Bahan bakar hidrogen dengan berbagai nama sebagai bahan bakar bersih, bahan bakar nol karbon adalah bahan bakar yang paling mudah diakses dan masa depan. Bahan bakar adalah segala sesuatu yang dapat dibuat untuk bereaksi dengan zat lain untuk melepaskan energi dan keberadaan hidrogen dalam sumber daya domestik seperti biomassa, gas alam, tenaga nuklir menjadikannya bahan bakar masa depan. Bahkan dapat diproduksi melalui energi terbarukan seperti matahari dan angin. Semua kualitas ini digabungkan bersama untuk menjadikannya pilihan bahan bakar alternatif untuk transportasi, aplikasi pembangkit listrik, perangkat elektronik portabel, dan sistem cadangan daya.
Dalam banyak hal, hidrogen adalah bahan bakar yang sempurna. Ini adalah pembakaran terbersih dan paling efisien, menciptakan lingkaran energi yang terbarukan dan tidak berbahaya bagi lingkungan. Hidrogen menggabungkan secara kimiawi dengan sebagian besar elemen, sehingga telah digunakan sebagai bahan kimia industri dalam berbagai aplikasi selama bertahun-tahun. Dengan keberadaannya yang melimpah, cara produksinya ternyata banyak. Mari kita beralih ke produksi hidrogen.
Terobosan teknologi produksi bahan bakar hidrogen
Hidrogen adalah unsur paling sederhana karena komposisi kimianya hanya satu proton dan satu elektron yang membuatnya mudah bereaksi dengan berbagai zat untuk berubah menjadi bentuk yang mampu memecahkan beberapa masalah utama bahan bakar masa depan. Efisiensi energi dan dampak lingkungan dari hidrogen murni bergantung pada bagaimana hidrogen diproduksi. Ada beberapa metode yang digunakan dalam industri untuk membuat bahan bakar hidrogen. Beberapa di antaranya dibicarakan di bawah ini:
Proses Elektrolisis: Metode pemisahan air menjadi hidrogen dan oksigen menggunakan arus elektronik disebut elektrolisis. Jelas bahwa listrik yang dihasilkan oleh sumber terbarukan, seperti matahari atau angin, hidrogen yang dihasilkan akan dianggap terbarukan juga, dan memiliki banyak manfaat emisi. Proyek pembangkit listrik-ke-hidrogen dimulai, di mana kelebihan listrik terbarukan, bila tersedia, digunakan untuk membuat hidrogen melalui elektrolisis.
Pirolisis Metana: Produksi hidrogen menggunakan pirolisis metana gas alam adalah proses satu langkah “tanpa gas rumah kaca” baru-baru ini. Mengembangkan volume produksi menggunakan metode ini adalah kunci untuk memungkinkan pengurangan karbon lebih cepat dengan menggunakan hidrogen dalam proses industri, transportasi truk berat listrik sel bahan bakar, dan pembangkit listrik turbin gas. Pirolisis metana menggunakan metana CH4 yang digelembungkan melalui katalis logam cair pada suhu tinggi (1340 K, 1065 °C, atau 1950 °F) untuk menghasilkan gas hidrogen H2 non-polusi dalam volume tinggi, dengan biaya rendah dan menghasilkan karbon padat non-polusi C tanpa emisi gas rumah kaca.
CH4 (g) → C(s) + 2 H2 (g) H° = 74 kJ/mol
Pirolisis metana sedang dalam pengembangan dan dianggap cocok untuk produksi hidrogen massal komersial.
Reformasi Uap (Metode Industri): Hidrogen sering diproduksi menggunakan gas alam, yang melibatkan penghilangan hidrogen dari hidrokarbon pada suhu yang sangat tinggi, dengan 48% produksi hidrogen berasal dari steam reforming. Hidrogen massal komersial biasanya diproduksi oleh reformasi uap gas alam dengan pelepasan gas rumah kaca atmosfer atau dengan penangkapan menggunakan CCS dan mitigasi perubahan iklim. Steam reforming juga dikenal sebagai proses Bosch dan banyak digunakan untuk persiapan industri hidrogen.
Pada suhu tinggi (1000-1400 K, 700-1100 °C, atau 1300-2000 °F), uap bereaksi dengan metana untuk menghasilkan karbon monoksida dan H2.
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Proses Biologis: Proses biologis menggunakan mikroba seperti bakteri dan mikroalga dan dapat menghasilkan hidrogen melalui reaksi biologis. Dalam konversi biomassa mikroba, mikroba memecah bahan organik seperti biomassa atau air limbah untuk menghasilkan hidrogen, sedangkan dalam proses biologis foto mikroba menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi.
Proses Berbasis Surya: Solar-driven pada dasarnya menggunakan cahaya matahari atau radiasi untuk membentuk hidrogen. Pada dasarnya ada tiga proses yang digerakkan oleh matahari seperti itu termasuk foto biologis, foto elektrokimia, termokimia surya. Proses biologis foto menggunakan aktivitas fotosintesis alami bakteri dan ganggang hijau untuk menghasilkan hidrogen. Proses elektrokimia foto menggunakan semikonduktor khusus untuk memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Produksi hidrogen termokimia surya menggunakan tenaga surya terkonsentrasi untuk mendorong reaksi pemisahan air sering bersama dengan spesies lain seperti oksida logam.
Aplikasi Praktis di Industri Teknologi
Aplikasi dalam industri otomotif
Hidrogen dianggap sebagai bahan bakar alternatif untuk industri otomotif karena efisiensinya yang tinggi dan nol emisi karbon. Penggunaan hidrogen dalam kendaraan merupakan fokus utama penelitian dan pengembangan sel bahan bakar. Di negara-negara seperti Amerika Serikat, mereka juga memiliki stasiun pengisian hidrogen. Sebagian besar kendaraan berbahan bakar hidrogen adalah mobil dan bus transit yang memiliki motor listrik yang ditenagai oleh sel bahan bakar hidrogen. Beberapa kendaraan ini membakar hidrogen secara langsung. Tingginya biaya sel bahan bakar dan terbatasnya ketersediaan stasiun pengisian bahan bakar hidrogen telah membatasi jumlah kendaraan berbahan bakar hidrogen. Bahkan sel bahan bakar hidrogen digunakan di kereta api di Jerman dan menemukan bahwa dalam waktu lima tahun ke depan, mungkin mencapai Inggris Raya, Prancis, Italia, Jepang, dan Amerika Serikat. Untuk kendaraan penggunaan pribadi, sembilan dari produsen mobil besar sedang mengembangkan kendaraan listrik sel bahan bakar hidrogen (FCEVs) untuk penggunaan pribadi. Model terkenal termasuk Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo, dan BMW.
Dalam produksi Listrik
Sel bahan bakar hidrogen menghasilkan listrik dengan menggabungkan atom hidrogen dan oksigen. Hidrogen bereaksi dengan oksigen melintasi sel elektrokimia yang mirip dengan baterai untuk menghasilkan listrik, air, dan sejumlah kecil panas. Berbagai jenis sel bahan bakar tersedia untuk berbagai aplikasi. Sel bahan bakar kecil dapat memberi daya pada komputer laptop dan bahkan ponsel, dan aplikasi militer. Sel bahan bakar besar dapat menyediakan listrik untuk cadangan atau daya darurat di gedung-gedung dan memasok listrik di tempat-tempat yang tidak terhubung ke jaringan listrik.
Selain itu, hidrogen juga digunakan di sejumlah aplikasi Kelautan, aplikasi Luar Angkasa, dan pembangkit listrik cadangan.
Tantangan yang ditimbulkan oleh Hidrogen sebagai bahan bakar alternatif
Kami selalu mendengar bahwa koin memiliki dua sisi, sama halnya dengan bahan bakar masa depan yang baru. Berbicara tantangan penggunaan bahan bakar hidrogen di industri, cukup banyak yang masuk akal dan tidak bisa dihindari. Beberapa di antaranya tercantum di bawah ini: -
Ekstraksi Hidrogen
Meskipun tersedia dalam kelimpahan seperti itu di alam semesta, ekstraksi cukup sulit. Hidrogen tidak ada dengan sendirinya sehingga perlu diekstraksi dari air melalui elektrolisis atau dipisahkan dari bahan bakar fosil karbon. Kedua proses ini membutuhkan sejumlah besar energi untuk mencapainya. Energi ini bisa lebih dari yang didapat dari hidrogen itu sendiri dan juga mahal.
Biaya bahan baku dan investasi lebih lanjut
Untuk mengekstraksi hidrogen, logam mulia seperti platinum dan iridium diperlukan sebagai katalis dan beberapa elektroliser untuk elektrolisis. Semua biaya tambahan ini membuat biaya bahan baku menjadi lebih tinggi. Tingginya biaya telah menghalangi beberapa orang untuk berinvestasi pada sel bahan bakar hidrogen teknologi. Biaya-biaya tersebut perlu dikurangi agar sel bahan bakar hidrogen menjadi sumber bahan bakar yang layak bagi semua orang. Sel bahan bakar hidrogen memerlukan investasi untuk dikembangkan hingga menjadi sumber energi yang benar-benar layak. Hal ini juga memerlukan kemauan politik untuk menginvestasikan waktu dan uang dalam pembangunan guna meningkatkan dan mematangkan teknologi.
Infrastruktur dan penyimpanan hidrogen
Bahan bakar fosil telah digunakan selama beberapa dekade, infrastruktur untuk catu daya ini sudah ada. Adopsi skala besar teknologi sel bahan bakar hidrogen untuk aplikasi otomotif akan memerlukan infrastruktur pengisian bahan bakar baru untuk mendukungnya, meskipun untuk aplikasi jarak jauh seperti HGV dan truk pengiriman kemungkinan besar pengisian bahan bakar awal-ke-akhir akan digunakan.
Penyimpanan dan transportasi hidrogen lebih kompleks daripada yang dibutuhkan untuk bahan bakar fosil. Ini menyiratkan biaya tambahan yang perlu dipertimbangkan untuk sel bahan bakar hidrogen sebagai sumber energi.
Bahan bakar hidrogen adalah pilihan bahan bakar alternatif dan berkelanjutan terbaik untuk waktu dekat dan aplikasinya sangat penting tidak hanya untuk lingkungan tetapi juga untuk peningkatan permintaan bahan bakar. Para peneliti dan perusahaan inovatif harus berusaha keras untuk membuat hidrogen tersedia seperti air tidak hanya untuk keperluan industri tetapi juga untuk penggunaan pribadi.
sheeba chauhan
-
sheeba chauhanhttps://www.eletimes.com/author/sheebaTren yang Muncul dalam Teknologi Wide Band Gap Semiconductors (SiC dan GaN) untuk Aplikasi Otomotif dan Penghematan Energi
-
sheeba chauhanhttps://www.eletimes.com/author/sheebaBentuk Pabrik Kami: Manufaktur di Era Pasca-Pandemi