Majalah Energi

sustainable energy monthly magazine

Solid Oxide Fuel Cell

Energi telah menjadi kebutuhan mendasar manusia saat ini. Salah satu bidang yang banyak berhubungan dengan energi adalah bidang transportasi dan pembangkitan energi listrik. Energi yang dibutuhkan untuk keperluan tersebut seringkali berasal dari bahan bakar fosil melalui siklus-siklus yang efisiensinya dibatasi oleh siklus Carnot seperti siklus Otto, siklus Diesel, siklus Brayton, dan siklus Rankine. Efisiensi siklus-siklus tersebut tidak akan lebih besar dari siklus Carnot sehingga efisiensinya rendah. Selain itu, siklus-siklus tersebut, yang menggunakan mesin kalor, menghasilkan sisa pembakaran yang menjadi polusi udara.
Pembangkit energi yang mempunyai efisiensi lebih tinggi dari siklus Carnot dan sisa pembakarannya lebih bersih adalah fuel cell.



Fuel cell adalah sel elektrokimia yang mengubah bahan bakar menjadi arus listrik. Fuel cell membangkitkan listrik di dalam sel melalui reaksi antara bahan bakar dengan oksidan yang dipicu oleh kehadiran elektrolit. Ada berbagai bahan bakar dengan oksidan yang mungkin untuk dikombinasikan. Fuel cell hidrogen menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar dan oksigen sebagai oksidan. Jenis bahan bakar yang lain adalah hidrokarbon dan alkohol. Oksidan jenis lain termasuk klorin dan klorin dioksida. Jenis-jenis fuel cell tergantung dari bahan bakar, oksidan, elektroda dan elektrolitnya. Salah satunya adalah Solid Oxide Fuel Cell (SOFC).

SOFC sangat berguna karena kemungkinannya untuk menggunakan jenis bahan bakar yang beragam. Tidak seperti jenis-jenis fuel cell yang lain yang hanya menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, SOFC bisa berfungsi dengan hidrogen, butana, metanol, dan produk minyak bumi lainnya. Elektrolit yang biasa digunakan pada SOFC adalah YSZ (Yttrium Stabilized Zirconia). Seperti semua elektrolit fuel cell, YSZ hanya bersifat konduktif pada ion-ion tertentu, yaitu ion oksida, tetapi tidak bersifat konduktif pada elektron. YSZ adalah padatan yang tahan lama dan banyak berguna pada sistem industri besar. Meskipun YSZ adalah konduktor ion yang baik, tetapi ia hanya bekerja pada temperatur yang tinggi. Temperatur operasi standarnya adalah sekitar 950⁰C. Pengoperasian pada temperatur yang sebesar itu dapat memecah metana dan oksigen menjadi ion dengan mudah. Kekurangan besar dari SOFC sebagai hasil dari temperatur operasi yang besar adalah beban pada material yang digunakan sebagai interkoneksi SOFC. Kekurangan lain dari temperatur operasi SOFC adalah reaksi kimia yang tidak diinginkan dapat terjadi di dalam fuel cell. Pada anode SOFC biasa terjadi penumpukkan debu karbon dan grafit.

Menurut teori, efisiensi kelistrikan dapat mencapai sampai 70%. Akan tetapi, produk yang dijual di pasaran hanya mencapai efisiensi 60% atau kurang. Panas dari temperatur operasi SOFC yang tinggi dapat dimanfaatkan untuk pembangkitan energi tambahan. Pembangkitan energi yang dikombinasikan tersebut dapat membuat operasi SOFC lebih efisien.

Penelitian mengenai SOFC saat ini mengarah kepada SOFC yang beroperasi pada temperatur yang lebih rendah yaitu 600⁰C. SOFC yang bertemperatur rendah dapat mengurangi biaya material karena penggunaan material metalik sebagai interkoneksi akan memungkinkan. Material metalik mempunyai sifat mekanik dan konduktivitas termal yang lebih baik.

Penelitian saat ini sedang menuju kepada pengembangan fleksibilitas bahan bakar SOFC. Walaupun pada berbagai jenis bahan bakar hidrokarbon operasi yang stabil telah dicapai, SOFC hanya mengandalkan pemrosesan bahan bakar eksternal. Untuk bahan bakar gas alam, pemrosesan dilakukan secara internal dan eksternal dan senyawa sulfur dihilangkan. Proses-proses tersebut menambah biaya dan kompleksitas sistem fuel cell. Beberapa institut melakukan penelitian untuk mengembangkan kestabilan material anode untuk oksidasi hidrokarbon sehingga menurunkan keketatan persyaratan kualitas bahan bakar.

Penelitian-penelitian yang dilakukan untuk mengembangkan SOFC dapat membuat SOFC mengganti peran mesin kalor suatu saat nanti. Penggantian tersebut diharapkan dapat mengurangi polusi udara dan meningkatkan efisiensi ekstraksi energi dari bahan bakar, baik bahan bakar fosil maupun bahan bakar terbarukan.

Referensi:
Fuel Cell. (2010). Wikipedia, the free encyclopedia. Retrieved September 27, 2010, from en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell

Solid Oxide Fuel Cell. (2010). Wikipedia, the free encyclopedia. Retrieved September 27, 2010, from en.wikipedia.org/wiki/Solid_oxide_fuel_cell

Cengel, Yunus A., & Boles, Michael A. (2007). Thermodynamics: an engineering approach. New York: Mc-Graw Hill Higher Education.

Fuel Cell Markets. (2010). SOFC - Solid Oxide Fuel Cells - Fuel Cell Markets - SOFC - Solid Oxide Fuel Cells. Retrieved September 27, 2010, from www.fuelcellmarkets.com/fuel_cell_market...sofc/4,1,1,2503.html

Gambar:
"Solid Oxide Fuel Cell." Types - Solid Oxide Fuel Cell. Web. 27 Sep 2010. <www.fctec.com/fctec_types_sofc.asp>.

Menarik..

Jadi input pada SOFC tersebut adalah oksigen dan hidrogen ya? Lalu dengan udara perkotaan yang semakin tercemar, apakah SOFC tersebut cocok digunakan pada perkotaan? Apakah kinerja dari sistem SOFC tersebut akan menjadi lebih baik apabila ditempatkan di lingkungan yang memiliki udara yang bersih, misalkan pegunungan?

Mohon dijelaskan..

Terima kasih



Bantu-bantu comment ya
Saat ini bukan hanya ada pikohidro atau mikrohidro lho. Tapi ada juga mikronuklir !!
Silahkan kunjungi majalahenergi.com/forum/Bentuk-Energi-Ba...uklir--PLTN-Mini#495

Bendang Sameto wrote:


Ohya Ben kl pemanfaatan panas yg dihasilkan utk menaikan efisiensi SOFC tu caranya gmn ya?Ada contohnya?Thanks

aiiih, masih terlalu panas ya bung bento kalo misalnya butuh temperatur operasi 600 derajat celcius..masih belum memungkinkan dipakai sebagai kendaraan (automobile)..

lalu memanaskan katalisnya hingga mencapai temperatur operasi bagaimana caranya y?

@ Bung Naren
saya masih belum tahu sesignifikan apa efeknya. mungkin soal pasokan oksigen pada fuel cell itu mirip seperti pasokan oksigen pada sistem injeksi bahan bakar pada kendaraan bermotor. nanti saya coba telaah lagi mengenai hal ini.

@ Bung ThomPoer
salah satu contohnya adalah combined cycle yang menggunakan Rankine cycle atau turbin uap.

@ Bung Toshi
600 derajat celcius itu udah dingin kalo untuk SOFC, bung toshi. memang itulah kelemahannya masih belum bisa dipasang pada kendaraan kecil. akan tetapi keuntungan dari temperatur operasi yang tinggi itu adalah tidak perlu digunakannya platinum sebagai katalis.

setahu saya, pada start-upnya SOFC diberikan panas dari luar. setelah reaksinya berjalan, panas tersebut dihasilkan dari reaksi eksotermik saja.

CMIIW