Seberapa Banyak Polusi yang Disebabkan Peluncuran Roket?

Mark Piesing

BBC Future

Foto peluncuran roket. Dok: Nasa.

Peluncuran roket telah menjadi bagian dari abad ke-21. Tapi bagaimana kita menghentikan polusi dari knalpot roket yang mempercepat perubahan iklim?

Kazakh Steppe adalah area padang rumput luas yang membentang dari Kazakhstan utara hingga Rusia. 

Kawasan itu menjadi lokasi lepas landas antariksa tertua di dunia, Kosmodrom Baikonur. 

Dari landasan peluncurannya, satelit buatan pertama di dunia dan penerbangan luar angkasa manusia pertama, Sputnik 1 dan Vostok 1, diluncurkan.

Bahan bakar yang digunakan oleh roket yang diluncurkan dari Baikonur adalah UDMH (unsymmetrical dimethylhydrazine), propelan yang sangat berguna bagi para ilmuwan Soviet perintis. 

UDMH tidak membutuhkan sumber api. Bahan bakar itu bisa disimpan pada suhu kamar, dan melepaskan banyak energi. 

Namun kemudian, bahan bakar itu dijuluki "racun setan" oleh para ilmuwan yang menggunakannya.

UDMH bersifat sangat karsinogenik bagi manusia dan dianggap menjadi penyebab mengapa sebagian besar padang rumput menjadi zona bencana ekologis. 

Dilaporkan bahwa UDMH menghujani padang rumput ketika tumpah dari roket Proton tahap pertama dan kedua kemudian meracuni tanah selama beberapa dekade mendatang.

Dalam tayangan televisi dan film, penerbangan luar angkasa biasanya digambarkan menimbulkan dampak kecil atau bahkan sama sekali nihil terhadap lingkungan. 

Namun jelas bahwa mesin roket memuntahkan polusi ke atmosfer, seperti segala bentuk propulsi yang dihasilkan oleh pembakaran.

Mungkin karbon hitam, atau jelaga, dan emisi lainnya tidak masalah ketika hanya sekitar 70 peluncuran roket komersial setahun terjadi. 

Sekarang jumlah itu telah berlipat ganda; diperkirakan akan meningkat secara signifikan selama dua dekade mendatang karena pertumbuhan permintaan untuk layanan seperti layanan internet satelit dan pariwisata luar angkasa.

Apa dampaknya bagi atmosfer Bumi?

Setidaknya tiga penelitian sains tentang dampak dari emisi roket terhadap atmosfer, temperatur dan lapisan ozon telah dipublikasikan tahun ini. 

Beberapa ilmuwan khawatir partikel karbon ini dapat bertindak layaknya rekayasa-geo dengan menyerap panas.

“Kami telah menyadarinya untuk waktu yang lama, namun belum ada banyak penelitian tentangnya,” ujar Christopher Maloney, peneliti di NOAA Chemical Sciences Laboratory, yang merupakan penulis dari salah satu penelitian. 

“Ada penelitian yang kembali ke awal 2000-an, dan bahkan beberapa sebelumya, tetapi tak pernah menjadi perhatian atau fokus yang besar karena jumlah roket yang diluncurkan setiap tahun sangat kecil.

“Kini, jika Anda melihat industri penerbangan luar angkasa, dan proposal dari berbagai pemerintah, maka kita dapat melihat peningkatan peluncuran roket dan emisi hingga 10 kali lipat dalam satu hingga dua dekade ke depan.

“Dan itulah sebabnya, tiba-tiba, ini mulai mendapatkan momentum dalam hal penelitian ilmiah.”

Namun, ada banyak ketidakpastian mengenai efek emisi roket di atmosfer. 

Terlepas dari karya ilmuwan perintis seperti Martin Ross, hanya ada sedikit momentum untuk mempelajari dampak emisi perjalanan ruang angkasa di atmosfer hingga saat ini karena peluncuran roket jarang terjadi, jumlah emisi rendah dan tidak dilihat sebagai faktor utama yang berkontribusi pada perubahan iklim.

Polusi yang disebabkan oleh emisi roket juga tampak tidak signifikan dibandingkan dengan tantangan lain yang dihadapi dunia, dan manfaat yang diberikan industri luar angkasa bagi dunia abad ke-21. 

Tak bisa dipungkiri, persentase bahan bakar fosil yang dibakar oleh industri luar angkasa hanya sekitar 1% dari yang dibakar oleh penerbangan konvensional.

“Tahun lalu, jumlah misi luar angkasa adalah 144 di seluruh dunia,” ujar William Pomerantz, wakil presiden dari proyek khusus di Virgin Orbit, yang meluncurkan satelit kecil secara horizontal dari bawah sayap pesawat Boeing 747. 

Roket mereka menggunakan sekitar 1/20 dari bahan bakar khas peluncuran darat, roket angkat berat, dan peluncuran baru-baru ini termasuk satelit yang sekarang memainkan peran kunci dalam pengumpulan data iklim. 

"Mengingat volume ini, industri peluncuran ruang angkasa tetap menjadi pendorong emisi atmosfer yang relatif kecil dibandingkan dengan katakanlah, penerbangan komersial dengan lebih dari 20 juta penerbangan di seluruh dunia, dan industri lainnya."

Eloise Marais, profesor geografi fisik di University College London, dan rekan penulis salah satu makalah penelitian baru-baru ini, menganggap perbandingan ini "salah".

"Ketika kita membandingkan jumlah yang dipancarkan dari peluncuran roket ke pesawat, kedengarannya tidak banyak," katanya. 

"Tapi perbandingan ini selalu salah karena pesawat melepaskan polutannya di troposfer dan stratosfer bawah, sedangkan roket melepaskan polutannya dari permukaan bumi ke mesosfer, dan ketika polusi dilepaskan ke lapisan atas itu berlangsung lama. untuk waktu yang lebih lama daripada sumber yang ada di bumi."

Studi yang diterbitkan sejauh ini oleh para peneliti seperti Maloney dan Marais cenderung berfokus pada Rocket Propellant-1, atau RP-1, karena bentuk minyak tanah yang sangat halus ini adalah salah satu bahan bakar roket yang paling populer. 

Bahan bakar ini digunakan dalam peluncuran beberapa roket ikonik seperti Saturnus, Delta, Atlas, dan Soyuz dan, pada abad ke-21, Falcon 9 SpaceX dan roket yang diluncurkan secara horizontal dari Virgin Orbit, ke luar angkasa. 

RP-1 populer karena lebih murah, stabil pada suhu kamar dan tidak berbahaya jika meledak.

Marais dan tim peneliti dari University College London (UCL), University of Cambridge dan Massachusetts Institute of Technology (MIT) menggunakan model 3D untuk mengeksplorasi dampaknya terhadap atmosfer peluncuran roket dan masuk kembali pada 2019, dan masa depan dampak pariwisata luar angkasa yang dipromosikan oleh perusahaan seperti Virgin Galactic dan Blue Origin.

Tim Marais menemukan bahwa emisi karbon hitam akan bertambah lebih dari dua kali lipat setelah tiga tahun peluncuran pariwisata ruang angkasa. 

Adapun partikel yang dipancarkan oleh roket hampir 500 kali lebih efisien dalam menahan panas di atmosfer daripada semua sumber jelaga lainnya digabungkan, menghasilkan peningkatan pemanasan iklim. 

Sementara hilangnya ozon saat ini karena peluncuran ruang angkasa bisa dibilang kecil, dampak peluncuran wisata ruang angkasa dapat merusak pemulihan lapisan ozon yang dialami setelah keberhasilan Protokol Montreal 1987 yang melarang zat-zat yang merusak lapisan ozon bumi.

Berapa banyak polutan yang dihasilkan?

Maloney dan timnya menghitung bahwa setiap tahun peluncuran roket yang menggunakan RP-1 secara kolektif mengeluarkan sekitar 1 gigagram, atau 1.000 metrik ton, karbon hitam ke stratosfer. 

Karena jumlah roket yang diluncurkan mengalami peningkatan, ini bisa mencapai 10 gigagram per tahun dalam beberapa dekade, bersama dengan kenaikan suhu di bagian stratosfer sebanyak 1,5 derajat Celcius, dan penipisan lapisan ozon. 

Jika jumlah karbon hitam yang dikeluarkan ke atmosfer mencapai 30 gigagram per tahun, atau bahkan 100, maka akan terjadi pendinginan permukaan planet di bawah payung karbon hitam ini.

Untuk makalah penelitian mereka, Ioannis Kokkinakis dan Dimitris Drikakis, ilmuwan di University of Nicosia di Siprus, menggunakan data peluncuran roket Space X Falcon 9 pada tahun 2016 untuk membuat "model komputasi pertama dengan resolusi tinggi dan orde tinggi" untuk menganalisis secara rinci dampak emisi roket terhadap iklim. 

Peluncuran Space X ini dipilih karena tersedianya rekaman webcam yang berguna dari gas buang. 

Salah satu "kejutan terbesar" yang mereka temukan adalah bahwa pada tahap pertama peluncuran roket sekitar 116 ton CO2 dipancarkan dalam 165 detik. 

"Itu cukup signifikan," kata Drikakis. 

"Ya, kami tidak tahu dampak sebenarnya pada atmosfer karena kimia atmosfer adalah masalah yang sangat rumit, tetapi ketika Anda memiliki efek kumulatif dari lebih banyak peluncuran, itu akan menjadi menarik."

Temuan lain adalah bahwa nitrogen oksida terbentuk dari pemanasan udara atmosfer oleh gas buang roket yang panas, dan dampaknya pada ketinggian yang lebih rendah tampaknya bergantung pada desain nozel roket. 

"Ini penting karena desain roket berpotensi mengurangi efek ini," kata Drikakis.

Setiap model membuat asumsi untuk efisiensi dan karena sifat kompleks atmosfer bumi, dan kemudian menjalani validasi yang ketat. 

"Jika mereka semua menyatu dalam satu cerita, maka Anda dapat memiliki keyakinan yang cukup baik bahwa mereka sedang mengerjakan sesuatu," kata Maloney.

Sekarang ada perlombaan untuk mengembangkan alternatif untuk bahan bakar yang ada seperti RP-1 dan UDMH, dan metana cair tampaknya memimpin. 

Beberapa mesin roket baru, termasuk Raptor SpaceX dan mesin Prometheus milik Badan Antariksa Eropa, telah dirancang untuk menggunakan gas ini sebagai bahan bakar karena memiliki kinerja yang lebih tinggi daripada bahan bakar lain, yang berarti roket bisa berukuran lebih kecil dan menghasilkan lebih sedikit jelaga saat diluncurkan. 

Biayanya yang lebih rendah berarti harga peluncuran roket juga dapat dikurangi.

Bagaimanapun, metana menuai kontroversial karena merupakan salah satu gas terburuk dalam pemanasan global.

Gas itu sekitar 80 kali lebih banyak memicu pemanasan daripada karbon dioksida selama masa hidupnya.

Beberapa perusahaan perintis roket berada pada tahap yang relatif awal untuk bereksperimen dengan alternatif berkelanjutan untuk RP-1 yang terbuat dari limbah plastik atau biomassa. 

Perusahaan perintis semacam itu biasanya fokus pada tugas-tugas yang lebih mudah untuk mengurangi jejak karbon mereka dan melindungi lingkungan di sekitar pelabuhan ruang angkasa, serta pekerjaan yang lebih sulit untuk mengurangi emisi di stratosfer.

Orbex adalah perusahaan peluncuran berbiaya rendah yang berbasis di Inggris dengan pabrik roket di Forres, dekat Inverness di Skotlandia. 

Orbex berencana meluncurkan roket kecilnya yang disebut Prime hingga 12 kali setahun dari Space Hub Sutherland di ujung utara negara itu.

Bahan bakar yang digunakan roketnya adalah bio-propana, biofuel terbarukan yang dibuat sebagai produk limbah dari produksi biodiesel. 

Roket Orbex bisa menghasilkan emisi sekitar 90% lebih sedikit daripada peluncuran berbahan bakar RP-1. 

Ini juga harus menghasilkan lebih sedikit jelaga daripada roket dengan bahan bakar minyak tanah.

Virgin Orbit sedang mencari penggunaan bahan bakar roket yang berkelanjutan.

Pilihan lain untuk mengurangi dampak industri roket terhadap atmosfer adalah mengeksplorasi cara-cara baru meluncurkan satelit, secara horizontal seperti Virgin Orbit, atau bahkan dalam sling shot, seperti yang sedang dijelajahi NASA. 

Seperti mainan anak-anak, ini akan bekerja dengan menempelkan muatan roket ke ujung lengan besar yang akan dipercepat oleh motor listrik hingga kecepatan yang sangat tinggi, melemparkan roket ke luar angkasa.

Para peneliti khawatir bahwa industri luar angkasa memiliki sedikit insentif untuk berubah karena tidak adanya peraturan, keengganan untuk meninggalkan teknologi yang aman dan terbukti, dan fakta bahwa propelan baru berarti mesin baru yang mahal dan pengujian yang lama.

"Orang-orang mulai menyadari dampak yang tidak proporsional dari industri peluncuran luar angkasa terhadap atmosfer, tetapi tidak ada yang terjadi dengan tergesa-gesa di luar angkasa," kata Chris Larmour, salah satu pendiri dan CEO Orbex. 

"Saya berpikir kita akan segera melihat regulasi dibuat. Pemerintah akan menetapkan target emisi dan kita harus mematuhinya. Industri dapat melobi semua yang mereka inginkan, tetapi pada akhirnya, politisi lah yang membuat undang-undang."

Namun, yang lain bosan dengan solusi regulasi untuk masalah yang kompleks.

"Solusi satu ukuran untuk semua sangat menantang mengingat berbagai jenis teknologi," kata Pomerantz. 

“Namun, inovasi teknologi akan menjadi kuncinya. Teknologi propulsi adalah salah satu bagian dari itu, tetapi yang benar-benar dibutuhkan adalah pandangan holistik tentang bagaimana kami memaksimalkan efisiensi sistem penuh – jenis pesawat ruang angkasa apa yang kami bangun, pekerjaan apa yang mereka lakukan, dan bagaimana mereka diluncurkan."

Versi bahasa Inggris dari artikel ini, The pollution caused by rocket launches, di laman BBC Future.