Produksi hidrogen: Bagaimana hidrogen dihasilkan dan apa itu hidrogen?
Peran hidrogen menjadi semakin penting sebagai pembawa energi bersih yang menjanjikan, terutama untuk tujuan masa depan yang lebih ramah lingkungan. Tapi pernahkah Anda bertanya apa sebenarnya yang dimaksud dengan hidrogen dan bagaimana cara untuk menghasilkannya? Dalam artikel ini, kita akan melihat basis dan teknologi yang digunakan untuk menghasilkan hidrogen dan apa yang membuat hidrogen menjadi elemen yang istimewa.
Hidrogen: Unsur kimia yang paling sederhana dan komposisinya
Singkatnya, hidrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak memiliki rasa. Hidrogen memiliki unsur kimia yang paling sederhana dan tersedia paling melimpah di alam semesta. Hidrogen terdiri dari partikel kecil, proton, dan elektron.
Hidrogen sangat responsif dan dapat dikombinasikan dengan elemen lain untuk membentuk senyawa, seperti air. Hidrogen berfungsi sebagai bahan bakar yang andal dan bisa digunakan untuk menghasilkan listrik, mengoperasikan kendaraan, dan menghasilkan panas. Sebagai pembawa energi bersih, hidrogen memiliki potensi untuk mengurangi dampak lingkungan dan berkontribusi untuk pasokan energi yang berkelanjutan
kegunaan hidrogen dalam industri
Menghasilkan hidrogen melalui penggunaan teknologi
Ada beberapa teknologi untuk memproduksi hidrogen yang dapat digunakan tergantung pada kebutuhan spesifik dan sumber daya yang tersedia. Berikut adalah beberapa metode yang umum:
- Mengubah gas alam melalui proses penguapan: Saat ini, ini adalah metode yang paling banyak digunakan untuk menghasilkan hidrogen. Di dalam proses ini, gas alam yang terutama terdiri dari metana dipanaskan menggunakan uap air di dalam katalis. Perubahan bentuk ini dapat dianggap sebagai metode "pemisahan" gas alam.
Dalam proses ini, metana yang ada dalam gas alam bereaksi dengan uap air dan menghasilkan hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO). Hidrogen yang diperoleh dimurnikan dan kemudian digunakan sebagai bahan bakar kendaraan, untuk menghasilkan listrik di dalam sel bahan bakar, atau untuk kegunaan lainnya di industri. Proses ini tidak mahal, tetapi memiliki kekurangan karena karbon dioksida dilepaskan sebagai produk sampingan sehingga memiliki dampak terhadap lingkungan.
- Elektrolisis air: Dalam metode elektrolisis, air dipecah menjadi hidrogen dan oksigen dengan bantuan arus listrik. Perlengkapan yang digunakan untuk melakukan proses elektrolisis disebut dengan electrolyzer.
- Produksi hidrogen menggunakan tenaga surya: Dalam metode ini, energi sinar matahari digunakan sebagai pengganti energi listrik untuk proses elektrolisis. Proses ini bisa dijalankan dengan menggunakan sinar matahari langsung atau dengan cara memusatkan radiasi sinar matahari dengan menggunakan cermin atau pengumpul sel surya. Teknologi baru ini dapat digunakan di negara yang ketersediaan sinar matahari memadai untuk menghasilkan hidrogen secara efektif dalam hal biaya.
- Produksi hidrogen melalui proses termokimia (Produksi Hidrogen Biologis): Beberapa mikroorganisme, seperti bakteri atau ganggang tertentu, dapat menghasilkan hidrogen melalui proses fermentasi atau fotosintesis. Metode ini masih sedang dalam pengembangan, tetapi memiliki potensi sebagai sumber hidrogen yang berkelanjutan dan ramah lingkungan. Namun, kekurangan dari tipe produksi ini adalah sumber dayanya yang terbatas.
Keberlanjutan produksi hidrogen: Memilih sumber energi yang tepat
Harap diperhatikan bahwa tidak semua proses produksi hidrogen yang disebutkan di sini menawarkan aspek berkelanjutan atau memiliki tingkat ramah lingkungan yang sama. Keberlanjutan produksi hidrogen tergantung pada sumber energi yang digunakan dan emisi CO2 selama proses produksi. Penting sekali untuk menggunakan sumber energi terbarukan untuk menghasilkan hidrogen agar hidrogen dapat dimanfaatkan secara optimal sebagai sumber energi bersih.
Penggunaan energi terbarukan seperti energi matahari, energi angin, atau tenaga air dapat mengurangi emisi CO2 secara signifikan dalam menghasilkan hidrogen, sehingga membuatnya lebih berkelanjutan dan lebih berkesinambungan. Hidrogen yang dihasilkannya pun akan menjadi lebih ramah lingkungan dan ini merupakan langkah yang penting untuk mencapai masa depan rendah karbon dan mengatasi perubahan iklim.
Hidrogen sering juga disebut sebagai "angin baru dalam transisi energi". Tapi bagaimana kita bisa menghasilkan hidrogen dari energi terbarukan dalam skala besar?
aplikasi mobilitas hidrogen
Elektrolisis adalah proses yang paling menjanjikan. Proses elektrolisis memungkinkan untuk menghasilkan hidrogen yang ramah terhadap lingkungan, terutama jika listrik yang digunakan berasal dari sumber energi terbarukan. Teknologi ini berperan penting yang memungkinkan hidrogen bersih sebagai pembawa energi yang berkelanjutan untuk berbagai penggunaan. Kita sudah melihat secara mendetail berbagai teknologi yang berbeda dan melihat kelebihan dan kekurangan masing-masing.
Elektrolisis PEM:
Elektrolisis PEM, disebut juga sebagai elektrolisis membran pertukaran proton, memecah air menjadi hidrogen dan oksigen menggunakan membran polimer dan arus listrik.
Keunggulan:
- Lebih cepat dinyalakan dan disesuaikan dengan beban variabel
- Efisiensinya tinggi dalam pengoperasian beban parsial
- Suhu operasinya rendah (50-80°C), sehingga bisa mengurangi penggunaan bahan yang mahal
- Ukurannya ringkas dan mudah diintegasikan ke dalam sistem yang sudah ada
- Tingkat kematangan teknologinya tinggi (TRL 7-8)
Kekurangan:
- Sensitif terhadap kotoran di dalam air, oleh karena itu air perlu diproses terlebih dahulu
- Masa pakai sel bahan bakar PEM terbatas (sekitar 10.000 jam operasi)
- Biayanya lebih tinggi bila dibandingkan dengan elektrolisis alkali
Elektrolisis alkali:
Dalam elektrolisis alkali, air dipecah menjadi konstituen hidrogen dan oksigen menggunakan elektrolit alkali, biasanya larutan kalium hidroksida.
Keunggulan:
- Biayanya lebih rendah bila dibandingkan dengan elektrolisis PEM
- Sangat tahan terhadap kontaminan dalam air
- Masa pakai sel elektrolitnya lama (sekitar 40.000-80.000 jam operasi)
- Tingkat kematangan teknologinya paling tinggi (TRL 8-9)
Kekurangan:
- Laju reaksinya lebih lambat bila dibandingkan dengan elektrolisis PEM
- Suhu operasinya yang lebih tinggi (70-100°C) menyebabkan konsumsi energi yang lebih besar
- Lebih sulit diintegrasikan ke dalam sistem yang sudah ada karena parameter operasinya yang berbeda
SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell atau Sel Elektrolisis Oksida Padat):
SOEC adalah singkatan dari Solid Oxide Electrolysis Cell dan mengacu pada sel elektrolit bersuhu tinggi yang mengubah air menjadi hidrogen dan oksigen pada suhu tinggi dan dengan oksida padat sebagai elektrolit.
Keunggulan:
- Efisiensi dan pemulihan panasnya tinggi karena suhu operasinya tinggi (800-1000°C)
- Fleksibel pada penggunaan bahan bakar yang berbeda (misalnya, uap, CO2)
Kekurangan:
- Suhu operasinya tinggi sehingga memerlukan bahan yang mahal dan isolasi termal khusus
- Lebih lambat dinyalakan dan disesuaikan dengan beban variabel
- Dimensinya lebih besar dan integrasi sistemnya lebih kompleks
- Pengalaman operasi dalam skala besar tidak terlalu banyak
Elektrolisis AEM (Anion Exchange Membrane atau Membran Pertukaran Anion):
AEM adalah singkatan dari Anion Exchange Membrane dan mengacu pada teknologi electrolyzer yang menggunakan membran khusus dan memungkinkan permeabilitas terhadap ion bermuatan negatif dan memecah air menjadi hidrogen dan oksigen dengan menggunakan arus listrik.
Keunggulan:
- Biayanya lebih rendah bila dibandingkan dengan elektrolisis PEM
- Sangat tahan terhadap kontaminan dalam air
- Dapat dioperasikan pada suhu yang lebih rendah (sekitar 60-80°C)
Kekurangan:
- Pengembangan dan komersialisasinya terbatas bila dibandingkan dengan PEM dan elektrolisis alkaline
- Potensi masalah pada stabilitas jangka panjang membran
- Tidak ada instalasi skala besar yang tersedia. Tingkat kematangan teknologinya rendah.