[BUTENA 3] China ‘Colong Start’ Energi Masa Depan di Indonesia? Temuan Thorium yang Menggemparkan!

China 'Colong Start' Energi Masa Depan di Indonesia? Temuan Thorium yang Menggemparkan!

        Thorium adalah logam yang terbentuk secara alami dengan radioaktivitas rendah yang ditemukan pada tahun 1828 oleh ahli kimia Swedia, Jons Jakob Berzelius, yang menamainya dengan Thor, dewa petir dari bangsa Nordik. Ditemukan dalam jumlah kecil di sebagian besar batuan dan tanah, dengan kandungan sekitar tiga kali lebih banyak daripada uranium. Tanah mengandung rata-rata sekitar 6 part per million (ppm) thorium. Thorium sangat tidak larut, itulah sebabnya mengapa ia berlimpah di pasir tetapi tidak di air laut, berbeda dengan uranium.

        Ketika murni, thorium adalah logam putih keperakan yang mempertahankan kilaunya selama beberapa bulan. Namun, ketika terkontaminasi dengan oksida, thorium perlahan-lahan menodai udara, menjadi abu-abu dan akhirnya hitam. Ketika dipanaskan di udara, logam thorium menyala dan terbakar dengan cahaya putih. Thorium oksida (ThO2), juga disebut thoria, memiliki salah satu titik leleh tertinggi dari semua oksida (3300°C) dan karenanya telah menemukan aplikasi dalam elemen bola lampu, mantel lentera, lampu busur, elektroda las dan keramik tahan panas. Kaca yang mengandung thorium oksida memiliki indeks bias dan dispersi panjang gelombang yang tinggi, dan digunakan dalam lensa berkualitas tinggi untuk kamera dan instrumen ilmiah.

Thorium sebagai sumber energi?

        Thorium (Th-232) tidak bersifat fisil sehingga tidak dapat digunakan secara langsung dalam reaktor neutron termal. Namun, ia ‘subur’ dan setelah menyerap neutron akan berubah menjadi uranium-233 (U-233), yang merupakan bahan bakar fisil yang sangat baik. Dalam hal ini, thorium mirip dengan uranium-238 (yang berubah menjadi plutonium-239). Oleh karena itu, semua konsep bahan bakar thorium mengharuskan Th-232 diiradiasi terlebih dahulu dalam sebuah reaktor untuk memberikan dosis neutron yang diperlukan untuk menghasilkan protactinium-233. Pa-233 yang dihasilkan dapat dipisahkan secara kimiawi dari bahan bakar thorium induk dan produk peluruhan U-233 kemudian didaur ulang menjadi bahan bakar baru, atau U-233 dapat digunakan secara ‘in-situ’ dalam bentuk bahan bakar yang sama, terutama dalam molten salt reactor (MSR). Oleh karena itu, bahan bakar thorium membutuhkan bahan fisil sebagai ‘pendorong’ agar reaksi berantai (dan dengan demikian pasokan kelebihan neutron) dapat dipertahankan. Satu-satunya pilihan penggerak fisil adalah U-233, U-235 atau Pu-239. (Tidak satu pun dari ketiganya yang mudah disediakan).

        Pilihan lain yang berbeda untuk menggunakan thorium adalah sebagai ‘fertile matrix’ untuk bahan bakar yang mengandung plutonium yang berfungsi sebagai penggerak fisil saat dikonsumsi (dan bahkan elemen transuranik lainnya seperti amerisium). Output energi akhir dari U-233 (dan karenanya secara tidak langsung thorium) bergantung pada berbagai parameter desain bahan bakar, termasuk: pembakaran bahan bakar yang dicapai, pengaturan bahan bakar, spektrum energi neutron, dan fluks neutron (yang memengaruhi produk perantara protactinium-233, yang merupakan penyerap neutron). Pembelahan inti U-233 melepaskan jumlah energi yang hampir sama (200 MeV) dengan U-235.

        Th-232 dapat dibelah dengan neutron cepat dengan energi lebih dari 1 MeV. Oleh karena itu, bahan bakar ini dapat digunakan dalam garam cair cepat dan reaktor Gen IV lainnya dengan bahan bakar uranium atau plutonium untuk memulai fisi. Namun, fisi cepat Th-232 hanya sepersepuluh dari U-238, sehingga tidak ada alasan khusus untuk menggunakan thorium dalam reaktor cepat, mengingat sejumlah besar uranium yang menipis yang menunggu untuk digunakan.

Mengapa China memilih menggunakan material ini?

        Reaktor China dapat menjadi reaktor garam cair pertama yang beroperasi di dunia sejak tahun 1969, ketika Amerika Serikat meninggalkan fasilitas Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennessee. “Hampir semua reaktor saat ini menggunakan uranium sebagai bahan bakar dan air, bukannya garam cair dan thorium,” yang akan digunakan di reaktor baru China, kata Jean-Claude Garnier, kepala Energi Alternatif dan Komisi Energi Atom (CEA) Perancis, kepada FRANCE 24. Kedua bahan “baru” ini tidak dipilih secara kebetulan oleh Beijing: reaktor garam cair adalah salah satu teknologi yang paling menjanjikan untuk pembangkit listrik, menurut forum Generasi IV - sebuah inisiatif AS untuk mendorong kerja sama internasional tentang tenaga nuklir sipil.

        Secara teoritis, proses ini akan membuat instalasi lebih aman. “Beberapa risiko kecelakaan seharusnya dapat dihilangkan karena pembakaran cair menghindari situasi di mana reaksi nuklir dapat menjadi tidak terkendali dan merusak struktur reaktor,” tambah Jean-Claude Garnier.  Keuntungan lainnya reaktor jenis ini tidak perlu dibangun di dekat aliran air, karena garam cair itu sendiri “berfungsi sebagai pendingin, tidak seperti pembangkit listrik tenaga uranium konvensional yang membutuhkan air dalam jumlah besar untuk mendinginkan reaktor mereka”, surat kabar Prancis Les Echos mencatat. Hasilnya, reaktor dapat dipasang di daerah yang terisolasi dan gersang, seperti Gurun Gobi.

        Beijing juga memilih untuk menggunakan thorium daripada uranium dalam reaktor garam cair barunya, sebuah kombinasi yang telah menarik perhatian para ahli selama bertahun-tahun. Hal ini sebagian besar karena “ada lebih banyak thorium daripada uranium di alam”, kata Francesco D'Auria, spesialis teknologi reaktor nuklir di Universitas Pisa, kepada FRANCE 24. Selain itu, thorium termasuk dalam keluarga logam tanah jarang yang terkenal yang jauh lebih berlimpah di China daripada di tempat lain. Hal ini ibarat lapisan gula pada kue untuk pihak berwenang China, yang dapat meningkatkan kemandirian energinya dari negara-negara pengekspor uranium utama, seperti Kanada dan Australia.

       Menurut para pendukung thorium, thorium juga merupakan solusi yang “lebih ramah lingkungan”. Tidak seperti uranium yang saat ini digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir, pembakaran thorium tidak menghasilkan plutonium, unsur kimia yang sangat beracun. Dengan begitu, banyak hal positif yang ada, mengapa garam cair dan thorium baru digunakan sekarang? “Pada dasarnya karena uranium 235 adalah kandidat alami untuk reaktor nuklir dan pasar tidak melihat lebih jauh lagi,” tambah Francesco D'Auria.

        Kelayakan reaktor garam cair juga dipertanyakan karena menimbulkan masalah teknis lebih lanjut. “Pada suhu yang sangat tinggi, garam dapat menimbulkan korosi pada struktur reaktor, yang perlu dilindungi dengan suatu cara,” Jean-Claude Garnier menjelaskan. Pertaruhannya jelas tinggi untuk uji coba Tiongkok dan mereka akan diawasi dengan sangat ketat di seluruh dunia untuk melihat bagaimana Beijing berharap untuk mengatasi hambatan ini. Tetapi bahkan jika China akhirnya mengklaim kemenangan, mereka tidak boleh bersukacita terlalu cepat, kata Francesco D'Auria: “Masalah dengan produk korosif adalah Anda tidak menyadari kerusakannya hingga lima hingga 10 tahun kemudian.” 

Proses pengolahan thorium dari alam?

Sumber komersial utama thorium adalah monasit, sebuah fosfat tanah jarang anhidrat dengan rumus kimia (Ce, La, Nd, Th) PO4. Biasanya, 3 hingga 5 persen dari kandungan logam monasit adalah thorium (dalam bentuk thorium dioksida, ThO2). Sebagian besar permintaan dunia saat ini untuk logam thorium dan senyawanya dipenuhi oleh penambangan di sepanjang Pantai Malabar India, di mana gelombang air laut mengendapkan monasit sebagai pasir kasar berwarna kuning sampai coklat di pantai. Bijih thorium lainnya adalah mineral oksida thorianit (ThO2) dan mineral silikat thorit (ThSiO4), keduanya tidak ditambang secara komersial.

Pasir pantai monasit mudah ditambang dengan peralatan dan prosedur penambangan placer konvensional. Monasit yang dikeruk dicampur dengan berbagai mineral lain, termasuk silika, magnetit, ilmenit, zirkon, dan garnet. Konsentrasi dilakukan dengan mencuci mineral yang lebih ringan di meja goyang dan melewatkan fraksi monasit yang dihasilkan melalui serangkaian pemisah elektromagnetik, yang memisahkan monasit dari mineral lain berdasarkan permeabilitas magnetiknya yang berbeda. pengolahan thorium dari alam.

Dalam pencernaan alkali, pasir monasit yang ditumbuk halus secara hati-hati diperlakukan dengan larutan NaOH pekat pada suhu 138°C (280°F) untuk menghasilkan produk hidroksida padat. Salah satu dari beberapa asam mineral kemudian digunakan untuk melarutkan residu padat ini. Sebagai contoh, pengolahan dengan asam klorida menghasilkan larutan thorium dan klorida tanah jarang. Secara konvensional, thorium dipisahkan sebagian dari tanah jarang dengan penambahan NaOH ke dalam larutan klorida asam. Endapan thorium hidroksida mentah kemudian dilarutkan dalam asam nitrat untuk pemurnian akhir dengan ekstraksi pelarut.

Untuk pemurnian thorium dari sisa tanah jarang dan kontaminan lain yang ada dalam larutan umpan asam nitrat, konsentrat thorium nitrat mentah biasanya dikontakkan dengan larutan tributil fosfat yang diencerkan dengan hidrokarbon yang sesuai. Ekstrak organik yang dihasilkan, yang mengandung thorium (dan uranium yang mungkin ada), kemudian dikontakkan secara berlawanan dengan sejumlah kecil larutan asam nitrat untuk menghilangkan kontaminasi tanah jarang dan pengotor logam lainnya ke tingkat yang dapat diterima. Akhirnya, larutan tributil fosfat yang telah digosok dikontakkan dengan larutan asam nitrat encer; hal ini menghilangkan, atau mengupas, thorium dari pelarut organik ke dalam larutan air sambil mempertahankan uranium (jika ada) dalam fase organik. Konsentrasi termal dari larutan thorium nitrat yang dimurnikan menghasilkan produk yang cocok untuk pembuatan mantel gas.

Bubuk ThO2 dapat difluorinasi dengan gas hidrogen fluorida (HF), menghasilkan thorium tetrafluorida (ThF4). Logam ini diperoleh dengan proses Spedding, di mana bubuk ThF4 dicampur dengan kalsium (Ca) yang terbagi halus dan seng halida (baik seng klorida atau seng fluorida) dan ditempatkan dalam “bom” yang tertutup rapat dan berlapis tahan api. Setelah dipanaskan hingga sekitar 650°C (1.200°F), reaksi eksotermik terjadi yang mereduksi thorium dan seng menjadi logam dan menghasilkan terak kalsium klorida atau kalsium fluorida:

         Setelah pemadatan, produk paduan seng-torium dipanaskan di atas titik didih seng (907°C, atau 1.665°F) tetapi di bawah suhu leleh thorium. Hal ini menguapkan seng dan meninggalkan spons thorium yang sangat murni, yang dilebur dan dituang menjadi batangan. Ketika dibombardir oleh neutron termal (biasanya dilepaskan oleh fisi uranium-235 dalam reaktor nuklir), thorium-232 diubah menjadi thorium-233. Isotop ini meluruh menjadi protaktinium-233, yang kemudian meluruh menjadi uranium-233:

       Uranium-233 dapat dipulihkan dan dimurnikan dari bahan bakar reaktor thorium yang diradiasi neutron melalui proses ekstraksi thorium, atau Thorex, yang menggunakan kimia ekstraksi tributil fosfat. Bahan bakar yang diradiasi, yang mengandung logam thorium atau oksida, dilarutkan dalam asam nitrat yang mengandung sejumlah kecil ion fluorida. Uranium-233 dan thorium diekstraksi bersama ke dalam larutan tributil fosfat, yang kemudian dikontakkan dengan larutan aluminium nitrat untuk menghilangkan jejak produk fisi yang menyertainya. Asam nitrat encer digunakan untuk menghilangkan thorium dari fase organik yang telah dibersihkan. Uranium-233 yang tersisa dalam pelarut tributil fosfat dilepaskan ke dalam air yang diasamkan, larutan strip yang dihasilkan dilewatkan melalui lapisan resin penukar ion untuk memekatkan dan memurnikan uranium-233.

Strategi Indonesia dalam hal ini?

Pada tahun 2022 lalu, Kepala Organisasi Riset Tenaga Nuklir Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) pada saat itu yakni Rohadi Awaludin mengungkapkan Indonesia menyimpan potensi sumber daya alam yang cukup untuk pengadaan energi nuklir. "Kita patut bersyukur bahwasannya kita dikaruniai sumber daya alam yang cukup terkait nuklir untuk uranium dan thorium. Untuk uranium sekitar 90 ribu ton data kami, kemudian thorium sekitar 150 ribu ton," ungkapnya kepada CNBC Indonesia pada Mining Zone, dikutip Jumat (16/12/2022).

Sebagai informasi, melansir data Badan Tenaga Nuklir Nasional (Batan) pada 2020, Indonesia memiliki bahan baku nuklir berupa sumber daya uranium sebanyak 81.090 ton dan juga thorium sebanyak 140.411 ton. Dari total tersebut bahan baku pun tersebar di beberapa kota, di antaranya di Sumatera, Kalimantan, dan Sulawesi. Sumatera tercatat memiliki sekitar 31.567 ton uranium dan 126.821 ton thorium. Sementara Kalimantan memiliki sebanyak 45.731 ton uranium dan 7.028 ton thorium. Sulawesi memiliki 3.793 ton uranium dan 6.562 ton.

Dengan adanya PLTN, masyarakat Babel menurutnya lebih mudah memenuhi kebutuhan listrikya, bahkan jauh lebih murah dibandingkan yang ada saat ini. Selain itu, keberadaan sumber listrik ini bukan hanya berakibat pada kebutuhan masyarakat yang terpenuhi, namun berkembangnya Provinsi Babel menjadi provinsi maju, karena segala bentuk investasi akan masuk dan akan meningkatkan perekonomian masyarakat serta membuka lapangan kerja baru.

Sumber:

https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/thorium

https://www.abc.net.au/news/2024-09-06/china-building-thorium-nuclear-power-station-gobi/104304468

https://www.france24.com/en/asia-pacific/20210912-why-china-is-developing-a-game-changing-thorium-fuelled-nuclear-reactor

https://www.britannica.com/technology/thorium-processing#ref81614

https://www.neraca.co.id/article/15461/kebutuhan-energi-makin-meningkat-thorium-bisa-jadi-energi-alternatif-ramah-lingkungan

https://www.cnbcindonesia.com/news/20250306131550-4-616236/china-temukan-sumber-energi-abadi-thorium-di-ri-ternyata-berlimpah

Share: