Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Hidrogen Sang Pembawa Energi Bersih

Energi bersih dan contohnya

Saat ini sekitar 80 sampai 90 persen kebutuhan energi dunia berasal dari pembakaran bahan bakar fosil seperti minyak bumi, batubara dan gas alam. Bahan bakar fosil ini merupakan sumber-sumber tak terbarukan karena pembentukannya membutuhkan waktu jutaan tahun bahkan melebihi 650 juta tahun. Eksploitasi terus-menerus terhadap bahan bakar ini bukan saja menyebabkan persediaannya yang semakin menipis, yang berujung pada kenaikan harga, tetapi juga meningkatkan dampak buruk bagi lingkungan akibat gas-gas yang diemisikannya. Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan karbondioksida dan oksida nitrogen dengan level tinggi yang merupakan kontributor efek rumah kaca dan selanjutnya menyebabkan terjadinya pemanasan global yang memberikan dampak tidak sedikit bagi kehidupan manusia.

Di sisi lain, energi yang tersedia saat ini, pendistribusiannya masih tidak merata bagi setiap negara dan wilayah di muka bumi ini. Di wilayah tertentu, energi, listrik khususnya, dapat dinikmati secara berlimpah sementara di wilayah lainnya listrik dan bahan bakar minyak merupakan barang langka atau tidak tersedia sama sekali. Diperkirakan dari 6 miliar penduduk dunia, 2 miliar diantaranya belum menikmati listrik. Kondisi ini mendorong para peneliti untuk menemukan energi-energi alternatif yang sumbernya berlimpah, tidak berdampak buruk bagi lingkungan dan dapat diproduksi secara lokal. Energi-energi alternatif ini sering disebut dengan istilah energi bersih atau energi terbarukan.

Energi bersih (clean energy) adalah energi yang dalam proses produksi dan penggunaannya tidak berdampak buruk pada aspek sosial, budaya, kesehatan dan lingkungan atau yang dampaknya minimal. Energi bersih dikenal juga dengan istilah energi hijau (green energy), energi terbarukan, atau energi yang berkelanjutan karena mereka dihasilkan dari sumber-sumber yang terbarukan seperti tenaga air, angin, radiasi matahari, panas bumi dan biomassa.

Hidrogen pembawa energi

Hidrogen adalah unsur paling sederhana. Setiap atom hidrogen hanya memiliki satu proton. Ia juga merupakan gas yang paling banyak di alam semesta. Bintang-bintang, seperti matahari, penyusun utamanya adalah hidrogen. Gas hidrogen jauh lebih ringan dari udara sehingga naik dengan cepat dan keluar dari atmosfer. Inilah sebabnya mengapa hidrogen sebagai gas (H2) tidak ditemukan di bumi dengan sendirinya, tetapi hanya ditemukan dalam bentuk senyawa dengan unsur-unsur lainnya. Hidrogen jika digabungkan dengan oksigen akan menghasilkan air (H2O), sedangkan jika digabungkan dengan karbon akan membentuk senyawa lainnya seperti metana (CH4), batubara, dan minyak bumi. Hidrogen juga ditemukan dalam segala sesuatu yang “tumbuh”, misalnya biomassa.

Hidrogen adalah salah satu pembawa energi (energy carrier). Pembawa energi mengalirkan energi dalam bentuk yang bisa digunakan dari satu tempat ke tempat lain. Listrik adalah pembawa energi paling dikenal. Kita menggunakan listrik untuk memindahkan energi dalam batu bara, uranium, dan sumber energi lain dari pembangkit listrik ke rumah-rumah dan bisnis. Kita juga menggunakan listrik untuk memindahkan energi dalam air yang mengalir dari bendungan ke konsumen. Untuk berbagai kebutuhan energi, jauh lebih mudah untuk menggunakan listrik daripada menggunakan sumber energi itu secara langsung.

Seperti listrik, hidrogen merupakan pembawa energi dan harus dihasilkan dari zat lain. Hidrogen saat ini tidak banyak digunakan, tetapi memiliki potensi sebagai pembawa energi di masa depan. Hidrogen dapat dihasilkan dari berbagai sumber daya (air, bahan bakar fosil, atau biomassa) dan merupakan produk sampingan dari proses kimia lainnya. Hidrogen memiliki kandungan energi tertinggi dibandingkan bahan bakar umum lainnya menurut beratnya (sekitar tiga kali lebih banyak dari bensin), tetapi kandungan energi terendah menurut volume (sekitar empat kali lebih sedikit daripada bensin). Hidrogen juga disebut sebagai pembawa energi bersih karena pembakarannya hanya menghasilkan air sebagai produk sampingnya menurut persamaan reaksi berikut:

 \rm{H}_{2} +\ \frac{1}{2} \rm{O}_{2} \rightarrow \rm{H}_{2} \rm{O} +\ Energi

Penggunaan hidrogen

Hidrogen diperlukan dalam jumlah yang besar pada industri perminyakan, kimia dan pengolahan makanan. Hidrogen biasa digunakan sebagai agen pereduksi biji logam dan penghalogenasi yang biasa diaplikasikan pada industri-industri tersebut. NASA (National Aeronautics and Space Administration) adalah pengguna utama dari hidrogen sebagai bahan bakar energi selama bertahun-tahun dalam program ruang angkasa mereka. Bahan bakar hidrogen cair mengangkat pesawat ulang-alik NASA ke orbit. Baterai hidrogen, yang disebut sel bahan bakar (fuel cell), merupakan daya sistem listrik pesawat itu dengan produk samping air murni yang digunakan sebagai air minum oleh kru pesawat tersebut.

Diagram sel bahan bakar (fuel cell)

Diagram sel bahan bakar (fuel cell).

Sel bahan bakar hidrogen menghasilkan listrik dengan sangat efisien, tapi mahal untuk dibangun. Sel bahan bakar yang kecil dapat menggerakkan mobil listrik dan yang besar bisa menyediakan listrik di tempat-tempat terpencil yang tidak memiliki akses listrik. Karena biayanya yang tinggi, sel bahan bakar ini belum digunakan secara luas, hanya digunakan di tempat-tempat tertentu untuk keadaan darurat seperti untuk keperluan rumah sakit. Sel bahan bakar portable sudah mulai dijual untuk menambah daya pada komputer laptop, ponsel dan aplikasi militer.

Saat ini ada lebih dari 300 kendaraan berbahan bakar hidrogen di Amerika Serikat. Sebagian besar adalah bus dan mobil dengan motor listrik. Kendaraan tersebut menyimpan gas atau cairan hidrogen dan mengubahnya menjadi listrik untuk motor menggunakan sel bahan bakar. Hanya beberapa kendaraan ini membakar hidrogen secara langsung. Selebihnya bisa menggunakan turunan alkohol maupun gas methane yang dikonversi menjadi hidrogen secara insitu.

Hidrogen dapat digunakan dalam mesin pembakaran internal sebagai aditif untuk bahan bakar hidrokarbon terutama gas alam. Salah satu yang tersedia secara komersial adalah campuran gas yang dikenal sebagai Hythane (hydrogen + methane) mengandung hidrogen 20% dan gas alam 80%. Pada rasio ini, tidak diperlukan modifikasi untuk mesin gas alam, dan penelitian menunjukkan emisi berkurang lebih dari 20%.

Bus dan mobil yang digerakkan dengan sel bahan bakar hidrogen di Perth, Australia (gambar kiri) dan di Los Angeles, Amerika Serikat (gambar kanan)

Bus dan mobil yang digerakkan dengan sel bahan bakar hidrogen di Perth, Australia (gambar kiri), dan di Los Angeles, Amerika Serikat (gambar kanan).

Produksi hidrogen

Lebih dari 90% gas hidrogen yang beredar saat ini diproduksi melalui proses yang disebut steam reforming yang mereaksikan uap dengan bahan bakar fosil seperti metana (gas alam) pada suhu tinggi (700-1000oC). Karbondioksida yang merupakan gas rumah kaca dilepas ke atmosfer selama proses ini. Oleh karena itu, para peneliti terus berusaha mengembangkan metode-metode lain menggunakan sumber terbarukan, antara lain menggunakan air atau urin via elektrolisis, biomassa dan limbah via fermentasi, reaksi enzimatis atau elektrohidrogenesis (elektrolisis menggunakan mikroba). Hidrogen menjadi salah satu alternatif energi bersih jika diproduksi dari sumber terbarukan, seperti halnya tenaga angin dan radiasi matahari.

Bahan bacaan:

Penulis:
Rafiani Hasyim, staf di Badan Lingkungan Hidup Kabupaten Bengkalis Riau, melanjutkan studi S3 teknik dan ilmu lingkungan di Universitas Yamaguchi Jepang, dengan bidang penelitian produksi biohidrogen dari limbah.
Kontak: rachafairy(at)yahoo(dot)com.