Dalam Jangka Panjang Sel Bahan Bakar Bisa Kalahkan Teknologi Batere

MONDAYREVIEW.COM - Siapa bakal menang dalam pengembangan teknologi kendaraan masa depan. Baterai atau Fuel Cell? Dua-duanya boleh dibilang nyawa kendaraan listrik. Bentuknya pun mirip.  Pada prinsipnya saat ini batere lebih murah dibandingkan fuel cell. Entah di masa mendatang.

Sel bahan bakar adalah sebuah alat elektrokimia yang mirip dengan baterai, tetapi berbeda karena dia dirancang untuk dapat diisi terus reaktannya yang terkonsumsi yaitu  memproduksi listrik dari penyediaan bahan bakar hidrogen dan oksigen dari luar.

Hal ini berbeda dengan energi internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektrode dalam baterai bereaksi dan berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektrode sel bahan bakar adalah katalitik dan relatif stabil.

Sel bahan bakar menggunakan energi kimia hidrogen atau bahan bakar lain untuk menghasilkan listrik dengan bersih dan efisien. Jika hidrogen adalah bahan bakar, listrik, air, dan panas adalah satu-satunya produk. Sel bahan bakar unik dalam hal keragaman aplikasi potensinya; mereka dapat menyediakan daya untuk sistem sebesar pembangkit listrik utilitas dan sekecil komputer laptop.

Sel bahan bakar dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk transportasi, penanganan material, aplikasi stasioner, portabel, dan cadangan darurat. Sel bahan bakar memiliki beberapa keunggulan dibandingkan teknologi berbasis pembakaran konvensional yang saat ini digunakan di banyak pembangkit listrik dan kendaraan penumpang. Sel bahan bakar dapat beroperasi pada efisiensi yang lebih tinggi daripada mesin pembakaran, dan dapat mengubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik dengan efisiensi hingga 60%. Sel bahan bakar memiliki emisi yang lebih rendah daripada mesin pembakaran. Sel bahan bakar hidrogen hanya mengeluarkan air, sehingga tidak ada emisi karbondioksida dan tidak ada polutan udara yang menimbulkan kabut asap dan menyebabkan gangguan kesehatan pada titik operasinya. Selain itu, sel bahan bakar tidak berisik selama operasi karena memiliki lebih sedikit bagian yang bergerak.

Sel bahan bakar bekerja seperti baterai, tetapi tidak habis atau perlu diisi ulang. Mereka menghasilkan listrik dan panas selama bahan bakar disuplai. Sel bahan bakar terdiri dari dua elektroda — elektroda negatif (atau anoda) dan elektroda positif (atau katoda) —ditempelkan di sekitar elektrolit.

Bahan bakar, seperti hidrogen, diumpankan ke anoda, dan udara diumpankan ke katoda. Dalam sel bahan bakar hidrogen, katalis di anoda memisahkan molekul hidrogen menjadi proton dan elektron, yang mengambil jalur berbeda ke katoda. Elektron melewati sirkuit eksternal, menciptakan aliran listrik. Proton bermigrasi melalui elektrolit ke katoda, di mana mereka bersatu dengan oksigen dan elektron untuk menghasilkan air dan panas.

Departemen Energi AS (DOE) bekerja sama dengan laboratorium nasional, universitas, dan mitra industri untuk mengatasi hambatan teknis penting dalam pengembangan sel bahan bakar. Biaya, kinerja, dan daya tahan masih menjadi tantangan utama dalam industri sel bahan bakar. Lihat tautan terkait yang memberikan detail tentang aktivitas sel bahan bakar yang didanai DOE.

Biaya — Platinum merupakan salah satu komponen biaya terbesar dari sel bahan bakar, sehingga sebagian besar R&D berfokus pada pendekatan yang akan meningkatkan aktivitas dan pemanfaatan logam kelompok platina (PGM) dan katalis paduan PGM, serta pendekatan katalis non-PGM untuk aplikasi jangka panjang.

Kinerja — Untuk meningkatkan kinerja sel bahan bakar, R&D berfokus pada pengembangan elektrolit membran pertukaran ion dengan efisiensi dan daya tahan yang ditingkatkan dengan biaya yang lebih rendah; memperbaiki rakitan elektroda membran (MEA) melalui integrasi komponen MEA yang canggih; mengembangkan model transportasi dan eksperimen in-situ dan ex-situ untuk menyediakan data untuk validasi model; mengidentifikasi mekanisme degradasi dan mengembangkan pendekatan untuk mengurangi efeknya; dan memelihara aktivitas inti pada komponen, sub-sistem, dan sistem yang secara khusus dirancang untuk aplikasi daya stasioner dan portabel.

Endurance atau ketahanan menjadi isu penting. Jangan sampai mogok kehabisan tenaga di tengah pejalanan. Faktor kinerja utamanya adalah ketahanan, dalam hal masa pakai sistem sel bahan bakar yang akan memenuhi ekspektasi aplikasi. Target ketahanan DOE untuk sel bahan bakar stasioner dan transportasi adalah masing-masing 40.000 jam dan 5.000 jam, dalam kondisi pengoperasian yang realistis.

Dalam aplikasi yang paling menuntut, kondisi pengoperasian yang realistis mencakup ketidakmurnian dalam bahan bakar dan udara, start dan stop, pembekuan dan pencairan, serta siklus kelembaban dan beban yang mengakibatkan tekanan pada stabilitas kimia dan mekanis bahan dan komponen sistem sel bahan bakar. Litbang berfokus pada pemahaman tentang mekanisme degradasi sel bahan bakar dan pengembangan bahan serta strategi yang akan menguranginya.

Reaktan yang biasanya digunakan dalam sebuah sel bahan bakar adalah hidrogen di sisi anode dan oksigen di sisi katode (sebuah sel hidrogen). Biasanya, aliran reaktan mengalir masuk dan produk dari reaktan mengalir keluar. Sehingga operasi jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selama aliran tersebut dapat dijaga kelangsungannya.

Sel bahan bakar sering kali dianggap sangat menarik dalam aplikasi modern karena efisiensi tinggi dan penggunaan bebas-emisi, berlawanan dengan bahan bakar umum seperti metana atau gas alam yang menghasilkan karbon dioksida. Satu-satunya hasil produk dari bahan bakar yang beroperasi menggunakan hidrogen murni adalah uap air, tetapi ada kekhawatiran dalam proses pembuatan hidrogen yang menggunakan banyak energi.

Yang perlu dipikirkan adalah bagaimana memproduksi hidrogen dengan cara yang ramah lingkungan pula. Selama ini teknologi untuk memproduksi hidrogen membutuhkan "carrier" hidrogen (biasanya bahan bakar fosil, meskipun air dapat dijadikan alternatif). Juga energi listrik diperlukan yang diproduksi oleh bahan bakar konvensional.

Meskipun sumber energi alternatif seperti energi angin dan surya dapat juga digunakan. Hanya saja saat ini PLTB dan PLTS sangat mahal. Jika ada sumber potensial yang menghasilkan hidrogen, maka hal ini dapat diaplikasikan untuk berbagai kebutuhan, seperti bahan bakar transportasi, mikro power, pembangkit listrik, pembangunan, dan penggunaan lain sebagai sumber energi terpusat.

Sel bahan bakar berpotensi sebagai subtitusi mesin pembakaran internal pada kendaraan dan dapat menghasilkan energi pada pengisian bahan bakar kendaraan. Selain itu, sel bahan bakar dapat diaplikasikan sebagai sumber energi alternatif yang murah, bersih serta portable.

Pertarungannya masih akan berlangsung panjang. Kompetisi yang sama ketatnya dengan adu balap mobil atau motor. Pada akhirnya publik khususnya kelestarian lingkunganlah yang harus menang. Langit tak lagi penuh dengan polusi.