Agar lebih mudah dalam memahami green hydrogen fuel cell, alangkah baiknya mengenal terlebih dahulu apa itu green hydrogen fuel dan fuel cell.
Green hydrogen fuel adalah bahan bakar tanpa emisi yang digunakan bersama oksigen sebagai bahan bakar bagi pembangkitan listrik menggunakan suatu sel elektrokimia. Sel inilah yang disebut green hydrogen fuel cell. Hal yang menonjol dari green hydrogen fuel ini adalah hidrogennya yang berupa green hydrogen, bukan grey hydrogen ataupun blue hydrogen. Alasannya karena hidrogen ini jauh lebih bersih dari emisi daripada keduanya yang terbuat dari bahan bakar fosil.
Sementara itu, fuel cell (sel bahan bakar) adalah sel elektrokimia yang mengubah energi kimia dari reaktan (biasanya hidrogen) dan zat pengoksidasi (biasanya oksigen) menjadi listrik melalui sepasang reaksi redoks. Sel bahan bakar hampir mirip dengan baterai. Perbedaannya ada pada reaktan yang oleh sel bahan bakar dapat diisi terus-menerus, sedangkan dalam baterai energi kimia biasanya berasal dari zat yang sudah ada dalam baterai. Dalam sel bahan bakar, hidrogen merupakan bahan bakar paling ideal karena memiliki energi per satuan berat tertinggi.
Dengan kata lain, green hydrogen fuel cell adalah suatu sel elektrokimia yang mengubah energi kimia dari hidrogen hijau dan oksigen menjadi listrik melalui sepasang reaksi redoks. Hydrogen fuel cell yang lain umumnya memakai bahan bakar hidrogen dari gas alam, biogas, batubara, ataupun minyak bumi. Produksi hidrogen dari energi konvensional yang terus-menerus ini melepaskan lebih banyak CO2 yang akan memperburuk perubahan iklim global. Bahkan, hanya sekitar 4% dari total produksi hidrogen di seluruh dunia yang berbasis elektrolisis air. Hal ini menjadi tantangan besar dalam program dekarbonisasi yang ditetapkan negara-negara di seluruh dunia untuk tahun 2050.
Infografis Perjanjian Paris (sumber: www.wanaswara.com)
Dalam Perjanjian Iklim Paris 2015, dicetuskan sebuah konsep mengenai dekarbonisasi. Tujuannya adalah untuk membatasi pemanasan global jauh di bawah 2°C di atas tingkat pra-industri dan mengejar upaya untuk membatasinya hingga 1,5°C. Kenaikan suhu bumi yang melebihi 1,5°C akan menimbulkan bencana iklim yang dapat mengancam umat manusia. Saat ini saja, yang mana suhu bumi naik 1,2°C, dampaknya kian terasa. Sebagai contoh adanya gelombang panas di negara-negara belahan bumi utara hingga hujan ekstrem yang menyebabkan sebagian besar wilayah Pakistan terendam banjir. Oleh karena itu, negara-negara di dunia harus mengurangi emisi gas rumah kaca dengan cepat untuk mencapai dunia dengan iklim yang stabil. Dalam hal ini, gkreen hydrogen fuel cell memiliki potensi besar dalam ikut serta mencapai tujuan dekarbonisasi global.
Infografis Cara Kerja Hidrogen Hijau (sumber: www.nyiso.com)
Untuk memproduksi bahan bakar hidrogen hijau, digunakan elektrolisis dari sumber terbarukan yang melibatkan penguraian molekul air menjadi oksigen dan hidrogen. Pada prosesnya, energi listrik akan memecah air menjadi oksigen dan hidrogen dengan elektroda. Air yang digunakan harus mengandung garam dan mineral untuk menghantarkan listrik. Dua elektroda, yaitu hidrogen pada anoda dan oksigen pada katoda direndamse dalam air dan dihubungkan ke sumber listrik arus searah (DC). Disosiasi hidrogen dan oksigen terjadi ketika elektroda menarik ion dengan muatan berlawanan. Reaksi redoks ini terjadi karena pengaruh arus listrik selama proses elektrolisis.
Setelah didapatkan bahan bakar hidrogennya, green hydrogen fuel cell akan mengubah energi kimia dari hidrogen dan oksigen menjadi listrik. Prinsip kerja hydrogen fuel cell mirip dengan baterai, dimana sebuah sel bahan bakar memiliki kutub anoda (-) serta katoda (+). Hidrogen dialirkan ke kutub anoda yang selanjutnya akan memecah molekul hidrogen menjadi elektron serta ion hidrogen. Aliran elektron pada sirkuit eksternal akan menghasilkan listrik. Sementara itu, ion hidrogen akan bereaksi dengan oksigen yang akan menghasilkan uap air. Produk sampingan dari reaksi ini hanyalah uap air, yang mana menghasilkan sistem yang bersih dan berkelanjutan di mana tidak ada CO₂ yang dilepaskan untuk menghasilkan energi.
Gambar Reaksi Elektrolisis (sumber: www.iberdrola.com)
Salah satu kelebihan dan kekurangan green hydrogen fuel cell terletak pada bahan bakarnya yang menggunakan hidrogen hijau. Keunggulan menggunakan hidrogen hijau adalah limbah yang dihasilkan hanya berupa air, menggunakan sumber daya alam yang tidak terbatas, dapat disimpan dalam waktu yang lama, dan mudah diangkut karena ringan.
Jika ditinjau dari bahan bakarnya, green hydrogen fuel cell memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri. Pertama, hidrogen adalah unsur yang paling melimpah di alam semesta dan terlepas dari tantangan yang terkait dengan ekstraksinya dari air, hidrogen merupakan sumber energi yang sangat melimpah dan terbarukan. Kedua, hidrogen adalah sumber bahan bakar yang tidak beracun dan oleh karena itu lebih unggul dibandingkan batu bara, gas alam, dan tenaga nuklir yang semuanya berpotensi berbahaya atau sulit diperoleh. Ketiga, hidrogen memiliki kandungan energi tertinggi dari semua bahan bakar biasa menurut beratnya, yaitu sekitar tiga kali (kira-kira 120MJ/kg) dari solar dan LNG serta kepadatan energi volumetrik yang serupa dengan gas alam. Keempat, hidrogen sangat efektif jika dibandingkan sumber energi lainnya. Green hydrogen fuel cell menghasilkan listrik dengan efisiensi 65% jika dibandingkan dengan 33-35% untuk pembakaran konvensional.
Selain keempatnya, hidrogen menghasilkan emisi yang hampir nol. Itu artinya dapat mengurangi polusi dan meningkatkan kualitas udara. Waktu pengisian daya unit green hydrogen fuel cell jauh lebih cepat dan waktu penggunaannya juga lebih lama daripada baterai. Keunggulan yang terakhir adalah green hydrogen fuel cell tidak menghasilkan polusi suara dan visual.
Kekurangan green hydrogen fuel cell adalah perlu biaya produksi yang tinggi untuk mengekstraksi bahan bakar hidrogen karena proses elektrolisisnya yang membutuhkan banyak energi. Secara keseluruhan, biaya satu unit green hydrogen fuel cell saat ini lebih besar daripada sumber energi lainnya. Masalah regulasi juga menjadi hambatan yang serius karena tanpa adanya kerangka peraturan yang jelas, proyek komersial akan mengalami kesulitan dalam mencapai keputusan investasi keuangan. Selanjutnya, penyimpanan hidrogen jauh lebih kompleks daripada yang dibutuhkan untuk bahan bakar fosil. Hal ini dikarenakan gas hidrogen mudah terbakar di udara yang tentunya dapat menimbulkan bahaya. Namun, hambatan-hambatan ini dapat diatasi seiring dengan berkembangnya teknologi dan mulai banyaknya adopsi teknologi green hydrogen fuel cell, sehingga akan menarik banyak investor dan biaya produksi juga semakin turun.
Gambar Mobil Listrik dengan Sistem Hydrogen Fuel Cell (sumber: www.gatra.com)
Saat ini, green hydrogen fuel cell sudah banyak digunakan di beberapa negara, seperti Amerika Serikat, Rusia, Cina, Prancis, dan Jerman. Negara lain seperti Jepang, melangkah lebih jauh dan bercita-cita ingin menjadi pelaku ekonomi hidrogen. Di Indonesia, pengembangannya sejalan dengan potensi energi terbarukan yang sangat besar. Hal ini bisa terjadi karena hydrogen fuel cell yang memiliki potensi besar untuk dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, seperti pembangkit tenaga listrik, sistem transportasi, dan catu daya portable. Walaupun hanya sedikit fuel cell yang memakai hidrogen hijau, tetapi ada kemungkinan besar akan terus meningkat di tahun 2024 sejalan dengan Perjanjian Paris yang mana negara-negara akan melaporkan secara transparan tindakan yang diambil dan kemajuan dalam mitigasi perubahan iklim, tindakan adaptasi, dan dukungan yang diterima.
Kesimpulannya adalah green hydrogen fuel cell dapat menjadi solusi terbaik untuk masa depan kebutuhan energi global. Green hydrogen fuel cell ini menawarkan sumber daya yang terbarukan dan bersih dari emisi. Tentunya hal ini penting dalam rangka mencapai program dekarbonisasi global. Untuk mencapai hal ini, ada kebutuhan untuk meningkatkan produksi hidrogen terdekarbonisasi dan pembuatan sel bahan bakar, serta mengembangkan kerangka peraturan yang diperlukan untuk secara jelas menentukan model penerapan komersial. Kemajuan teknologi lebih lanjut untuk menurunkan biaya ekstraksi, penyimpanan, dan transportasi yang terkait diharapkan, bersama dengan investasi lebih lanjut dalam infrastruktur untuk mendukungnya.
Sumber:
https://www.esdm.go.id/assets/media/content/content-apa-itu-teknologi-hydrogen-fuel.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Green_hydrogen
https://www.acciona.com/green-hydrogen/?_adin=02021864894
https://www.iberdrola.com/sustainability/green-hydrogen
https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
https://wuling.id/id/blog/autotips/kenali-teknologi-fuel-cell-pada-mobil-masa-kini
https://www.hydrogen-indonesia.id/green-hydrogen/in-indonesia/overview
https://ebtke.esdm.go.id/post/2022/06/17/3183/dirjen.ebtke.hidrogen.hijau.pilar.utama.dekarbonisasi.industri
https://www.dunia-energi.com/green-hydrogen-jadi-andalan-menuju-dekarbonisasi/
https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-a-hydrogen-fuel-cell
https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement/the-paris-agreement
https://www.forestdigest.com/detail/2068/dekarbonisasi
Hasan, Achmad. 2007. Aplikasi Sistem Fuel Cell Sebagai Energi Ramah Lingkungan di Sektor Transportasi dan Pembangkit. Jurnal Teknologi Lingkungan, 8(3). Jakarta.
Rosyid, Oo Abdul, dan M.A.M. Oktaufik. 2009. Infrastruktur Hidrogen untuk Aplikasi Fuel Cell dalam Era Ekonomi Hidrogen. Jurnal Ilmiah Teknologi Energi, 1(9). Tangerang.
.png)
