Beranda > Uncategorized > Mobil Berbahan Bakar Hidrogen? Mengapa Tidak?

Mobil Berbahan Bakar Hidrogen? Mengapa Tidak?


(Tinjauan singkat mengenai teknologi Fuel Cell)
Niohanipratama (32781), Physic Engineering, Gadjah Mada University, Indonesia

Kita tahu bahwa saat ini the top of world’s issues adalah masalah Energi. Jika kita lihat di banyak media internasional yang ada, sebagian besar dari mereka sering sekali membahas topik ini. Baik majalah Times, Newsweek, Discovery Channel, National Geographic, CNN, BBC, dan media internasional lainnya begitu hot membahas topik ini. Mengapa topik ini begitu gencar di kalangan internasional? Yang pasti karena ada hubungannya juga dengan masalah ekonomi, politik, bahkan sampai pemanasan Global. Energi yang digunakan saat ini didominasi oleh bahan bakar terutama minyak, selanjutnya gas dan batu bara. Oleh karena itu negara penghasil minyak seperti timur tengah saat ini sedang dalam masa kejayaan mereka. Salah satu masalahnya adalah ketersediaan minyak, gas dan batu-bara sangat terbatas dan diperkirakan suatu saat akan habis. Masalah lain adalah emisi gas-gas alam yang dapat menyebabkan pemanasan global.

Namun saat ini sudah banyak penemuan-penemuan menakjubkan yang menjadi solusi pilihan untuk masalah ini. Yaitu dengan menggunakan Renewable Energy kita dapat mengurangi konsumsi bahan bakar fosil di dunia. Dalam artikel ini yang akan dibahas kiritis adalah alternatif bahan bakar kendaraan menggunakan hydrogen, yaitu dengan menggunakan Fuel Cell Technology. Mungkin ada beberapa dari anda yang bertanya-tanya apa sich Fuel Cell itu? Kendaraan berbahan bakar hydrogen? Apakah bisa? Dan mungkin banyak sekali pertanyaan lainnya. Kita akan bahas secara singkat dalam artikel ini.

Dasar Teori

Fuel Cell adalah yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar untuk menghasilkan elektron, proton, panas dan air. Teknologi fuel cell didasarkan pada prinsip reaksi pembakaran sederhana yaitu:

2H2 + 02 <-> H2O

Di dalam reaksi tersebut, Hidrogen disuplai ke kutub anoda (terminal negatif) dari fuel cell ketika Oksigen disuplai ke kutub Katoda (terminal positif) dan melalui reaksi kimia, hidrogren dibelah menjadi elektron dan proton. Setiap bagian tersebut melewati jalur yang berbeda menuju katoda. Seperti dapat kita lihat di gambar berikut, elektron dialirkan melalui jalur tertentu sehingga terjadilah aliran elektron yang kita sebut arus listrik untuk mensuplai beban yang kita butuhkan. Sedangkan proton mengalir melaui Electrolyte dan akhirnya keduanya disatukan kembali di kutub katoda dan bereaksi dengan oksigen yang berasal dari udara kemudian menghasilkan produk yang tidak berbahaya yaitu air.

Hidrogen dapat disuplai dari berbagai bahan material jika “pembaharu bahan bakar” ditambahkan pada Fuel Cell. Hidrogen sendiri dapat didapatkan dari bahan bakar hidrokarbon seperti Gas Alam atau methanol. Fuel Cell sendiri berarti memproduksi listrik dengan melaui reaksi kimia, sehingga emisi yang dihasilkan adalah emisi yang bersih. [1]

Gb.1 Operasi dasar Fuel Cell [1]

Sejarah Fuel Cell

Teknologi Fuel Cell pertama kali ditemukan oleh Sir William Robert Grove (1811-1896) Grove merupakan salah satu mahasiswa dan lulusan dari Oxford University dan menjalankan profesi patent law sambil mempelajari kimia. Grove mengembangkan wet-cell battery yang terimprofisasi pada tahun 1838 yang membuat dia jadi terkenal. Dengan menggunakan riset dan pengetahuannya, Proses Elektrolisis menggunakan listrik untuk membelah air menjadi Hidrogen dan Oksigen dan seharusnya reaksi sebaliknya dapat dilakukan, yaitu menggabungkan hidrogen dan oksigen menjadi air dan menghasilkan listrik. Dengan menggunakan hipotesa ini, Grove mengembangkan sebuah alat yang mampu menggabungkan Hidrogen dan Oksigen untuk memproduksi listrik sehingga dia menjadi penemu pertama yang menemukan Baterei gas (gas Battery). [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gb2. William Robert Grove [3]

Selain Grove, masih banyak ilmuwan-ilmuwan lain yang ikut andil dalam mengembangkan teknologi fuel cell misalnya Ludwig Mond (1839-1909), Friedrich wilhelm Ostwald ( 1853-1932), Emil Baur (1873-1944), Francis Thomas Bacon (1904-1994) dan yang lainnya. Mereka semua ikut serta dalam penelitian dan pengembangan Fuel Cell. Namun Artikel ini tidak akan membahas tentang mereka.

Mengapa Fuel Cell dibutuhkan?

Fuel Cell merupakan teknologi yang ramah lingkungan dan mempunyao prospek yang bagus untuk masa depan anak cucu kita. Keunggulan dari fuel cell sendiri diantaranya adalah Efisiensinya yang sangat tinggi. Efisiensi Fuel cell saat ini ketika beroperasi sediri adalah sekitar 40%-55%. Dan jika mereka menggunakan CHP (Combine Heat and Power) bisa mencapai 80%. Jika dibandingkan dengan pembakaran biasa dengan mesin yang hanya mencapai 30%, Fuell cell jauh lebih efisien.

Teknologi Fuel cell sendiri sangat simpel dan tidak terlalu rumit. Selain itu, fuel cell nyaris tidak memiliki emisi yang buruk dengan kata lain zero emission karena emisi yang dikeluarkan adalah berupa air. Dan satu lagi keunggulan dari fuel cell yaitu tidak berisik. Tidak seperti dengan menggunakan mesin yang dimana memakai bahan bakar untuk meledakan ruang di dalam piston sehingga bisa menggerakan piston untuk menggerakan mobil misalnya, Fuel cell hanya menggunakan reaksi kimia yang tidak berbahaya dan tidak menimbulkan suara berisik. Oleh karena itu teknologi ini dapat digunakan untuk jangka panjang. [1]

Cara Kerja Fuel Cell

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, Fuel Cell bekerja berdasarkan reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksidan yang dipicu di dalam elektrolit. Pada anoda, katalis mengoksidasi bahan bakar yang biasanya hidrogen dan mengubah bahan bakar menjadi ion positif dan elektron negatif. Ion dilewatkan melalui elektrolit menuju katoda dan bergabung kembali dengan elektron dan secara bersamaan bereaksi dengan oksigen yang kemudian menghasilkan air (H2O) atau karbon dioksida (CO2). Elektron bebas dilewatkan melewati kabel sehingga menghasilkan arus listrik. Elektrolit sendiri merupakan bahan materi yang dibuat dan didesain agar ion bisa dilewatkan namun elektron tidak bisa melewatinya.

Untuk menghitung energi yang dihasilkan oleh fuel cell sendiri, rumus yang dipakai adalah rumus pada umumnya yaitu Energi sama dengan beda potensial dikalikan arus dikalikan dengan waktu (E=V.I.t) . Output dari reaksi tersebut sebenarnya tidak hanya menghasilkan listrik dan air, namun juga menghasilkan panas.  Untuk menghitung efisiensi maksimum dari fuel cell sendiri dipakailah persamaan berikut:

Energi bebas Gibbs (Gibbs Free Energy), rgf , Energi yang diproduksi melalui reasksi pembakaran aktual. Dan formasi entalpi rhf, adalah energi ideal yang dapat diproduksi melalui reaksi pembakaran jika energi maksimum dapat diproduksi dari reaksi pembakaran. [1] Secara teori, jika Energi Gibs hidrogen adalah 237kJ/mol dan rhf adalah 286 kJ/mol, maksimum energi yang bisa dihasilkan oleh fuel cell seharusnya adalah286 kJ/mol, maksimum energi yang bisa dihasilkan oleh fuel cell seharusnya bisa mencapai 83%. Namun pada kenyataannya, efisiensi yang dihasilkan masih dipengaruhi oleh faktor faktor lain misalnya tekanan udara pada tabung hidrogen, konsentrasi gas, voltage loss, dan lain sebagainya.

Gb 3. Individual Fuel Cell

Aplikasi dari Fuel Cell

Aplikasi dari fuel cell bervariasi tergantung dari tipe fuel cell apa yang dipakai. Karena Fuel cell mampu memproduksi tenaga listrik dari 1W hingga 10MW, Fuel Cell dapat dipakai untuk keperluan apa saja yang membutuhkan tenaga listrik. Dalam skala kecil fuel cell dapat dipakai untuk cellphones, personal computer, dan berbagai alat listrik. Dalam skala 1kW sampai 100kW, Fuel Cell dapat dipakai untuk menjalankan kendaraan baik domestik maupun militer. Transportasi publik pun bisa menggunakan teknologi fuel cell. Dan dalam skala 1MW-10MW Fuel cell dapat digunakan untuk listrik untuk keperluan umum yang didistribusikan melalui grid kepada masyarakat, tentunya arusnya harus dikonversi menjadi AC (Alternatif Current) dahulu.[1]

Untuk saat ini penelitian dari Fuel Cell sudah berkembang untuk berbagai jenis alat transportasi. Peneliti Boeing dan partner industri dari seluruh eropa sedang mengeksperimentalkan penerbangan dengan menggunakan fuel cell pada februari 2008. Fuel Cell Demonstrator Airplane, panggilan dari proyek ini, menggunakan Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cell/lithium-ion battery dengan sistem hybrid. [7] . Tidak hanya itu saja, Fuel cell juga sudah digunakan untuk perahu, mobil, bahkan sampai kapal selam.

Tidak hanya transportasi saja, fuel cell juga sudah dikembangkan untuk Smart phone, notebook computers, Portable charging docks, base load power plant, uninterupted Power Supply (UPS), emergency power systems misalnya untuk rumah sakit, laboraturiom, pusat data dan telekomunikasi dan kapal angkatan laut.

Gb.4 Ilustration of Fuel Cell Car [2]

Mobil Berbahan Bakar Fuel Cell

Tentu saja dari keterangan di atas, Fuel cell dapat digunakan untuk berbagai jenis alat transportasi misalnya mobil, bus, sampai perahu bisa berbahan bakar hidrogen. Saat ini beberapa perusahaan ternama sudah mengeluarkan produk-produk mereka dengan memproduksi kendaraan ramah lingkungan ini. Toyota, Mercedez-Benz, Ford, Honda dan perusahaan-perusahaan besar yang lain sudah mengeluarkan beberapa jenis kendaraan berbahan bakar hidrogen.

Pada Tahun 2003, Presiden Amerika Goerge W Bush mengajukan Hydrogen Fuel Initiative (HFI) yang diimplementasikan melalui 2005 Energy Policy Act dan 2006 Advanced Energy Initiative. Inisiatif ini diarahkan lebih jauh lagi untuk pengembangan Fuel Cell dan teknologi infrastrukturnya dan ultimate goal dari proyek ini adalah untuk memproduksi kendaraan Fuel Cell komersial pada tahun 2020 mendatang. Pada tahun 2008 U.S. telah mengkontribusikan 1 milyar dolar untuk proyek ini.[4]

Pada Mei 2009, Administrasi Obama mengumumkan bahwa akan ada “pemotongan dana” untuk pengembangan kendaraan berbahan bakar hidrogen dengan fuel cell. Sejak teknologi kendaraan lain mengembangkan reduksi emisi secara cepat dalam waktu singkat. Kesekretariatan Energi Amerika serikat mengatakan bahwa kendaraan hidrogen tidak akan dipraktiskan pada 10 sampai 20 tahun mendatang. Serta menyebutkan tentang masalah yang dihadapi mengenai pendistribusian bahan bakar hidrogen sendiri. Biarpun demikian, pemerintah amerika serikat akan terus mendanai peneletian tentang stationary fuel cell. Asosiasi Hidrogen Nasional dan Dewan Fuel Cell Amerika serikat mengkritik keputusan ini dan mengatakan bahwa “…. rencana pemotongan di DOE program hidrogen dan fuel cell mengancam pada ganguan komersialisasi pada keluarga teknologi yang menunjukan janji luar biasa dan pada awal untuk mendapatkan daya tarik pasar. “[5]

Tapi pada kenyataannya, teknologi fuel cell masih berkembang secara luar biasa meskipun banyak kendala yang dihadapi. Berikut adalah contoh-contoh kendaraan yang berhasil diciptakan dengan menggunakan teknologi fuel cell:

Gb. 5. Perahu fuel cell pertama kali di dunia yang tersertifikasi. (HYDRA) di Leipzig/Jerman

Gb 6. Toyota FCHV PEM FC fuel cell Vehicle

Gb 7. Fuel Cell Bus oleh Mercedes Benz di London

References

  1. Rayment. Chris, Sherwin. Scott, 2003,  Introduction to Fuel Cell Technology, Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame, USA
  2. Fuel Cell Car Ilustration by Peter Welleman (2009) , www.imageproduction.nl
  3. Potrait of William Robert Grove (1811-1896), Smithsonian Institution Libraries
  4. Nice, Karim, and Jonathan Strickland. “How Fuel Cells Work.” How Stuff Works. 30 October 2008. 3 November 2008 <http://auto.howstuffworks.com/fuel-efficiency/alternative-fuels/fuel-cell.htm.>
  5. “Hydrogen and Fuel Cell Associations Criticize DOE Program Cuts”. National Hydrogen Association Press Release. 2009-05-07. http://www.renewableenergyworld.com/rea/partner/national-hydrogen-association-1881/news/article/2009/05/hydrogen-and-fuel-cell-associations-criticize-doe-program-cut. Retrieved 2009-05-09.
  6. Some pictures are from en.wikipedia.org
  7. First Fuel Cell Microaircraft First Fuel Cell Microaircraft
Kategori:Uncategorized
  1. Belum ada komentar.
  1. No trackbacks yet.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: