SEL BAHAN BAKAR HIDROGEN: SUMBER ENERGI ALTERNATIF MASA DEPAN?

SEL BAHAN BAKAR HIDROGEN: SUMBER ENERGI ALTERNATIF MASA DEPAN?

Bagaimana cara kerja sel bahan bakar hidrogen? Bagaimana produksinya bisa terbukti aman, ramah lingkungan, dan wajar secara ekonomis? Kecenderungan konsumen mengendalikan pilihan yang diambil dalam pasar energi, dalam pengembangan teknologi, dan dalam kebijakan publik. Pendidikan akan membantu sel bahan bakar hidrogen bisa diterima oleh khalayak dalam bentuk produk dan layanan terkait-hidrogen.

 

APA SEBENARNYA PENYEBAB MELEDAKNYA PESAWAT HINDENBURG?

Pada 1937, Hindenburg meledak selagi berusaha mendarat di dekat Lakehurst, New Jersey. Khalayak menganggap bahwa hidrogen menyulut api. Menurut Lee Krystek (2001), seorang ilmuwan NASA yang meneliti informasi yang tersedia, api pertama bukan berupa hidrogen yang terbakar. Cairan campuran, cairan yang diterapkan untuk meregangkan bahan lambung dan membuat bahan tersebut tahan-air, adalah senyawa yang mengandung lapisan oksida besi, selulosa asetat butirat, dan bubuk aluminium -sama dengan bahan bakar roket! Karena pesawat tersebut terbang persis di tengah-tengah badai listrik, yang diperlukan hanyalah satu percikan saja untuk menyalakan api.

Kekhawatiran orang-orang terhadap sifat mudah terbakar hidrogen menyebabkan mereka menjadi takut terhadap keamanan bahan bakar hidrogen. Padahal, setiap bahan bakar bersifat mudah terbakar, dan jika tidak disimpan dengan tepat, semua bahan bakar itu berbahaya. Perkembangan sel bahan bakar hidrogen melahirkan sebuah metode untuk memanfaatkan kekuatan hidrogen. Sel bahan bakar menggunakan pembakaran hidrogen untuk menghasilkan listrik, tetapi bahan bakarnya tidak terbakar karena reaksi-paruh yang berbarengan di dalam reaksi pembakaran terpisah di dalam sel bahan bakar dan karena elektron dialihkan melalui rangkaian ekstemal. Bahan bakar apapun yang mengandung hidrogen, seperti gas alam dan metana, bisa digunakan, tetapi hanya gas hidrogen yang bisa digunakan secara langsung. Semua sistem sel bahan bakar dan teknik penyimpanan hidrogen direkayasa dengan perhatian pokok terhadap keselamatan sebagai perhatian utamanya. Tangki yang digunakan untuk mewadahi hidrogen cair dan gas diharuskan menjalani pengujian keamanan yang ketat sebelum mereka disertifikasi untuk penyimpanan hidrogen. Tapi bagaimana cara kerja sel bahan bakar hidrogen, dan apakah mereka menawarkan bahan bakar bersih dan aman yang bisa menjadi alternatif bagi batu bara dan bensin?

 

APA SAINS DI BALIK ITU SEMUA?

Salah satu jenis umum sel bahan bakar adalah sel bahan bakar Selaput Elektrolit Polimer (Polymer Electrolyte Membrane, PEM). Menurut US Department of Energy (2004), sel bahan bakar PEM terdiri atas membran (selaput) elektrolitik yang terapit di antara anoda dan katoda. Tampak seperti bungkus plastik, hanya lebih tebal, selaput elektrolitik ini menghantarkan ion hidrogen bermuatan positif, yang juga dikenal sebagai proton, ke katoda.

Anoda adalah elektroda tempat di mana oksidasi (atau lepasnya elektron) terjadi. Elektroda bermuatan negatif dan terbuat dari grafit dengan katalis platinum yang, seperti semua katalis, mempercepat proses oksidasi tanpa berinteraksi dengan bahan-bahan yang terlibat. Katalis memainkan peran kunci dalam menentukan kinerja sistem sel bahan bakar. Dalam sebuah sel bahan bakar, hidrogen akan dikirim ke anoda, tempat ia terpisahkan. Jika ion hidrogen bermuatan positif berjalan melalui PEM ke katoda, ke mana perginya elektron? Mereka mengalir di sekitar selaput melalui sebuah sirkuit eksternal. Aliran elektron dari satu tempat ke yang lain disebut dengan listrik -yang bisa digunakan untuk menyalakan mesin seperti mobil dan truk. Reaksi yang terjadi di anoda adalah

 

Pt katalis

2H2 à 4H+ + 4e (Oksidasi)

 

Mengikuti reaksi-paruh yang terjadi di anoda ini, dua molekul gas hidrogen menghasilkan empat ion hidrogen dan empat elektron. Katoda di sisi lain sel bahan bakar adalah elektroda tempat reduksi (perolehan elektron) terjadi. Elektroda ini bermuatan dan juga terbuat dari granit dengan katalis platinum, yang mempercepat laju reduksi. Oksigen dikirim ke katoda, dan berpadu dengan elektron dari sirkuit eksternal dan dengan ion hidrogen bermuatan positif dari PEM. Perpaduan ini menghasilkan air dan panas, dan itu belaka produk-sampingan dari sel bahan bakar hidrogen. Reaksi-paruh yang terjadi di katoda adalah

 

Pt katalis

O2 + 4H+ + 4e à 2H20 (Reduksi)

 

Kombinasi dan dua reaksi ini, yang menampilkan reaksi kimia keseluruhan, bisa digambarkan sebagai berikut:

 

2H2 + O2 à 2H2O

 

Perhatikan bahwa dalam proses ini, hidrogen teroksidasi (ia melepas elektron) dan oksigen tereduksi (ia memperoleh elektron). Dengan menggunakan bahan bakar hidrogen dan oksigen dari lingkungan, dimungkinkan untuk menghasilkan energi sebagai panas (tidak berguna) dan tenaga (berguna karena bisa digunakan untuk menggerakkan mesin bertenaga listrik) dengan air sebagai produk-sampingannya. Jadi sel bahan bakar mengandalkan reaksi redoks spontan sederhana (tidak memerlukan energi untuk terjadi dan reaksi kimianya melepaskan energi), tetapi menjadikannya reaksi terkendali efisien yang menghasilkan energi berguna menantang kecerdikan para ahli kimia dan teknisi. Plat aliran membentuk sirkuit eksternal yang menyediakan jalur bagi elektron dan anoda ke katoda. Mereka juga menyalurkan-hidrogen dan oksigen ke elektroda dan membuang air dan panas menjauh dari sel bahan bakar. Untuk menghasilkan tingkat energi yang bisa digunakan, sel bahan bakar harus dihimpun secara bertumpuk sebagaimana sel-sel listrik di dalam baterai.

Namun, sangat penting untuk mempertimbangkan bukan hanya kimia yang terjadi didalam sel bahan bakar, terutama produk-sampingan yang dihasilkan dari reaksi kimia ini. Idamannya, produk-sampingannya hanyalah hidrogen, oksigen, air, dan panas. Namun, upaya mendapatkan bahan bakar hidrogen murni memunculkan tantangan. Begitu pula halnya dengan sistem yang terlibat dalam pembuatan, penyimpanan, penyebaran, dan penggunaan hidrogen perlu diteliti.

 

APAKAH DAMPAK LINGKUNGAN DAN EKONOMI DARI HIOROGEN?

Pembuatan

Karena hidrogen bukan sumber energi yang sudah siap sedia, sangat penting untuk mengidentifikasi senyawa yang memuatnya dan kemurnian menyarikan hidrogen. Pada saat ini, ada beberapa proses yang digunakan. Salah satunya adalah elektrolisis air, yang melibatkan penempatan muatan listrik melalui air untuk memecah molekul air menjadi unsur-unsur yang meliputi mereka: hidrogen dan oksigen. Air adalah sumber daya terbarui, dan produk-sampingannya semata hanya hidrogen, oksigen, dan panas. Namun, energi yang diperlukan untuk mengelektrolisis air guna menghasilkan oksigen dan hidrogen pada saat ini diperoleh melalui pengolahan berbagai bahan bakar fosil, yang pada gilirannya menghasilkan produk-sampingan yang berbahaya bagi ekosistem. Ini menciptakan sebuah kerumitan. Sebenarnya perlu biaya lebih sedikit untuk menghasilkan tenaga dari bahan bakar fosil dibandingkan yang diperlukan untuk menghasilkan tenaga. dari sel bahan bakar hidrogen jika yang digunakan adalah elektrolisis untuk menghasilkan hidrogen untuk sel bahan bakar dari awalnya. Salah satu keunggulan penggunaan air sebagai sumber hidrogen adalah bahwa ia menyediakan pilihan untuk memproduksi listrik dari sumber daya terbarui. Namun, pertanyaan yang muncul adalah “Apakah sel bahan bakar menghasilkan energi lebih banyak dibandingkan energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan hidrogen yang diperlukan untuk sel bahan bakar?” Ini masih menjadi pertanyaan yang membingungkan karena meningkatkan efisiensi sel bahan bakar menuntut lebih banyak dana untuk penelitian dan pengembangan dibandingkan yang tersedia saat ini.

Cara lain untuk mendapatkan hidrogen dari sumber daya alam adalah melalui pengolahan bahan bakar fosil. Salah satu contohnya adalah proses yang disebut pengubahan metana uap, reaksi gas alam dengan uap untuk menghasilkan campuran hidrogen dan karbon dioksida. Persamaan kimia untuk reaksi metana uap adalah sebagai berikut:

 

Langkah 1: CH4 + H2O à CO + 3H2

Langkah 2: CO + H2O à CO2 + H2

 

Metode penggunaan metana (CH4) ini menghasilkan hidrogen dua kali lebih banyak dibandingkan yang dengan elektrolisis, tetapi produk-sampingannya, karbon dioksida (CO2) adalah gas rumah kaca dan karenanya mengandung dampak negatif yang lebih besar terhadap lingkungan kita.

Tak lama lagi pada masa mendatang, hidrogen kemungkinan akan diproduksi melalui reformasi uap gas alam dan melalui elektrolisis air dengan menggunakan listrik dari sumber energi konvensional. Namun, dalam jangka panjang, sumber-sumber altematif bisa digunakan untuk menyediakan listrik awal, seperti tenaga matahari atau angin; dan jika teknologi produksi hidrogen seperti ini dikembangkan, akan menjadi lebih efektif -biaya untuk menghasilkan hidrogen. Karena hidrogen bisa dihasilkan dari berbagai sumber daya, masing-masing daerah mungkin bisa menggunakan kombinasi berbagai sumberdaya untuk memproduksinya.

 

Penyebaran dan Penyimpanan

Pengoperasian sel bahan bakar hidrogen memerlukan pasokan tetap gas hidrogen, sehingga distribusi dan penyimpanan juga menjadi persoalan. Sistern distribusi hidrogen yang andal dan rendah -biaya rendah tidak bisa dibangun dalam semalam. Jaringan pipa hidrogen terbatas berada di wilayah tertentu Amerika Serikat untuk memasoknya ke industri penyulingan. Pabrik produksi gas juga sering mengangkut hidrogen dengan truk tanker menuju pengguna industri. Seiring tumbuhnya permintaan hidrogen, industri akan merespon dengan membangun dan memperluas jaringan pengiriman dan distribusi hidrogen menggunakan teknologi masa kini dan masa depan untuk konstruksi jalur pipa, penyimpanan, dan pengiriman hidrogen.

Hidrogen memiliki potensi untuk menjadi sumber energi terkemuka, dengan mengurangi ketergantungan AS kepada minyak impor, dan dengan mengurangi polusi dan emisi gas rumah kaca. Ia bisa diproduksi di kilang-kilang besar di kawasan industri, di pusat sumber daya dan stasiun pengisian bahan bakar di masyarakat, dan di fasilitas distribusi di daerah pedesaan, sehingga sumber energi tersedia. Proses yang ramping bisa sangat mengurangi pelepasan karbon dioksida dan polutan lain ke dalam atmosfer.

 

APA PENERAPAN TENAGA HIDROGEN?

Selain bisa menjadi sumber energi untuk daya stasioner, hidrogen juga telah diteliti dan diujicoba untuk digunakan dalam transportasi. Pesawat ruang angkasa sudah menggunakan tenaga hidrogen (beberapa pesawat ruang angkasa Gemini menggunakan sel bahan bakar eksperimental), dan para peneliti tengah mengerjakan pengembangan mobil hidrogen. Penggunaan lainnya mencakup tenaga portabel untuk aplikasi seperti generator portabel, komputer laptop, dan elektronika genggam lain. Namun, penerapan ini perlu pengembangan desain lebih lanjut untuk bisa bersaing dipasar. Terlepas dari manfaat besarnya, masih ada kekurangan permintaan konsumen untuk tenaga hidrogen, mungkin terkait dengan kurangnya kesadaran akan sel bahan bakar hidrogen dan ketidakmampuan sel bahan bakar hidrogen pada saat ini untuk bersaing dipasar terbuka dengan bahan bakar fosil dan bahan bakar nuklir, dan ini bisa menghambat keberhasilannya. Sebagian dari masalah ini mungkin terkait dengan kurangnya dana penelitian dan pengembangan untuk sel bahan bakar bila dibandingkan dengan pendanaan yang tersedia untuk penelitian, teknologi, dan pengembangan bahan bakar fosil dan bahan bakar nuklir.

 

MENGAPA HIDROGEN? SEBUAH KESIMPULAN

Ketika Anda memiliki sumber hidrogen murni, sel bahan bakar hidrogen menawarkan begitu banyak kelebihan sehingga sangat sulit untuk dipahami mengapa banyak orang yang tidak bersemangat untuk menggunakannya dalam sejumlah penerapan. Hidrogen tidak memancarkan polusi jika kita membuatnya dengan cara yang ramah lingkungan melalui penggunaan sumber daya terbarui dan elektrolisis air. Juga, jika hidrogen menjadi sumber bahan bakar pokok kita, kita tidak harus membelanjakan begitu banyak uang untuk mempertahankan akses minyak kita di luar negeri. Industri hidrogen bisa menciptakan beragam pekerjaan baru di bidang penelitian dan industri. Hal terbaik tentang sumber daya terbarui hanyalah bahwa ia terbarui, bisa diperbarui (renewable). Kita harus berhenti bergantung kepada sumber daya yang terbatas pasokannya dan menengok ke sumber daya yang pasokannya berlimpah. Kimia di balik sel bahan bakar hidrogen relatif sederhana; namun, isu dari masalah yang muncul dalam upaya penerapan teknologi ini membuat urusan menjadi sangat rumit. Cara terbaik untuk, menciptakan permintaan terhadap teknologi sel bahan bakar hidrogen adalah melalui pendidikan. Pada skala lokal, kita harus mendidik orang-orang di masyarakat tentang manfaat dari teknologi sel bahan bakar hidrogen; dan pada skala global, kita harus mulai menyadari dua hal: bahwa hidrogen adalah alternatif yang layak untuk pengolahan bahan bakar fosil dan bahwa pasokan bahan bakar fosil kita tidak bisa diperbarui.

-Sophie Homan dan Catherine Milne-

Leave a Reply

Close Menu