Hydrogen, It’s Production, Utilization and Simple Fact
Sebenarnya, hidrogen bukan merupakan sumber energi alternatif yang baru, bahkan sejak abad ke 16 manusia telah berusaha mensintesis hidrogen dari reaksi kimia antara metal dengan asam pekat. Mengapa kita perlu meninjau kembali hidrogen? Kemungkinan pengembangan teknologi penghasil dan aplikasi bahan bakar hidrogen dapat kita bilang hampir tidak terbatas, setiap tahun selalu terdapat inovasi dari teknologi berbasis bahan bakar hidrogen. Disamping hasil sampingan dari hidrogen adalah uap air, HHV (Higher Heating value) dari hidrogen mencapai 61,000 Btu/lb dibandingkan metana (CH
4) yang hanya 23,900 Btu/lb. Hidrogen juga merupakan unsur terbanyak di muka bumi-1/3 elemen adalah hidrogen dalam berbagai bentuk, berikatan dengan unsur lain.
Fakta saintifik menunjukkan bahwa gas hidrogen sangat jarang ditemukan secara bebas dalam bentuk senyawa di bumi karena sifatnya yang sangat reaktif dan sangat mudah terbakar, sehingga diperlukan cara-cara untuk mendapatkan senyawa gas hidrogen, seperti : elektrolisis air-dengan efisiensi (energi listrik terpakai berbanding energi yang dihasilkan hidrogen) secara teoritis mencapai 80 – 94%, steam reforming dari gas alam (metana), gasifikasi hidrokarbon dan batu bara, reaksi kimia, hingga metabolisme anaerob dari mikroorganisme tertentu, sehingga disebut sebagai synthetic gas. Synthetic gas – campuran gas kombinasi karbon monoksida dan hidrogen hasil suatu proses fisis atau kimia.
Hidrogen merupakan sumber energi alternatif yang pemakaiannya sangat fleksibel, mulai dari fuel cell, combustion reciprocating engines and gas turbines, hingga pembakaran langsung hidrogen dengan oksigen pada boiler pembangkit listrik tenaga uap. Pemakaian yang lebih lanjut dapat berupa fusi nuklir, tetapi hal tersebut masih jauh dari sebuah pembangkit listrik berbasis fusi nuklir.
Sekarang, cara apa sajakah yang sudah ditempuh manusia untuk menghasilkan hidrogen , secara umum adalah sebagai berikut :
1. Steam Methane Reforming
Warning: Spoiler!Adalah membuat hidrogen dari gas alam (CH4), dengan mereaksikan uap air dengan metana, pada temperatur 700°C dan katalis nikel. Reaksi yang terjadi adalah :
CH4 + H2O → CO + 3 H2
CO + H2O → CO2 + H2
Dengan efisiensi termal proses tersebut encapai 65-75 %.
2. Gasification
Warning: Spoiler!Adalah proses yang mengkonversi material yang mengandung unsur karbon seperti batu bara, minyak bumi, biomassa, menjadi karbon dioksida dan hidrogen dengan mereaksikan material tersebut pada temperatur tinggi dengan mengendalikan jumlah oksigen/uap air. Hasil dari proses tersebut adalah syngas, yang merupakan bahan bakar.
Keuntungan dari gasifikasi adalah pembakaran syngas lebih efisien daripada membakar bahan bakar awal secara langsung, karena dapat dibakar pada temperatur yang lebih tinggi, atau digunakan di dalam fuel cell.
Prosesnya adalah sebagai berikut (pada batu bara atau biomassa):
tipikal gasifikasi pada waste-to-biofuel plant (sumber gambar)
Warning: Spoiler!
Warning: Spoiler!
1. Pirolisis, dengan memberikan panas yang berlebih kepada batu bara dalam keadaan tanpa oksigen, senyawa yang menguap dilepaskan, dan diproduksi char.
Warning: Spoiler!
2. Pembakaran, dimana produk yang menguap dan char terbakar dan menghasilkan panas, dengan reaksi sebagai berikut :
C + ½ O2 → CO
3. Proses gasifikasi terjadi saat char bereaksi karbon dioksida dan uap untuk memproduksi karbon dioksida dan hidrogen dengan reaksi :
C + H20 → H2 + CO
Warning: Spoiler!
4. Reaksi reversibel gas phase water gas shift reaction mencapai kesetimbangan pada temperatur reaksi, sehingga menyeimbangkan konsenstrasi karbon monoksida, uap, karbon dioksida dan hidrogen.
C0 + H20 → H2 + CO2
Hingga cara produksi hidrogen yang masih eksperimental, beberapa diantaranya yaitu :
1. Sunlight for Splitting water Molecule
Warning: Spoiler!Sebuah virus yang tidak berbahaya dan sederhana, bernama M13, dikembangkan oleh ilmuan MIT untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen dengan bantuan cahaya, berdasarkan prinsip fotosintesis secara langsung. Pendekatannya dilakukan dengan meniru fotosintesis-bukan mengambil klorofil dan mengadopsinya untuk proses tersebut seperti kebanyakan ilmuan lainnya.
Virus bekerja seperti kloforil yang menangkap cahaya, dan mentransmisikan energinya kepada struktur virus tersebut yang menyerupai kawat . Struktur kawat tersebut juga membuat pigmen penyerap cahaya dan katalis berbaris dengan ruang yang tepat untuk memicu reaksi pemisahan air.
Hingga kini, kemampuan virus tersebut masih dalam tahap memecah air menjadi komponen elektron dan protonnya, tetapi dalam dua tahun kedepan, ilmuan tersebut berharap dapat mensintesa hidrogen dan menyimpannya.
2. Water to Hydrogen from Ambient Noise
Warning: Spoiler!Memang masih berupa tahap riset, tetapi ilmuan pada University of Wisconsin-Madison telah menumbuhkan nanokristal dari dua kristal, yaitu zinc oxide dan barium titanate, dan ditempatkan di dalam air. Ketika diberi pulsa vibrasi ultrasonik, nanokristal tersebut tertekuk dan mengkatalisasi reaksi kimia untuk memisahkan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen.
Fenomena ini seperti efek piezoelectric, dimana ketika kristal tertekan maka akan menimbulkan potensial listrik, kemudian diaplikasikan kepada serat nanokristal yang dalam ukuran nano, serat tersebut sangat fleksibel, sehingga mudah untuk tertekuk dan mudah untuk menghasilkan beda potensial listrik.
Dan kemudian pemanfaatan hidrogen sebagai pembangkit energi, yaitu pada :
Warning: Spoiler!
1. Fuel Cell, yang salah satu jenisnya adalah Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) yang digunakan pada kendaraan roda empat Honda FCX.
Warning: Spoiler!
Tipikal PEMFC (sumber gambar)
2. Bahan bakar dari turbin gas.
3. Bahan bakar pada boiler pembangkit listrik.
Akan tetapi, dengan teknologi penghasil hidrogen komersial seperti sekarang ini, hidrogen belum dapat dikatakan sebagai sumber energi secara harafiah, seperti layaknya pada reaktor fusi nuklir yang masih jauh dari penggunaan secara publik, dikarenakan untuk membuat senyawa tersebut dari energi radiasi matahari, reaksi biologis, atau energi listrik, membutuhkan energi yang lebih besar daripada energi yang dihasilkan dari pembakaran hidrogen itu sendiri. Hidrogen dapat saja didapatkan dari batu bara, metana ataupun hidrokarbon, tetapi sumber-sumer tersebut tidak dapat diperbarui.
Kandidat terbaik untuk produksi hidrogen adalah biomassa, dikarenakan biomassa sudah menjadi bagian dari siklus karbon di bumi.
Sumber:
Warning: Spoiler!
oleh:
Widyawan A. Widarto
13307005