Energi Hijau Berlimbah Uap Air
Meningkatnya
penguasaan ruang, waktu, dan materi menuntut semakin besarnya sumber
energi yang diperlukan. Sebut saja alat transportasi seperti mobil atau
bus, alat komunikasi seperti laptop, handphone dan televisi, peralatan
rumah tangga, sampai eskalator atau lift di gedung bertingkat. Semua
benda tadi memerlukan energi. Tanpa pasokan energi, segala jenis
teknologi tersebut tidak akan berfungsi.
Teknologi
konvensional menggunakan minyak bumi sebagai sumber energi dipandang
kurang efisien serta menimbulkan polusi udara. Pembakaran minyak bumi
menghasilkan karbon monoksida (CO) dan karbondioksida (CO2) yang
berbahaya. Sebagai solusi, baru-baru ini telah dikembangkan teknologi fuel cell yang terus mengalami riset dan pengembangan di beberapa negara maju. Teknologi fuel cell ini dipandang lebih efisien, tidak menimbulkan polusi seperti halnya pembangkit energi tenaga minyak bumi.
Beberapa negara maju seperti Jepang, Amerika Serikat, Jerman, Inggris, dan Prancis sudah mulai menerapkan teknologi fuel cell
pada pembangkit energi di gedung-gedung bertingkat dan rumah tangga,
bus, mobil, atau alat-alat elektronik seperti PDA dan handphone dalam
bentuk prototipe. Bahkan, beberapa pihak sudah mengomersialkan teknologi
ini seperti yang dilakukan pabrikan Toyota dan Mercedes benz.
Dana
yang dibutuhkan dalam mengembangkan dan mewujudkan teknologi energi
yang ramah lingkungan membutuhkan investasi yang sangat besar. Baru-baru
ini pemerintah Cina bekerja sama dengan UNDP (United Nations
Development Program) dan GEF (Global Environment Fund) akan memesan enam
unit bus tenaga fuel cell sebagai bentuk kepedulian pemerintah
Cina dalam meminimalkan polusi udara. Total investasi yang dikeluarkan
sekira 33 juta dolar AS. Bus ini akan mengalami uji coba, layaknya di
negara-negara maju yang telah mencoba prototipe bus fuel cell selama lima tahun.
Teknologi sederhana
fuel cell
adalah alat konversi energi elektrokimia yang akan mengubah hidrogen
dan oksigen menjadi air, secara bersamaan menghasilkan energi listrik
dan panas dalam prosesnya. fuel cell merupakan suatu bentuk
teknologi sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar untuk
mendapatkan energinya kembali, dalam hal ini yang menjadi bahan bakar
adalah oksigen dan hidrogen.
Layaknya sebuah baterai, segala jenis fuel cell
memiliki elektroda positif dan negatif atau disebut juga katoda dan
anoda. Reaksi kimia yang menghasilkan listrik terjadi pada elektroda.
Selain elektroda, satu unit fuel cell terdapat elektrolit yang
akan membawa muatan-muatan listrik dari satu elektroda ke elektroda
lain, serta katalis yang akan mempercepat reaksi di elektroda. Umumnya
yang membedakan jenis-jenis fuel cell adalah material elektrolit yang digunakan. Arus listrik serta panas yang dihasilkan setiap jenis fuel cell merupakan produk samping reaksi kimia yang terjadi di katoda dan anoda.
Karena energi yang diproduksi fuel cell
merupakan reaksi kimia pembentukan air, alat konversi energi
elektrokimia ini tidak akan menghasilkan efek samping yang berbahaya
bagi lingkungan seperti alat konversi energi konvensional (misalnya
proses pembakaran pada mesin mobil). Sedangkan dari segi efisiensi
energi, penerapan fuel cell pada baterai portable seperti pada
handphone atau laptop akan sepuluh kali tahan lebih lama dibandingkan
dengan baterai litium. Dan untuk mengisi kembali energi akan lebih cepat
karena energi yang digunakan bukan listrik, tetapi bahan bakar
berbentuk cair atau gas.
Cara kerja suatu unit fuel cell dapat diilustrasikan dengan jenis PEMFC (proton exchange membrane fuel cell). Jenis ini adalah jenis fuel cell yang menggunakan reaksi kimia paling sederhana. PEMFC memiliki empat elemen dasar seperti kebanyakan jenis fuel cell.
Pertama, anoda sebagai kutub negatif fuel cell.
Anoda merupakan elektroda yang akan mengalirkan elektron yang lepas
dari molekul hidrogen sehingga elektron tersebut dapat digunakan di luar
sirkuit. Pada materialnya terdapat saluran-saluran agar gas hidrogen
dapat menyebar ke seluruh permukaan katalis.
Kedua, katoda sebagai kutub elektroda positif fuel cell
yang juga memiliki saluran yang akan menyebarkan oksigen ke seluruh
permukaan katalis. Katoda juga berperan dalam mengalirkan elektron dari
luar sirkuit ke dalam sirkuit sehingga elektron-elektron tersebut dapat
bergabung dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.
Ketiga,
elektrolit. Yang digunakan dalam PEMFC adalah membran pertukaran proton
(proton exchange membrane/PEM). Material ini berbentuk seperti plastik
pembungkus yang hanya dapat mengalirkan ion bermuatan positif. Sedangkan
elektron yang bermuatan negaif tidak akan melalui membran ini. Dengan
kata lain, membran ini akan menahan elektron.
Keempat,
katalis yang digunakan untuk memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen.
Katalis umumnya terbuat dari lembaran kertas karbon yang diberi selapis
tipis bubuk platina. Permukaan katalis selalu berpori dan kasar
sehingga seluruh area permukaan platina dapat dicapai hidrogen dan
oksigen. Lapisan platina katalis berbatasan langsung dengan membran
penukar ion positif, PEM.
Pada ilustrasi cara kerja PEMFC, diperlihatkan gas hidrogen yang memiliki tekanan tertentu memasuki fuel cell
di kutub anoda. Gas hidrogen ini akan bereaksi dengan katalis dengan
dorongan dari tekanan. Ketika molekul H2 kontak dengan platinum pada
katalis, molekul akan terpisah menjadi dua ion H+ dan dua elektron (e-).
Elektron akan mengalir melalui anoda, elektron-elektron ini akan
membuat jalur di luar sirkuit fuel cell dan melakukan kerja listrik, kemudian mengalir kembali ke kutub katoda pada fuel cell.
Di sisi lain, pada kutub katoda fuel cell,
gas oksigen (O2) didorong gaya tekan kemudian bereaksi dengan katalis
membentuk dua atom oksigen. Setiap atom oksigen ini memiliki muatan
negatif yang sangat besar. Muatan negatif ini akan menarik dua ion H+
keluar dari membran PEM, lalu ion-ion ini bergabung dengan satu atom
oksigen dan elektron-elektron dari luar sirkuit untuk membentuk molekul
air (H2O).
Pada satu unit fuel cell
terjadi reaksi kimia yang terjadi di anoda dan katoda. Reaksi yang
terjadi pada anoda adalah 2 H2 --> 4 H+ + 4 e-. Sementara reaksi yang
terjadi pada katoda adalah 2 + 4 H+ + 4e- --> 2 H2O. Sehingga
keseluruhan reaksi pada fuel cell adalah 2H2 + O2 --> 2 H2O.
Hasil samping reaksi kimia ini adalah aliran elektron yang menghasilkan
arus listrik serta energi panas dari reaksi.
Satu unit fuel cell
ini menghasilkan energi kurang lebih 0,7 volt. Karena itu untuk
memenuhi energi satu baterai handphone atau menggerakkan turbin gas dan
mesin mobil, dibutuhkan berlapis-lapis unit fuel cell dikumpulkan menjadi satu unit besar yang disebut sebagai fuel cell stack.
Pengembangan "fuel cell"
Para peneliti terus mengembangkan teknologi fuel cell agar lebih efisien, tidak mahal, dan mudah digunakan. Sistem fuel cell
banyak mengalami pengembangan pada jenis elektrolitnya. Adanya
perubahan jenis elektrolit juga merekayasa jenis material dan sistem
elektrodanya. Beberapa jenis elektrolit yang telah dikembangkan para
penemu antara lain cairan alkali (alkali fuel cell/AFC), cairan karbonat (molten carbonate fuel cells/MCFC), asam fosfat (phosphoric acid fuel cells/PAFC), membran pertukaran proton (proton exchange membrane fuel cells/PEMFC), serta oksida padat (solid oxide fuel cells/SOFC).
Kebutuhan bahan bakar fuel cell
juga bergantung pada jenis elektrolit tersebut, beberapa membutuhkan
gas hidrogen murni. Sehingga dibutuhkan suatu alat yang disebut reformer
untuk memurnikan bahan bakar hidrogen. Sedangkan pada elektrolit yang
tidak membutuhkan gas hidrogen murni, dapat bekerja efisien pada
temperatur tinggi. Dan pada beberapa elektrolit cair, membutuhkan
tekanan tertentu untuk mendorong gas hidrogen.
Bahan bakar yang biasanya menggunakan gas hidrogen bertekanan tinggi atau hidrogen cair bagi fuel cell,
mulai mengalami perubahan seiring berkembangnya teknologi reformer.
Sehingga tak perlu membawa tabung gas hidrogen atau hidrogen cair yang
mudah meledak serta mahal. Salah satu jenis bahan bakar yang digunakan
adalah metanol yang diubah reformer menjadi gas hidrogen.
Teknologi
reformer terbaru adalah menggunakan natrium borohidrida cair untuk
menghasilkan gas hidrogen murni. Seperti yang dikembangkan perusahaan
Millenium Cell. Reaksi kimia teknologi ini dapat digambarkan sebagai
berikut :
NaBH4 (aqueous solution) + 2H2O katalis 4H2 + NaBO2 (aqueous solution) + panas
Teknologi
perusahaan ini menunjukkan beberapa potensi kelebihan antara lain,
natrium borohidrida (sodium borohydride/SBH) adalah material tidak mudah
terbakar pada suhu dan tekanan ruang, dan tidak perlu murni dan dapat
dilarutkan dengan air, sehingga mudah dibawa, dapat mengontrol produksi
hidrogen, waktu beroperasi lebih lama. Katalis itu juga tidak
menunjukkan kerusakan selama lebih dari 600 jam operasi reformer
sehingga lebih tahan lama, gas hidrogen bebas dari produksi sulfur atau
karbon, serta natrium borat yang dihasilkan dapat digunakan kembali
untuk membentuk natrium borohidrida pada energi tertentu.
Saat ini, penerapan fuel cell
sebagai sumber energi sudah banyak digunakan di seluruh belahan dunia,
antara lain pada mesin mobil, bus, baterai portable untuk handphone,
laptop, PDA, pembangkit energi listrik, atau generator-generator pada
gedung-gedung, rumah sakit, bandara, dan rumah tangga. Sementara di
Indonesia, pengembangan fuel cell baru memasuki tahap pengembangan pembangkit listrik skala kecil atau sekira 2 kW dan akan dikomersialisasikan tahun 2005.
Konsorsium fuel cell
di Indonesia saat ini telah menghimpun berbagai lembaga dan institusi
penelitian konversi energi, dan mulai melibatkan kalangan industri
seperti Pertamina dan Medco group. Peran industri dan kebijakan
pemerintah sangat berpengaruh bagi pengembangan teknologi fuel cell
dalam rangka pasokan energi bagi masyarakat Indonesia. Sangat
dibutuhkan strategi pemasaran serta investasi bagi riset dan
pengembangan alat konversi energi ini.
Kesempatan Indonesia untuk menerapkan fuel cell
dalam rangka meningkatkan sektor industri tanpa merusak sektor
pertanian dan perkebunan. Bayangkan berjuta-juta mobil lalu-lalang tanpa
menghasilkan asap beracun, melainkan uap air yang mampu melestarikan
dan menghijaukan
Tidak ada komentar:
Posting Komentar