Mesin Pesawat Masa Depan Berwawasan Lingkungan

by Doddy Samperuru | May 21st 2008 | kategori: Technology

KOMPAS, Sabtu, 21-08-1993. Halaman: 12
Oleh Doddy Samperuru
KEEMPAT mesin pesawat Boeing 747-400 dalam sekali penerbangan trans-atlantik dapat menghabiskan sampai 60 ton avtur, jumlah bahan bakar yang sama untuk mencukupi kebutuhan energi suatu kota kecil berpenduduk 30.000 orang selama 8 jam. Dewasa ini diperkirakan ada sekitar 10.000 pesawat bermesin turbin terbang di seantero dunia dan 6.000 penerbangan di antaranya terjadi di atas samudera Atlantik dalam sehari. Dari seluruh emisi gas buang akibat transportasi peradaban umat manusia, penerbangan komersil dan pesawat sipil ternyata hanya menyumbang kurang dari 5 persen. Sementara jika dihubungkan dengan pemanasan global, dunia penerbangan pun hanya menyumbang 1 persen saja (walaupun tidak pernah dibuktikan) emisi karbon dioksida (CO2). Sebuah studi di bandara Gatwick, London di tahun 1991 melaporkan kadar NOx terkonsentrasi di sekitar terminal dan tempat parkir mobil. Sedangkan pesawat terbang hanya menyumbang seperlima dari total kadar NOx di terminal, sisanya berasal dari lalu lintas dan generator listrik di sekitar bandara.
Walaupun begitu, dunia penerbangan tetap saja acap kali diserang para pecinta lingkungan. Meski yang sering dikritik adalah pesawat militer, penerbangan pesawat sipil dan komersil pun kena tuding juga. Pasalnya, diyakini pesawat terbang menghasilkan polusi per penumpang lebih besar daripada sarana transportasi lainnya, misalnya otomobil. Sebab itu, para industriawan pesawat khususnya pembuat mesin terus melakukan penelitian dan pengembangan agar dapat menemukan mesin yang irit bahan bakar, tidak berisik, menghasilkan polutan seminimal mungkin, berdaya dorong besar dengan harga yang relatif terjangkau. Hasilnya, misalnya, mesin yang ada dewasa ini memerlukan hanya sepertiga bahan bakar per penumpang per kilometer jika dibandingkan 20 tahun yang lalu. Bahkan, jika nanti mesin dengan ultra high-bypass ratio telah dipatenkan, bahan bakar yang diperlukan hanya 75 persen dari yang ada sekarang.
Merusak Ozon
Hasil utama dari pembakaran avtur adalah uap air (H2O) dan CO2. Juga sejumlah kecil dihasilkan bahan bakar yang tak terbakar (unburned hydrocarbon-UHC), karbon monoksida (CO), oksida nitrogen (NOx), oksida sulfur (SOx), dan partikulat karbon yang terbawa asap lainnya. H2O dan CO2 merupakan unsur polutan yang tidak dapat dihindarkan dari penggunaan bahan bakar hidrokarbon dan diketahui mempunyai andil dalam pemanasan global. UHC dan CO timbul dari pembakaran yang tidak sempurna terutama pada keadaan mesin langsam (idle). Tetapi berkat litbang secara terus menerus, dewasa ini alat pembakar (combustor) dapat menghasilkan efisiensi sebesar 90 persen dalam keadaan langsam. Dalam efisiensi sebesar ini, kontribusi gas UHC dan CO dapat diabaikan jika dibandingkan dengan hasil pembakaran batubara dari pabrik atau PLTU misalnya.
Partikel SOx tergantung dari jumlah unsur sulfur dalam bahan bakar, biasanya 0,1 sampai 0,3 persen berat. Sedangkan yang paling dikuatirkan adalah NOx (NO dan NO2) yang besarnya sekitar 85 persen berat polutan yang dihasilkan. Jika tersebar di lapisan troposfor (di ketinggian sekitar 9 km), NOx dapat “melubangi” lapisan ozon, menimbulkan efek fotokimia, dan hujan asam.
Berbeda dengan polutan lainnya, NOx justru timbul pada pembakaran suhu tinggi, di mana terjadi peningkatan efisiensi mesin. Contohnya, peningkatan rasio tekanan (pressure ratio) pada mesin turbin, selain menambah irit bahan bakar, selanjutnya mengurangi polutan CO2 dan H2O, ternyata juga semakin meningkatkan NOx yang terjadi.
Hal ini mendorong para pembuat mesin pesawat untuk dapat menekan timbulnya NOx seminimal mungkin. Perusahaan General Electric (GE) misalnya, telah membuat pembakar (selanjutnya disebut kombustor) terobosan baru yang diterapkan pada mesin GE90 dan CFM56-5B. Inovasi GE lainnya adalah kombustor bertingkat secara radial. Pengaruhnya tidak mengurangi NOx, melainkan sangat mengurangi kebisingan mesin. Sehingga itu, mesin-mesin buatan GE dipakai pada pesawat siluman F-117 Night Hawk dan pembom B-2 Boomerang.
Raksasa pembuat mesin lainnya, Pratt & Whitney (P & W), juga membuat kombustor yang menghasilkan NOx rendah. Kombustor “Vorbix” buatannya dipakai pada mesin turbofan International Aero Engines (IAE) V2500 yang banyak mentenagai seri pesawat Airbus. Berbeda dengan buatan GE, kombustor ini bertingkat secara aksial, dengan nosel penuntun terletak lebih ke depan daripada nosel utama. Perbedaan lain, nosel penuntut terletak di dalam sedangkan nosel utama lebih keluar arah radial mesin. Keuntungannya, nosel penuntun terhindar dari tekanan sentrifugal akibat putaran kompresor. Juga karena nosel utama lebih keluar menyebabkan panas dapat diarahkan menjauhi kaki sudu turbin (bagian yang menerima tegangan sentrifugal terbesar), akibatnya distribusi temperatur pada sudu turbin akan makin baik.
Pembatasan emisi gas buang
Organisasi penerbangan sipil internasional ICAO telah mulai menyelidiki emisi gas buang pesawat sejak tahun 1972. Namun baru sembilan tahun kemudian mengeluarkan peraturan yang membatasi kadar emisi. Peraturan yang dibuat terutama hanya berisi tentang kadar emisi yang diijinkan. Sementara kemajuan teknologi cepat menghasilkan mesin dengan kadar emisi yang lebih rendah. Contohnya, peraturan yang dikeluarkan komisi perlindungan lingkungan dari ICAO tahun 1991 yang menetapkan batas maksimum NOx sebesar 20 persen padahal nanti pada tahun 1995 ada tiga mesin (GE90, CEM56-5B dan IAE V2500-A5) yang dapat menghasilkan emisi NOx jauh di bawah 20 persen. Hal ini membuat seolah-olah peraturan tadi tidak berguna lagi.
Ada satu masalah lain, yaitu beberapa negara telah membuat peraturan dan standar sendiri yang mengatur kadar emisi gas buang di wilayahnya masing-masing yang tidak sama dengan peraturan yang dibuat ICAO. Inggris misalnya, hanya membatasi kadar asap saja, sedangkan Swedia dan Kanada membatasi keempat polutan. Perancis dan CIS (bekas Uni Soviet) menolak memberitahu peraturannya kepada ICAO. AS tidak membatasi kadar NOx dan CO serta Jerman bahkan tidak punya peraturan sama sekali. Sementara itu, komisi Eropa semakin menambah keruwetan dengan mengeluarkan peraturan yaitu kadar maksimal 20 persen di bawah standar ICAO.
Selain tingkat emisi polutan yang rendah, mesin masa depan juga harus tidak menyebabkan polusi suara, artinya mesin tidak bising. Telah enam tahun NASA mengadakan penelitian tentang kombustor emisi rendah, nosel mesin pengurang kebisingan, serta siklus mesin yang dapat diubah-ubah. Dua program yang terakhir berkaitan dengan kinerja kebisingan mesin. Namun sampai sekarang solusi masalah sonic boom yang terutama terjadi pada mesin jet masih belum dapat diselesaikan sepenuhnya.
Mesin pesawat komersil
Tahun ini, tiga perusahaan pembuat mesin masih bersaing dalam berebut pasaran mesin besar, yaitu GE GE90, P & W PW4000, serta Rolls-Royce Trent. Ketiganya ditujukan untuk mentenagai pesawat berbadan lebar terbaru keluaran paberik Boeing yaitu seri 777. Dua new-comer, konsorsium IAE dan CFM International (CFMI) ikut meramaikan pasaran mesin yang lebih kecil. Mesin-mesin generasi baru ini selain lebih kuat dan segala kelebihan lainnya, juga sangat mementingkan faktor lingkungan.
Rolls-Royce (R-R) misalnya, tengah berusaha menciptakan mesin yang merupakan kombinasi dari tipe tekanan tinggi pada seri Trent dengan sistem rendah dari mesin RB.211-524H. Mesin yang ditujukan untuk mentenagai pesawat double-decker MD-12 dan Boeing 747-X ini, mempunyai kelebihan dimana gaya dorong perberat pesawat sangat besar dengan konsumsi bahan bakar relatif hemat yang artinya polusi yang dihasilkannyapun sangat ringan dan juga tidak bising. Sementara di jenis pesawat baling-baling, kemajuan teknologi telah membawa mesin turboprop berkemampuan turbofan, yaitu hemat, tidak bising, andal, dan yang penting tidak polutif. Contohnya, mesin GMA 2100 buatan General Motor Allison yang akan dipakai pesawat N-250 buatan IPTN.
Suatu kejutan terjadi pada Farnborough Airshow, September tahun lalu, dengan kehadiran pesawat Rusia bermesin buatan barat, Tupolev Tu-204, yang ditenagai oleh dua mesin RB.211-535E4 buatan R-R menggantikan Perm PS-90. Pihak Tupolev sendiri juga menawarkan mesin PW2240 dan P & W jika ada yang memesannya. Selain Tupolev, biro perancang Ilyushin dan Antonov juga berminat menggunakan mesin buatan barat pada pesawat mereka. Pada bulan Maret yang lalu, pesawat Il96M bermesin empat buah PW2037 buatan P & W melakukan first flight. Sedangkan Antonov masih dalam taraf penyelesaian mengganti mesin An-38 dengan TPE331-14 buatan Garrett. Trend pemakaian mesin buatan barat yang melanda Rusia ini dikarenakan selain lebih murah, kuat, mudah pengoperasian dan perawatan, juga lebih berwawasan lingkungan daripada mesin buatan Rusia sendiri.
Sebagian dari mesin-mesin baru tersebut adalah benar-benar baru. Sebagian lagi merupakan mesin lama yang telah mengalami modifikasi. Tiap mesin membawa teknologi yang inovatif dan dirancang
untuk tetap layak pakai sampai abad mendatang. Semuanya ini sejalan dengan bertambahnya kepedulian terhadap lingkungan, bertujuan agar mesin lebih dapat bersahabat dengan alam tempat manusia tinggal. Gas buang yang dihasilkan mengandung emisi polutan yang seminimal mungkin, hemat energi, dan tidak bising selain aspek ekonomi (tidak mahal, berumur panjang, serta mudah dalam pemakaian dan perawatan) akan menjadi kriteria mesin yang mau tidak mau harus dicapai agar laku dan diminati orang.
* Doddy Samperuru, mahasiswa Teknik Mesin ITB.


http//www.mesin89itb.com