air ultra-mini, dan baterai pasir akan dipertimbangkan sesuai dengan situasi.
Dengan cara ini, listrik akan dihasilkan sebanyak mungkin dari laut, sungai, dan tanah, dan dibagikan bersama. Ditambah dengan peningkatan isolasi rumah, konsumsi daya listrik juga akan dikurangi. Dengan demikian, kehidupan hanya akan bergantung pada energi terbarukan tanpa menggunakan sumber daya yang akan habis. Dalam masyarakat uang, kegiatan ekonomi berlangsung, dan untuk kompetisi tersebut, konsumsi daya listrik yang sangat besar terjadi setiap hari. Ketika kegiatan ekonomi ini menghilang, kebutuhan daya listrik akan berkurang secara signifikan, dan emisi karbon dioksida juga akan menurun drastis, menjadi langkah yang kuat dalam mengatasi pemanasan global.
0 コメント