'Mesin matahari' abad ke-20 yang terlupakan

Pembangkit energi tenaga surya pertama di dunia ternyata telah dibangun sebelum Perang Dunia Pertama, diciptakan oleh seorang pria dengan visi untuk menciptakan udara yang lebih bersih.

Awal 1900-an adalah era batu bara dan besi. Industri waktu itu berisik dan kotor, memuntahkan asap dari pembakaran batu bara ke mana-mana.

Di Philadelphia, salah satu pusat industri di Pesisir Timur Amerika Serikat, polusi udara tidak lagi dapat ditoleransi. Pada tahun 1904, sekitar 50 tahun sebelum Undang-Undang Polusi Udara negara tahun 1955, pejabat kota telah membuat peraturan sendiri untuk menciptakan udara yang lebih bersih.

Aturan itu membatasi jumlah polusi asap dari cerobong rumah hingga industri, dan mendenda mereka yang menghasilkan asap dengan "tingkat kegelapan tertentu".

Di tengah kondisi itu, seorang ilmuwan Amerika memikirkan sebuah ide sederhana — memanfaatkan panas Matahari agar dapat digunakan untuk menggerakkan mesin.

Perlu lebih dari satu abad bagi ide seperti itu untuk menarik kepedulian dari masyarakat, tapi kita mungkin berada di titik balik; awal bulan April, analis energi Ember menerbitkan laporan yang memperkirakan bahwa produksi energi dari bahan bakar fosil akan mencapai puncaknya tahun ini.

Teknologi yang akan membantu kita melampaui titik kritis ini mungkin baru matang pada tahun 1980-an, tetapi kisah pencarian Frank Shuman untuk memanfaatkan kekuatan Matahari menunjukkan bahwa 'benih' teknologi ini telah ditanam jauh-jauh sebelumnya.

Pada tahun 1890-an, Shuman menemukan sebuah metode penguatan kaca dengan kabel internal. Kaca itu menjadi lebih tahan api dan tidak mudah pecah saat retak, sehingga lebih kecil kemungkinannya untuk menghasilkan beling yang berbahaya. Institusi-institusi seperti sekolah dan penjara menyukai ide ini.

Shuman, yang memulai kariernya di Virginia, kemudian bekerja untuk pabrik pengerjaan logam milik pamannya di Philadelphia. Perusahaan itu sedang membuat patung pendiri Pennsylvania William Penn, dan mencari cara untuk melapisinya dengan aluminium guna melindungi dari udara berpolusi tinggi di atas Balai Kota.

Pada saat yang sama, ia memulai sebuah perusahaan yang menjual "Safe-tee Glass" (kaca pengaman) miliknya yang telah dipatenkan.

Seperti dicatat penulis Christopher R Dougherty dalam profil Shuman untuk situs web Philadelphia Hidden City: "Proses-proses penyepuhan [electroplating] dan kaca kawat itu begitu inovatif sehingga majalah Scientific American menerbitkan artikel tentang masing-masing proses itu dalam selang dua minggu pada tahun 1892; mereka juga cukup sukses sehingga Shuman meninggalkan pekerjaannya untuk fokus pada penemuannya."

Sebagai seorang penemu yang tekun, Shuman sudah lama tertarik dengan konsep menggunakan kekuatan alam untuk menghasilkan listrik.

"Shuman sangat peduli dengan dampak dari gangguan polusi asap batu bara yang selalu ada," kata Dougherty kepada BBC.

"Dalam literatur promosi untuk mesin suryanya, dia mengklaim produk dari teknologinya akan membuat 'udara kota menjadi sehat dan murni'."

"Waktu itu daerah sungai kami penuh dengan tambang batu bara dan kilang minyak serta bahan bakar fosil yang murah, jadi bayangan Shuman tentang akhir dari sumber daya ini jauh melampaui zamannya."

Berkat kekayaan dari produk kaca pengamannya, Shuman bebas untuk mengotak-atik idenya itu.

Pada 1906, Shuman mulai bekerja dari bengkel yang ia dirikan di rumahnya di pinggiran timur laut Tacony, Philadelphia, untuk membuat mesin bertenaga sinar matahari.

Reflektor ditempatkan di sekitar kotak-kotak berinsulasi, yang dipasangi swivel sehingga dapat berputar mengikuti jalur matahari pada siang hari.

Sinar matahari diarahkan ke wadah berisi air yang ditahan dalam ruang hampa untuk menurunkan titik didihnya, yang kemudian dihubungkan dengan mesin uap bertekanan rendah.

Pada tahun 1910, Shuman telah mengasah konsep tersebut sampai titik di mana dia dapat menjalankan kereta mainan kecil menggunakan uap yang dihasilkan dan berkoar-koar tentang manfaat dari bentuk energi bersih ini kepada semua orang yang mau mendengarkan.

Saat Shuman sedang mengerjakan "mesin Matahari" temuannya, ilmuwan AS lainnya - Aubrey Eneas - menciptakan mesin surya metalik raksasa, yang dilapisi dengan hampir 1.800 cermin dan berukuran 10 meter (33 kaki), untuk peternakan burung unta di California pada tahun 1906.

Perangkat tersebut berhasil menjalankan pompa untuk mengairi tanah, tetapi pada akhirnya teknologi itu menjadi terlalu mahal dan rumit untuk menjadi alternatif yang layak.

Berita tentang proyek Suman akhirnya sampai ke Mesir, yang saat itu berada di bawah kekuasaan militer oleh Kerajaan Inggris.

Mesir memiliki ladang kapas yang luas, tetapi mengairinya dengan tangan merupakan proses yang melelahkan, dan menggunakan mesin bertenaga batu bara tidak hemat biaya.

"Shuman merayu para kapitalis Inggris untuk berinvestasi pada panel tenaga surya sebagai cara untuk memotong ongkos batu bara," kata Dougherty.

Pada tahun 1913, Shuman pergi ke Mesir untuk mendemonstrasikan teknologinya.

"Sambil meneguk sampanye dan mengudap keju dan kaviar, pria-pria berkumis dengan topi Panama dan helm safari serta perempuan-perempuan anggun membawa payung berjalan-jalan di halaman, mengagumi deretan cermin cekung yang panjang dan berkilau yang memusatkan sinar matahari ke ketel besi," kata Jeremy Shere, yang menulis tentang peristiwa tersebut dalam bukunya Renewable: The World-Changing Power of Alternative Energy.

"Dipanaskan hingga lebih dari 93C, air di penampungan itu berubah menjadi uap bertekanan rendah yang kemudian digunakan untuk menggerakkan mesin berkekuatan 75 tenaga kuda yang dirancang khusus. Bagaikan sihir, hanya dengan sinar matahari, mesin memompa ribuan galon air dari Sungai Nil, mengairi lanskap yang gersang."

Di antara kerumunan itu terdapat Lord Kitchener, pemimpin militer Inggris yang menaklukkan Sudan di bawah kendali Kerajaan Inggris pada tahun 1890-an.

Menurut Dougherty, Kitchener "melihat itu sebagai bagian integral dari programnya untuk perbaikan infrastruktur di Mesir. Kitchener menawari Shuman perkebunan kapas seluas 12.100 hektare (121 km persegi) di Sudan untuk mereplikasi mesin itu."

Namun, penemuan Shuman segera mendapat pukulan ganda – dimulainya Perang Dunia Pertama dan penemuan minyak murah di Timur Tengah serta tempat lainnya.

Desain Shuman mungkin belum cukup sempurna untuk penggunaan massal, kata Dougherty. "Mesinnya tidak mendapatkan daya tarik yang lebih luas tetapi sistemnya secara teknis agak rumit dan ini mungkin membuat frustasi saat diadopsi."

Meskipun demikian, pandangan Shuman jauh ke depan tentang bagaimana "mesin surya" semacam itu dapat menggantikan bahan bakar kotor jika dibuat dalam jumlah besar.

Sejak tahun 1911, menulis di Scientific American, dia meramalkan pembangkit surya skala besar yang kita lihat dewasa ini:

"Sebuah pembangkit listrik tenaga surya, agar dapat dipraktikkan, harus memiliki, pertama, efisiensi tinggi; biaya pemasangan dan perawatan yang rendah; jangka waktu layanan yang baik; dan seharusnya tidak memerlukan mekanik yang terlatih khusus untuk pengoperasiannya…"

"Ini sepenuhnya dapat dipraktikkan untuk menghasilkan pembangkit listrik matahari hingga 10.000 tenaga kuda atau lebih. Pembangkit yang ideal harusnya mengalami sedikit kesalahaan, oleh karena itu, itu harus terletak di dekat tanah agar tidak terpengaruh oleh badai dan angin. Setiap unit harus dapat diperbaiki tanpa menghentikan operasi; konstruksi harus sederhana dan mudah dipahami oleh insinyur uap biasa; dan dampak rutin harus dikurangi seminimal mungkin."

Shuman meninggal pada tahun 1919, dan perlu 50 tahun lagi agar idenya meresap sekali lagi, setelah guncangan Krisis Minyak tahun 1973 mengakhiri era minyak murah.

Hampir satu dekade kemudian, pembangkit energi surya skala penuh pertama, fasilitas Solar Energy Generating Systems (Segs) diresmikan di Gurun Mojave California.

Segs akhirnya memiliki lebih dari 936.000 cermin (atau "kolektor") yang memantulkan sinar matahari pada 70 hingga 80 kali intensitas alaminya untuk mendidihkan minyak sintetis, yang kemudian menggerakkan turbin penghasil listrik.

Meskipun sebagian besar Segs sekarang sudah digantikan oleh panel foto-voltaik, fasilitas tersebut, pada puncaknya, mampu menghasilkan daya yang cukup untuk lebih dari 230.000 rumah.

Pada 2013, dua seniman Swiss – Christina Hemauer dan Roman Keller – menciptakan kembali desain Shuman sebagai bagian dari instalasi seni di Mesir.

Bersama bagian-bagian dari mesin surya yang dibuat tahun 1913 mereka menambahkan kutipan dari Shuman ini, yang ditulis pada tahun 1914:

"Satu hal yang saya yakini, dan itu adalah bahwa umat manusia pada akhirnya harus menggunakan tenaga Matahari secara langsung atau kembali ke zaman barbarisme."

Lebih dari satu abad setelah eksperimen Shuman, dunia akhirnya mendapatkan manfaat dari mesin Matahari ini sebagai sumber energi yang bersih.

Bahkan, Mesir sendiri telah membuka fasilitas yang sekarang menjadi pembangkit tenaga surya terbesar keempat di dunia, sekitar 40 km dari barat laut Bendungan Aswan.

Benban Solar Park mencakup lebih dari 37 kilometer persegi dan sangat besar sehingga dapat dilihat dari luar angkasa – sebuah bukti raksasa untuk visi Shuman memanfaatkan daya dari jarak yang amat jauh.

---

Artikel ini pertama kali diterbitkan dengan judul The forgotten 20th Century 'Sun engine' di BBC Future.