Mobil berbahan bakar hidrogen. (Foto: Ist)
Oleh: Atmonobudi Soebagio*)
INDONEWS.ID - Saat terwujudnya kendaraan menggunakan sel bahan bakar hidrogen dan beralih ke komersialisasi, pengguna mengharapkan pengisian bahan bakar yang aman, nyaman, dan pengisiannya yang mudah dan nyaman. Kualitas hidrogen memengaruhi kinerja susunan sel bahan bakar dan umurnya, serta faktor-faktor lain seperti operasi katup. Dalam artikel ini, pengembangan para peneliti pendahulu tentang hidrogen sebagai bahan bakar utama di masa depan telah dipelajari secara menyeluruh. Kendaraan bermotor yang sering kita jumpai di jalan dan berbahan bakar bensin tergolong sebagai kendaraan jenis mesin pembakaran internal, atau internal combustion engines (ICE).
Hidrogen merupakan salah satu pembawa energi yang dapat menggantikan bahan bakar fosil, d.h.i. bensin pada mesin ICE dan sebagai sel bahan bakar, atau fuel cells (FC) pada kendaraan. Untuk menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar mesin ICE, desain mesin harus dipertimbangkan untuk menghindari pembakaran yang tidak normal. Hasilnya, dapat meningkatkan efisiensi mesin, daya output dan mengurangi emisi NOx. Emisi FC lebih rendah dibandingkan dengan emisi kendaraan konvensional. Tetapi sisi kekurangannya, kendaraan jenis FC membutuhkan ruang dan tambahan beban untuk memasang baterai dan tangki penyimpanan, sehingga meningkatkan biaya produksinya. Produksi hidrogen dapat disebut sebagai `bebas karbon` hanya jika dihasilkan dengan menggunakan sumber energi terbarukan yang benar-benar bebas karbon. Penerimaan teknologi hidrogen tergantung pada pengetahuan dan kesadaran masyarakat maupun para pemangku kepentingan tentang manfaat hidrogen terhadap lingkungan dan kehidupan manusia. Studi terbaru menunjukkan bahwa masyarakat masih belum memiliki informasi yang cukup tentang manfaat hidrogen.
Mobil listrik juga tergolong kendaraan yang bebas polusi, tetapi memiliki kendala pada lama waktu pengisian baterainya, baik yang dilakukan di rumah maupun di SPBU yang memiliki fasilitas battery charger. Faktor lama pengisian baterai itulah yang membuat mobil listrik lebih cocok sebagai kendaraan dalam kota. Sepeda motor listrik lebih praktis karena waktu pengisian baterainya lebih singkat.
Semakin langka dan mahalnya bahan bakar fosil
Masalah utama saat ini untuk memenuhi permintaan energi dunia, serta ketersediaan bahan bakar fosil yang akan habis dengan sangat cepat. Sumber daya bahan bakar fosil sekarang jelas akan habis dan harganya menjadi tidak stabil belakangan ini. Alasannya karena, (a) pengaruh percepatan ekonomi di Cina dan India dan, (b) terjadinya resesi ekonomi global. Dalam mencapai keamanan energi, tantangan pengendalian harga dan cadangan yang belum pasti adalah melalui kebijakan insentif yang kuat dan aktif.
Masalah lingkungan dan sosial yang signifikan, seperti: pemanasan global dan polusi lokal berhubungan langsung dengan penggunaan bahan bakar fosil secara berlebihan. Masalah seperti itu sangat mendorong kegiatan penelitian, pengembangan, dan demonstrasi sumber-sumber energi bersih, pembawa energi, serta dalam hal transportasi serta kereta listrik. Hasil studi belakangan ini, hidrogen adalah salah satu pembawa energi yang dapat menggantikan bahan bakar fosil, tetapi diperlukan penelitian lebih lanjut untuk mengungkap kelebihan dan kekurangannya sebelum bahan bakar alternatif ini bisa dikomersialkan. Hidrogen adalah bahan bakar terbersih yang memiliki nilai kalor tiga kali lebih tinggi daripada minyak bumi.
Namun, sebagai bahan bakar buatan manusia hidrogen bukanlah sumber energi alami, dan akan melibatkan biaya produksi, yang harganya tiga kali lipat lebih mahal daripada produk minyak bumi. Meskipun masih ada masalah di dalam realisasi hidrogen baru dari air, tetapi pasokan pasar dan biaya hidrogen tidak menjadi hambatan bagi kendaraan hidrogen saat ini, walaupun hidrogen yang digunakan saat ini mungkin tidak diperbarui. Tapi, keunggulan karakter hidrogen, studi ketersediaan H2 bagi mesin pembakaran internal (ICE), dan penyelidikan kinerja mesin berbahan bakar hidrogen, menjadi salah satu arah penelitian yang paling penting bagi peneliti. Oleh karena itu, kita perlu meninjau kembali kajian-kajian dan pengembangan hidrogen yang telah dilakukan oleh peneliti-peneliti lain tentang hidrogen sebagai bahan bakar masa depan, yang akan digunakan pada mesin ICE dan sebagai sel bahan bakar kendaraan.
Hidrogen sebagai bahan bakar mesin pembakaran internal
Hidrogen dapat digunakan dalam mesin ICE dengan tiga metode:
(i) Dengan induksi manifold.
Hidrogen dingin diperkenalkan melalui katup yang dikontrol bagian ke dalam manifold.
(ii) Dengan memasukkan hidrogen ke dalam silinder secara langsung.
Hidrogen disimpan dalam bentuk cair di dalam tabung silinder kriogenik. Sebuah pompa mengirimkan cairan ini melalui heat exchanger kecil di mana cairan tersebut dikonversikan menjadi gas hidrogen dingin. Pengukuran jumlah hidrogen juga dilakukan dalam unit ini. Hidrogen dingin membantu mencegah pra-penyalaan dan juga mengurangi pembentukan NOx.
(iii) Sebagai penambah bensin.
Hidrogen juga dapat digunakan sebagai bahan bakar tambahan untuk bensin dalam mesin ICE. Dalam sistem ini, hidrogen diinduksi bersama dengan bensin, dikompresi dan dinyalakan oleh busi.
Hidrogen sebagai bahan bakar PLTGU dan PLTG/MG
Dunia menghadapi titik kritis yang bisa disebut “revolusi dekarbonisasi”. Industri energi di seluruh dunia telah mengambil langkah besar menuju dekarbonisasi, dan para pemimpin banyak negara telah menyatakan tekad mereka untuk mencapai netralitas karbon. Pada saat yang sama, ada kebutuhan mendesak akan pasokan listrik yang stabil untuk memenuhi permintaan listrik yang meningkat akibat pertumbuhan penduduk dan pembangunan ekonomi. Peningkatan pasokan energi terbarukan seperti tenaga angin dan tenaga surya juga menuntut pasokan listrik yang stabil karena mereka bergantung pada kondisi alam untuk output mereka.
Teknologi pembangkit listrik tenaga hidrogen yang diperkenalkan oleh Mitsubishi Power dalam buku pegangan terbitannya dalam menggantikan gas alam, yang mana bahan bakar untuk pembangkit listrik siklus gabungan turbin gas (GTCC atau PLTGU), yang saat ini memancarkan CO2 paling sedikit di antara sistem pembangkit listrik termal, dengan hydrogen menjadi tidak memancarkan CO2 apa pun selama pembakaran. (Hydrogen Power Generation Handbook, 3rd Edition).
Pembangkit listrik di Indonesia yang menggunakan turbin gas sebagai penggerak generator, antara lain PLTGU dan PLTG/MG, yang selama ini menggunakan gas alam, dapat digantikan oleh gas hidrogen yang bebas karbon. Dari jumlah total pembangkitan tenaga listrik tahun 2021 yang sebesar 73.736 megawatt (MW) atau (100%), jumlah kapasitas PLTGU adalah 12.412 MW (17%) dan PLTG/MG sebesar 8.538 MW (11%). Bila dijumlahkan, maka 28% dari total kapasitas pembangkit listrik tenaga gas alam yang dapat digantikan oleh gas hidrogen adalah 20.950 MW. Jumlah ini belum termasuk pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) yang menggunakan batubara dan harus berakhir paling lambat pada tahun 2050. Semoga target Pemerintah tidak hanya untuk mengakhiri batubara saja, melainkan juga menggantikan penggunaan gas alam dengan gas hidrogen dalam menuju Net Zero Emission 2050.
*) Prof. Atmonobudi Soebagio MSEE, Ph.D. adalah Guru Besar Energi Listrik pada Universitas Kristen Indonesia.