Perkembangan teknologi fuel cell di
negara-negara industri maju seperti Amerika dan Eropa dewasa ini semakin
terpacu dengan semakin digalakkannya swastanisasi pembangkit listrik tipe
desentralisasi. Teknologi fuel cell menjanjikan
pembangkit listrik yang bebas polusi udara dan limbah beradiasi. Asal mulanya
diaplikasikan pada teknologi ruang angkasa (Stasiun Ruang Angkasa). Lambat laun
teknologi ini akan dapat bersaing karena ada tendensi yang sangat kuat yaitu
harga dan kerapatan energi yang dihasilkannya dapat
bersaing dengan pembangkit listrik BBM ataupun nuklir sekalipun. Hal mana amat sukar dicapai oleh tipe energi terbarukan yang lain. Sebenarnya
teknologi fuel cell pertama kali ditemukan oleh Sir William Robert Grove
pada tahun 1893, di mana ia mendemonstrasikan pemecahan uap menjadi hidrogen
dan oksigen dengan pemanasankatalis seperti platinum.
.
2. KLASIFIKASI FUEL CELL
Fuel cell (sel bahan bakar) sebagai salah satu energi alternatif agaknya
dapat menjadi pembangkit energi pada dunia otomotif dan mungkin akan bersaing
bahkan akan menggeser tiga pilihan energi konvensional yang kini berkompetisi,
yaitu : mesin pembakaran internal, mesin baterai isi ulang (rechargeable),
dan mesin hibrida. Fuel cell adalah suatu sistem elektrokimia yang
mengubah energi kimia dari hidrogen dan oksigen langsung menjadi energi
listrik. Keunggulan utama fuel cellm dibandingkan pembangkit listrik
konvensional adalah :
- Mempunyai efisiensi tinggi dari 40% sampai 60%, sedangkan untuk
kogenerasi dapat mencapai 80%.
- Tidak menimbulkan suara bising.
- Konstruksinya modular sehingga fleksibel dalam menyesuaikan
dengan sumber bahan bakar yang ada.
- Mampu menanggapi dengan cepat terhadap perubahan bahan bakar
atau oksigen.
Berdasarkan elektrolitnya, secara umum fuel
cell dapat diklasifikasikan menjadi 4 tipe (jenis), yaitu :
• Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC)
• Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC)
• Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)
• Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell (SPEFC)
Untuk jenis PAFC sebagai pembangkit tenaga
listrik, status teknologinya telah mencapai tahap semi komersial terutama di
Jepang, Eropa dan Amerika, dengan kapasitas 50 kW sampai 11 MW. Beberapa kendala
yang masih dihadapi dalam komersialisasi adalah ketahanan cell stack dan
biaya perawatan yang tinggi. Untuk jenis SOFC, status teknologinya baru pada
tahap percontohan dengan kapasitas 1 kW sampai dengan 25 kW yang dilakukan oleh
NEDO Jepang, Enireche Italy, Westinghouse USA.
Kendala yang muncul dalam percontohan
tersebut adalah cell material sintering dan densitas tenaga yang rendah.
Untuk jenis MCFC, status teknologinya baru pada tahap percontohan dengan kapasitas
30 kW sampai dengan 1 MW (Jepang, Amerika dan Italia). Di samping untuk
pembangkit tenaga listrik, jenis ini dapat berfungsi sebagai kogenerasi
3. SISTEM FUEL CELL
Pada dasarnya pembangkit listrik fuel cell terdiri atas 4
sub-sistem utama yaitu :
• Fuel processing
• Pembangkit fuel cell
• Pengkondisian daya (DC-AC inverter)
• Pemulihan panas (heat recovery)
Fuel processing berfungsi mengkonversikan fuel (gas alam, propane,
methanol, batubara, dan lain-lain) ke dalam hidrogen. Dan fuel cell stack di
mana proses elektrokimia akan terjadi pada sub-sistem ini, akan menghasilkan
listrik. Sedangkan unit power conditioning berfungsi mengkonversikan
listrik DC menjadi listrik AC. Proses penting yang terjadi pada subsistem fuel
cell adalah proses elektrokimia di mana reduksi-oksidasi gas hidrogen akan menentukan
efisiensi listrik yang dihasilkan. Tentunya hal ini dikaitkan dengan beberapa komponen
pokok sehingga aliran gas, reduksi-oksidasi gas, aliran proton dan elektron
dapat berjalan sehingga efisiensi sistem pembangkit listrik dapat dicapai.
4. PRODUKSI HIDROGEN
Salah satu jenis bahan bakar alternatif yang
banyak dicermati saat ini adalah hidrogen. Seperti diketahui bahwa hidrogen dapat
berfungsi sebagai energi untuk semua kegunaan sebagaimana layaknya minyak bumi
dan gas alam. Hidrogen tersedia dalam air dan senyawa organik dalam
bentuk senyawa hidrokarbon. Pemotongan ikatan-ikatan kimia di
dalam air akan menghasilkan hidrogen yang dapat dipergunakan sebagai bahan
bakar. Hidrogen dapat dihasilkan melalui beberapa proses seperti : elektrolisa,
fotoelektrokimia, steam reforming, fotobiologi, dan lain-lain.
Hidrogen dapat pula dihasilkan dengan menggandeng
sumber-sumber energi terbarukan, seperti : energi air, energi surya, energi
angin, dan energi panas bumi.
Hidrogen yang dihasilkan dapat disimpan dalam bentuk gas atau
cair, sedangkan transportasi dan distribusinya dapat dilakukan dengan berbagai
cara. Karena hidrogen hanya ditemukan di alam dalam bentuk senyawa, maka
hidrogen harus diproduksi melalui penggunaan energi, sebelum hidrogen tersebut
tersedia sebagai sumber energi.
Salah satu produksi hidrogen yang saat ini dikenal adalah dari
listrik melalui elektrolisa. Produksi hidrogen langsung dengan elektrolisa air,
terutama dihubungkan dengan pembangkit listrik tenaga air, sedangkan produksi
hidrogen secara tidak langsung melalui listrik pembawa energi.
Dekomposisi air dengan elektrolisa
terdiri dari dua reaksi yang terjadi pada dua elektroda. Kedua elektroda ini
dipisahkan oleh elektrolit yang konduktif ion. Hidrogen diproduksi pada
elektroda negatif (katoda) dan oksigen pada elektroda positif (anoda).
Pertukaran muatan terjadi melalui aliran ion. Untuk menjaga gas
yang diproduksi terpisah, dua area reaksi dipisahkan oleh separator konduktif
ion, sedangkan energi untuk pemisahan air didapatkan dari listrik.
Untuk proses elektrolisa air
konvensional, area anoda dan katoda dipisahkan oleh mikro-poros diafragma untuk
mencegah tercampurnya produk gas. Dengan tekanan keluaran 0,2 – 0,5 Mpa, proses
ini dapat mencapai efisiensi sekitar 65%. Pada proses elektrolisa air tekanan
tinggi digunakan material khusus, dan hidrogen yang dihasilkan menggunakan
tekanan diatas 5 Mpa. Sedangkan pada proses elektrolisa air suhu tinggi,
dibutuhkan sebagian energi untuk memisahkan air bersuhu tinggi dan mengurangi
konsumsi listrik.
5. TEKNOLOGI ELEKTROLISA
Daya untuk pembentukan hidrogen dapat
digunakan sumber energi konvensional maupun nonkonvensional, tetapi idealnya
digunakan daya sumber energi primer yang nonkonvensional misalnya : energi
nuklir, angin, panas bumi atau energi surya agar sesuai dengan maksud
melaksanakan konservasi energi.
Adanya potensi listrik tenaga air yang
besar akan memungkinkan pengembangan dan penerapan teknologi elektrolisa
berbahan baku air, karena proses elektrolisa ini memerlukan tenaga listrik yang
besar. Pemanfaatan hidrogen yang dihasilkan sebagai bahan bakar akan mempunyai
arti pemanfaatan energi terbarukan yang ramah lingkungan. Proses elektrolisa
berbahan baku air adalah proses penguraian air atas unsur oksigen dan
hidrogennya dengan
memakai tenaga listrik. Kedua produk tersebut dapat dimanfaatkan
untuk berbagai keperluan, hidrogen khususnya dapat digunakan sebagai reduksi
agent, bahan bakar atau bahan kimia. Pemanfaatan hidrogen sebagai bahan bakar
menjadi perhatian utama dalam penelitian yang telah/sedang dilakukan di luar
negeri, karena hidrogen merupakan energi yang ramah lingkungan dan terbarukan.
Dilakukannya pengkajian teknologi elektrolisa, khususnya berbahan
baku air akan membantu mengenal teknologi ini serta mengetahui permasalah yang
ada dalam pengoperasiannya, sehingga bila kelak diperlukan penerapan teknologi elektrolisa
untuk memproduksi hidrogen, maka telah dimiliki cukup pengetahuan untuk
memproduksinya
6. APLIKASI SISTEM FUEL CELL
Sebagai pembangkit listrik (Stationary
Power Generation) sifat sistem ini yang bersih dari pencemaran udara
dan tidak bising, akan sangat cocok digunakan di rumah sakit,
perumahan yang padat, apartemen, dan instalasi penting baik sipil maupun
militer. Penggunaan sumber energi fuel cell pada kapal selam mempunyai beberapa
keuntungan, yaitu pada saat menyelam, mesin diesel dimatikan dan mesin listrik
dengan fuel dihidupkan.
daya listrik yang relatif kecil.
Suatu alat transportasi sangat berhubungan
dengan berat total kendaraan, dan bahan bakar yang digunakan merupakan suatu
zat dari sistem yang mempengaruhi berat total kendaraan dan kinerjanya. Jika
digunakan bahan bakar yang mempunyai nilai kalor tinggi, maka kinerja akhir
kendaraan dapat dikatakan baik. Seperti diketahui, hidrogen sebagai energi
alternatif merupakan senyawa bahan bakar yang pada saatnya nanti menjadi suatu
sumber energi yang sangat potensial, bersih, dan efisien. Bila hidrogen
digunakan sebagai bahan bakar fuel cell, maka mobil listrik akan menjadi
ringan dibandingkan bahan bakar lain.
Hal ini disebabkan energi per satuan
beratnya lebih tinggi. Pengembangan mobil listrik dengan baterai konvensional
dirasakan tidak realibel karena jarak tempuhnya pendek dan waktu pengisian
batere yang lama jika dibandingkan mobil konvensional. Namun dengan adanya
teknologi fuel cell dan reformernya, kendala jarak tempuh dan pengisian
batere dapat diatasi. Pada beberapa jenis prototipe mobil listrik selain tangki
penyimpan gas hidrogen juga digunakan reformer di mana campuran metana
dan air dirubah menjadi gas hidrogen. Sebagai salah satu contoh penerapan fuel
cell pada mobil listrik.
dikutip dari Achmad Hasan
Peneliti di Pusat Teknologi Konversi dan Konservasi Energi
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
Tidak ada komentar:
Posting Komentar