Inovasi Piezoelectric dan Wireless Road Charging Untuk BRT Transjakarta

1. Latar Belakang

Produksi energi fosil menjadi penyumbang 80% utama kebutuhan energi dengan komposisi minyak bumi 30%, batu bara 27%, dan gas alam 24%. Hal ini berimbas pada sumbangan emisi gas rumah kaca akibat terperangkapnya gas-gas buangan berdasarkan satuan GtCO₂-eq yrᐨ¹ dengan komposisi terbesar adalah karbon dioksida bahan bakar fosil dan industri (CO₂-FFI) 64%, karbon dioksida penggunaan lahan, alih fungsi lahan, dan kehutanan (CO₂-LULUCF) 11%, metana (CH₄) 18%, dinitrogen oksida (N₂O) 4%, dan gas florin (F-gases) 2%.

Apabila kondisi ini dibiarkan, maka terjadi prediksi peningkatan suhu rata-rata bumi dalam 100 tahun kedepan kisaran 3-5ᐤC dengan menggunakan pemodelan Shared Socio-economic Pathways (SSPs). SSPs membuat pilihan lima skenario menghadapi perubahan iklim hingga tahun 2100, yaitu SSP1 (Sustainability - Taking the Green Road), SSP2 (Middle of the Road), SSP3 (Regional Rivalry - A Rocky Road), SSP4 (Inequality - A Road Divided), dan SSP5 (Fossil-Fueled Development - Taking the Highway). 

Salah satu strategi penting yang dijalankan pada SSP1 adalah porsi penggunaan energi terbarukan yang besar, seperti elektrifikasi kendaraan bermotor, mengingat bahwa sektor transportasi memiliki konsumsi energi sebesar 30% dari total konsumsi. Peningkatan jumlah elektrifikasi kendaraan listrik merupakan strategi tepat untuk menekan gas emisi rumah kaca akibat penghindaran penggunaan bahan bakar fosil dan perlu diperluas hingga sektor transportasi publik. 

2. Urgensi Elektrifikasi Transportasi Publik

Skenario SSPs membahas 4 variabel dalam sektor transportasi, yaitu jumlah kendaraan, intensitas perjalanan, tingkat efisiensi bahan bakar, dan kemajuan pengembangan baterai.

Matriks Skenario SSPs Sektor Transportasi

SSP1 menunjukkan peningkatan efisiensi bahan bakar dan kemajuan pengembangan baterai dengan tingkat penerapan yang tinggi sehingga mendukung proses pengembangan ekosistem elektrifikasi kendaraan. Namun, terdapat penerapan cukup rendah pada jumlah kendaraan dan intensitas bepergian guna menekan jejak karbon. Sektor transportasi darat menyumbang 73,8% emisi gas sektor transportasi sebesar 5,87 GtCO₂. 

Kendaraan pribadi dapat menyumbang emisi gas yang sangat besar, kendaraan berukuran besar menyumbang 61-322 gCO₂-eq/pkm dan kendaraan kecil menyumbang 57-177 gCO₂-eq/pkm. Apabila dibandingkan dengan bus yang dapat menampung banyak orang, hanya menyumbang emisi 25-92 gCO₂-eq/pkm. Oleh karen itu, angka jejak karbon dapat direduksi oleh pengadaan masif transportasi publik ramah lingkungan guna mendukung intensitas bepergian penduduk dengan mempertimbangkan efisiensi bahan bakar dan kemajuan pengembangan baterai yang tinggi dan dan menggunakan pembangkit listrik independen guna menghindari pemakaian PLTU

3.  Bus Rapid Transit (BRT) 2.0 Transjakarta

Bus Rapid Transit (BRT) 2.0 sebagai penyempurnaan sistem Transjakarta yang dilengkapi teknologi tinggi ramah lingkungan akan menggunakan sistem dan rute Transjakarta terdahulu dengan 49 rute dan total panjang rute 244 kilometer. BRT 2.0 Transjakarta menggunakan piezoelectric sebagai sumber listrik bus Transjakarta yang akan disalurkan melalui wireless road charging sepanjang trayek BRT.

Baca juga : Polisi Kerahkan Ratusan Personel Gabungan Untuk Cegah Tawuran

Solusi Bus Rapid Transit (BRT) 2.0 Transjakarta

3.1 Konsep Piezoelectric

Pemasangan elemen piezoelectric dapat dianggap sebagai kapasitor plat paralel sehingga untuk mengetahui total energi listrik yang dikonversi oleh piezoelectric (U) dapat menggunakan rumus:

U = 0,5 x d x g x 𝝈² x volume

Semakin tinggi nilai coupling factor (k) dan koefisien piezoelectric (g) akan menghasilkan jumlah daya yang lebih tinggi bila terdapat reaksi tekanan langsung. 

Berbagai jenis material piezoelectric yang lazim digunakan adalah barium titanate (BaTiO₃), lead zirconate titanate (PZT), polyvinylidene fluoride (PVDF), single crystal piezo PMN-PT, serta PZN-PT. Jenis PMN-PT dan PZN-PT menunjukkan nilai k dan d yang besar, tetapi bahan tersebut cukup sensitif terhadap perubahan suhu, rentan mengalami degradasi seiring masa pakai, dan sulit diproduksi dibandingkan PZT.

3.2 Pemanfaatan Piezoelectric

BRT 2.0 menggunakan piezoelectric dengan konsep memanfaatkan beban dan energi kinetik oleh penumpang bus yang berada di halte dan akan dikonversi menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan akan disalurkan menuju wireless road charging dan baterai penyimpanan bila terdapat daya berlebih. Potensi energi listrik yang dihasilkan besar dengan mempertimbangkan 410.759 penumpang per hari pengguna BRT Transjakarta.

Konsep Pemanfaatan Piezoelectric Halte Transjakarta


Pemanfaatan Piezoelectric Halte Transjakarta

Perancangan piezoelectric dilakukan dengan konsep modular yang diintegrasikan dengan sistem kelistrikan halte Transjakarta untuk mempermudah renovasi halte di masa mendatang dengan piezoelectric yang telah tertanam di bawah lantai halte. Pemasangan jenis 33-mode (d₃₃ x g₃₃) bermaterial PZT menjadi pilihan karena efisiensi konversi energi mekanik tinggi dibandingkan mode lainnya.

3.3 Perhitungan Performa Piezoelectric
3.3.1 Tegangan listrik yang dihasilkan piezoelectric (V)

Rumus Daya Tegangan Listrik Piezoelectric

Diasumsikan material piezoelectric PZT berjenis 33-mode dengan spesifikasi ketebalan (t) = 1 milimeter, r = 1300, o = 8.85 x 10^-12 , A = 3.14 x 10^-4mm, dan d = 2.89 x 10^-10 [9]. Lalu, dengan menggunakan F = 500,31 newton (asumsi berat badan orang Indonesia) sehingga didapatkan tegangan dari 1 modul piezoelectric sebagai berikut

3.3.2 Total Tegangan Listrik Seluruh Halte BRT Transjakarta
Tegangan listrik 1 piezoelectric dikali 70% luas halte Transjakarta yang bisa dijadikan pijakan dengan panjang 25 meter dan lebar 7 meter

3.3.3 Total Potensi Tegangan Listrik Piezoelectric
Rata-rata jumlah harian pengguna BRT Transjakarta sebesar 410.759 orang. Jumlah tegangan yang dapat dihasilkan sebagai berikut:

3.3.4 Muatan Listrik Piezoelectric (Q)

3.3.5 Kapasitansi Piezoelectric (C)

3.3.6 Daya Listrik Piezoelectric (P)

3.4 Pemanfaatan Wireless Road Charging

Baca juga : Sasar Pecinta Kucing, Waskita Fim Perkasa Launching Unit Habitat Di Vasaka Solterra

Wireless road charging menjadi solusi pengisian daya bus BRT Transjakarta secara efisien. Wireless road charging bekerja dengan menanamkan kumparan magnet di bawah jalan untuk mengirim induksi elektromagnetik resonansi dan mentransfer arus listrik sehingga dapat melakukan pengisian daya induktif pada kendaraan listrik yang melewati jalannya. 

Wireless Charging Road untuk Bus

Pemasangan wireless road charging difokuskan sepanjang rute BRT Transjakarta 244 kilometer. Kumparan magnet yang ditanam di bawah jalan rute BRT diterima oleh kumparan magnet yang berada di bus listrik Transjakarta sehingga baterai bus akan terisi sepanjang jalan dan tidak perlu melakukan pengisian daya ulang.

4. Keselarasan Faktor Eksternal Guna Mendukung BRT 2.0 Transjakarta
Fisibilitas pembangunan BRT 2.0 Transjakarta dapat dianalisis menggunakan framework PESTEL untuk meninjau potensi pengaruh eksternal dari aspek political, economy, social, technology, environment, dan legal terhadap performa BRT 2.0 Transjakarta.

Baca juga : Indonesia Kirim 20 Ton Bahan Bangunan Untuk Vanuatu

Analisis PASTEL Framework BRT 2.0 Transjakarta

5. Kesimpulan
Implementasi BRT 2.0 Transjakarta untuk mewujudkan transportasi ramah lingkungan dengan integrasi piezoelectric pada halte BRT Transjakarta dengan wireless road charging pada 49 rute BRT Transjakarta. Penelitian ini membuktikan pemasangan piezoelectric pada seluruh halte yang memiliki rute BRT dapat mengisi daya 3 bus unit dalam waktu singkat. Selain itu, BRT 2.0 Transjakarta memiliki potensi untuk diimplementasikan dalam aspek politik, ekonomi, sosial, teknologi, lingkungan, dan legal. 

Ghazi Achmad Dzulfikar
Mahasiswa Universitas Indonesia

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.