Oleh: Dea Gracella Siagian, Diana Safitri, Nadia Agnes Cantika Nadeak
Penulis adalah Mahasiswa Program Studi Kimia, Universitas Negeri Medan
Hidrogen (H2) dianggap sebagai bahan bakar bersih dan dapat menggantikan bahan bakar fosil untuk mengurangi pencemaran lingkungan. Nah, apa saja sih kelebihannya? Secara potensial, pembakarannya menghasilkan air dan panas jika suhu nyala dikendalikan atau pembakar katalis diadopsi dengan rasio H2/O2 yang sesuai. Selain itu, hidrogen memiliki nilai energi spesifik (119.93 MJ/kg) lebih tinggi dari bahan bakar komersial lainnya seperti bensin (43.45 MJ/kg) atau gas alam (47.14 MJ/kg). Hidrogen tidak beracun, tidak korosif dan tidak berbahaya bagi manusia dan lingkungan.
Bagaimana Hidrogen diproduksi?
Hidrogen dapat diproduksi dari berbagai bahan baku. Ini termasuk sumber daya fosil, seperti gas alam dan batu bara, serta sumber daya terbarukan, seperti biomassa dan air dengan masukan dari sumber energi terbarukan (misalnya sinar matahari, angin, gelombang, atau tenaga air). Berbagai teknologi proses dapat digunakan, termasuk kimia, biologi, elektrolitik, fotolitik, dan termokimia. Setiap teknologi berada dalam tahap perkembangan yang berbeda dan masing-masing menawarkan peluang, manfaat yang unik, dan tantangan. Ketersediaan bahan baku lokal, kematangan teknologi, aplikasi dan permintaan pasar, masalah kebijakan, dan biaya semuanya akan mempengaruhi pilihan dan waktu dari berbagai opsi untuk produksi hidrogen.
Beberapa teknologi telah tersedia di pasar untuk produksi industri hidrogen. Teknologi komersial pertama, akhir 1920-an, adalah elektrolisis air untuk menghasilkan hidrogen murni. Pada tahun 1960-an, produksi industri hidrogen bergeser perlahan menuju bahan baku berbasis fosil, yang merupakan sumber utama produksi hidrogen saat ini. Berikut diilustrasikan jalur hidrogen masa depan:
Nah, terlepas dari kelebihan lainnya, H2 dianggap sebagai bahan bakar yang berbahaya lho, terutama karena rentang mudah terbakarnya (4%-75% vol) dan energi penyalaan rendah (0.017 mJ di udara). H2 tidak berwarna dan berbau, oleh karena itu sulit untuk dideteksi jika terjadi kebocoran. H2 juga sulit untuk ditampung karena merupakan unsur terkecil dan teringan di alam, yang pada beberapa kasus menyebabkan kebocoran H2. Pada kenyataannya, H2 memiliki densitas yang rendah pada suhu dan tekanan standar (0.0838 kg/m3 pada 293 K, 101.3 kPa bar) dibandingkan dengan bahan bakar lainnya. Oleh karena itu, ia apung di udara dan dapat tersebar dengan mudah di atmosfer jika kebocoran terjadi di lingkungan yang tidak terbatas. Sebaliknya, jika kebocoran terjadi di lingkungan yang terbatas, atmosfer eksplosif cepat tercipta. Oleh karena itu, ketika transportasi dan pemanfaatan H2 dianggap sebagai pilihan yang tepat, aspek keselamatan harus dievaluasi dan diperhitungkan secara akurat.
Latar belakang Hy2Green?
Setelah memahami pengertian Hidrogen diatas, teman-teman pasti ingin tau, apa sih yang melatarbelakangi terciptanya Hy2Green? Yuk simak ulasan dibawah ini!
Krisis energi merupakan salah satu permasalahan yang tengah dihadapi oleh masyarakat global. Kebutuhan energi primer dunia diperkirakan akan meningkat cukup tinggi seiring dengan pertumbuhan populasi dan perkembangan teknologi. Solusi yang banyak ditawarkan atas permasalahan tersebut adalah beralihnya ke penggunaan energi alternatif. Namun, energi alternatif yang digunakan saat ini masih terfokus pada batu bara yang memiliki dampak negatif bagi lingkungan. Hal tersebut tentu dapat mengacaukan keseimbangan (misbalance).
Misbalance tersebut akan menimbulkan efek bencana iklim yang dimasukkan ke dalam resiko tidak hanya konfigurasi bentang darat (permukaan laut, gletser, hutan, dan sebagainya), tetapi juga lingkungan manusia seperti dalam kasus pertanian (aliran udara, kenaikan suhu, nasib ekosistem) (World Energy Technology Outlook, 2006). Masalah lingkungan tentang perubahan iklim dan ketersediaan bahan bakar fosil yang terbatas di masa depan memaksa transformasi sistem energi dari skema terutama yang berbasis pembakaran bahan bakar fosil dengan suatu sumber energi berbasis bebas CO2 berkelanjutan.
Dalam upaya mencapai target Net-Zero Emissions, berbagai negara di dunia mulai mengambil langkah dekarbonisasi. Berbagai upaya tersebut, misalnya, dilakukan pada beberapa sektor penyumbang emisi gas rumah kaca melalui renewable electricity. Namun demikian, dekarbonisasi pada sektor “harder-to-abate“, seperti industri dan transportasi berat, tidak dapat dicapai hanya dengan renewable electricity. Salah satu solusi yang telah diakui oleh berbagai negara di dunia untuk menyelesaikan dekarbonisasi ini adalah pengembangan Green Hydrogen (Hy2Green).
Hy2Green menggunakan sumber energi terbarukan seperti matahari, angin, dan air untuk mengelektrolisis hidrogen dari air, menyimpan dan menggunakan hidrogen dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik bebas CO2 yang stabil, ramah lingkungan dan air panas. Saat energi terbarukan seperti tenaga air, matahari dan angin dikenal luas, sumber energi yang mendapatkan momentum sebagai sumber energi yang sangat serbaguna di masa depan adalah hidrogen, terutama hidrogen hijau.
Beberapa pemerintah di Asia telah menginisiasi dengan kebijakan dan peraturan dalam mendorong penggunaan dan implementasi hidrogen hijau sebagai sumber energi terbarukan. Di Singapura, misalnya, dengan terbatasnya lahan dan sumber daya, beberapa metode diterapkan untuk mengurangi jejak karbon negara-kota ini termasuk dengan menerapkan teknologi pembangkit listrik yang lebih efisien, dan melihat ke arah energi terbarukan, terutama matahari.
Nah, sekilas hal-hal yang melatarbelakangi Hy2Green, konsep Hy2Green sangat menarik bukan?
Bagaimana tahapan proses Hy2Green?
Setelah menyimak bahasan tentang Hy2Green, mungkin ada beberapa dari kalian yang bertanya bagaimana sih cara Hy2Green bekerja? Yuk, simak pembahasan berikut!
1. Fluctuating renewables (Energi terbarukan yang berfluktuasi)
Pada tahap awal Hy2Green diproduksi dengan memanfaatkan energi yang berfluktuasi seperti tenaga matahari, angin, dan air. Dimana tenaga matahari, angin, dan air bertindak sebagai pembangkit energi elektroliser PEM (Proton Exchange Membrane), yang memungkinkan produksi hidrogen dan gas oksigen dengan proses elektrolisis. Selain dengan memanfaatkan energi yang berfluktuasi, elektroliser PEM juga dapat ditenagai oleh sumber daya yang dapat diprogram.
2. Safety stored (Penyimpanan aman)
Pada tahap ini gas akan disimpan dalam suatu bejana bantu, yang sebelumnya berisi air suling yang dibutuhkan untuk elektrolisis. Bejana inilah yang kita sebut sebagai Hydrogen Storage (penyimpanan hidrogen). Dalam penyimpanan hidrogen ini, memanfaatkan sifat adsorpsi dari karbon nanotube multi-dinding yang telah dimurnikan atau purified multi-walled carbon nanotubes yang tumbuh dengan Aerosol Assisted Chemical Vapor Deposition (AACVD). Berdasarkan penelitian Edgar (2021), purified multi-walled carbon nanotubes menunjukkan. kapasitas adsorpsi H2 yang nilainya 10 kali lebih tinggi dari sampel lainnya. Metode penyimpanan hidrogen ini sangat aman, karena hidrogen membentuk ikatan yang sangat kompak dan stabil dengan logam. Gas yang disimpan pada tahap ini akan bekerja sebagai suplai sel bahan bakar PE (Polymer Electrolyte), sehingga energi listrik dari hidrogen dapat dihasilkan. 3. Green Energy on Demand (Energi hijau sesuai permintaan)
Pada tahap ini Hy2Green telah terbentuk atau telah siap menjadi fuel cell yakni berupa energi listrik, daur ulang hidrogen, serta energi panas. Hidrogen dapat disimpan selama diperlukan dan dapat dipakai kembali ketika dibutuhkan.
Lalu, apa saja keunggulan Hy2Green?
Hy2Green memiliki sejumlah keunggulan diantaranya:
- Sistem Hy2Green dapat menangkap panas buangan dari proses konversi menjadi hidrogen dan memanfaatkannya sebagai energi panas.
- Sistem Hy2Green menggunakan serbuk logam karbon sebagai media penyimpanan hidrogen yang dihasilkan. Metode penyimpanan hidrogen ini sangat aman, karena hidrogen membentuk ikatan yang sangat kompak dan stabil dengan logam. Akibatnya tangki penyimpanan jauh lebih kecil daripada tangki penyimpanan gas.
- Hy2Green memiliki daya lebih kuat serta hemat energi daripada bahan bakar fosil.
- Hy2Green tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca seperti halnya sumber bahan bakar fosil, sehingga mengurangi polusi dan meningkatkan kualitas udara sebagai hasilnya.
Itu tadi pembahasan kita tentang Hy2Green. Gimana? Sangat menarik kan? Diharapkan kedepannya teknologi Hy2Green berbasis purified multi-walled carbon nanotubes ini dapat diterapkan di industrial Indonesia dan menjadi solusi energi masa depan sebagai sumber energi emisi tanpa karbon.
REFERENSI:
Edgar Mosquera, Vargas, Rocío Tamayo, et.all. 2021. Hydrogen storage in purified multiwalled carbon nanotubes: gas hydrogenation cycles effect on the adsorption kinetics and their performance. Journal Heliyon 7. e08494.
EU project SOLREF, Hydrogen production via solar reforming of Hydrocarbons, http://www.pre.ethz.ch/research/projects /?id=solref diakses 14-05-2022.
Hirsch. D, Steinfeld.2004. A, Solar Hydrogen production by thermal decomposition of natural gas using a vortex – flow reactor. International Journal of Hydrogen Energy 29, 47–55.
https://www.canva.com/ https://www.gknhydrogen.com/ https://www.itb.ac.id/berita/detail/58403/pengembangan-green-hydrogen-solusi-masalahdekarbonisasi-di-indonesia/ Diakses pda tanggal 14-Mei-2022.
https://www.ruangenergi.com/meti-green-hydrogen-dukung-energi-terbarukan-wujudkan-netzero-emission/ Diakses pda tanggal 14-Mei-2022.
Riis, T., Hagen, E. F., Vie, P. J., & Ulleberg, Ø. (2006 ). Hydrogen Production And Storage.
Riis, T., Hagen, E. F., Vie, P. J., & Ulleberg, Ø. (2006 ). Hydrogen Production And Storage. International Energy Agency , 1-38.
Ustolin, F., Lamb, J. J., Burheim, O. S., & Pollet, B. G. (2020). Energy and Safety of Hydrogen Storage. Hydrogen, Biomass and Bioenergy, 133-153.
World Energy Technology Outlook. European Commission. EUR 2038. J.I. Villacampa et al. 2003. Catalytic decomposition of methane over NiAl2O3 coprecipitated catalysts.
Applied catalysis A: General 252, 363– 383, 2006.
