Anda belum bisa membeli mobil hidrogen. Namun, jika Anda tinggal di California, Anda dapat menyewanya. Itu tidak menyedot bensin. Itu tidak mencemari udara. Knalpotnya hanya uap. Bahan bakar misterinya adalah hidrogen. Ini adalah unsur paling sederhana dan paling melimpah di alam semesta. Beberapa ahli memperkirakan kita semua akan mengendarai kendaraan hemat bahan bakar ini dalam 20 hingga 30 tahun mendatang.
Idenya bukanlah hal baru. Teknologi penggunaan hidrogen untuk menghasilkan tenaga sudah ada sejak awal abad ke-19. Itu lebih tua dari mobil itu sendiri. Yang baru adalah melihat mobil bertenaga hidrogen di jalan. Uap yang keluar dari pipa knalpot bukan gas yang berbau busuk. Beberapa mobil hidrogen ada saat ini. Kebanyakan adalah mobil konsep. Mesin penggerak ramah lingkungan tersebut antara lain Chevrolet Equinox. BMW 745h adalah contoh lainnya. Honda FCX adalah yang saat ini tersedia untuk disewa di California.
Apa yang membuat mobil hidrogen terwujud adalah sel bahan bakar. Ini mengubah hidrogen menjadi listrik. Satu-satunya produk sampingan adalah panas dan air. Karena tidak menimbulkan polusi, hidrogen sepertinya merupakan bahan bakar ideal untuk abad ke-21. Banyak orang di pemerintahan dan industri otomotif sangat antusias dengan potensinya. Mobil hidrogen berpotensi hemat bahan bakar. Mereka menawarkan harapan berkendara yang ramah lingkungan dan ramah lingkungan.
“Kecuali Anda kebetulan tinggal di wilayah tertentu di negara ini dan memiliki kantong yang penuh dengan uang tunai, jangan berharap mobil hidrogen akan hadir di rumah Anda dalam dekade mendatang.”
Masih banyak permasalahan yang perlu diatasi. Pertanyaan-pertanyaan perlu dijawab sebelum hidrogen menjadi bahan bakar pilihan. Hal ini perlu membawa perubahan besar dalam penggunaan bahan bakar fosil saat ini. Misalnya, dari mana kita mendapatkan hidrogen? Seberapa mahalkah harga mobil hemat bahan bakar ini untuk dibeli? Apakah Anda dapat menemukan stasiun pengisian bahan bakar hidrogen untuk mengisi ulang tangki Anda? Dan mungkin yang paling penting, sebagai bahan bakar, apakah hidrogen benar-benar tidak menimbulkan polusi?
Kita akan melihat pertanyaan-pertanyaan tersebut di halaman-halaman berikutnya. Namun kami dapat memberi Anda satu jawaban cepat sekarang. Kecuali Anda kebetulan tinggal di bagian negara tertentu dan memiliki kantong penuh uang, jangan mengharapkan mobil hidrogen muncul di halaman rumah Anda dalam dekade berikutnya.
Sel Bahan Bakar Hidrogen
Sir William Robert Grove tidak hanya menciptakan gadget. Dia membalikkan fisika. Pada tahun 1839, ilmuwan Welsh melakukan elektrolisis—proses penggunaan listrik untuk memecah air menjadi hidrogen—dan membaliknya. Dia menciptakan listrik dan air dari hidrogen. Dia menyebutnya baterai volta gas. Kami menyebutnya sel bahan bakar hidrogen.
Beberapa dekade kemudian, Francis Bacon menyempurnakan teknologinya. Penemuan ini adalah jantung dari kendaraan hidrogen modern.
Dari Kapsul Luar Angkasa hingga Jalanan Kota
General Electric membangun sistem praktis pertama pada awal tahun 1960an. Ini mendukung kapsul ruang orbital. Pada tahun 1990an, sel bahan bakar digunakan untuk menjalankan bus kota. Kelayakan bukanlah dugaan. Itu terbukti.
Bayangkan sel bahan bakar sebagai baterai dengan masalah ego. Baterai menampung bahan bakarnya di dalam. Sel bahan bakar perlu diisi ulang. Bahan bakarnya adalah hidrogen. Ini adalah elemen paling sederhana. Satu elektron. Satu proton.
Sel menghasilkan tenaga dengan melepaskan elektron dari proton. Elektron tersebut mengalir sebagai arus murni. Atom hidrogen yang terionisasi bertemu dengan oksigen. Mereka membentuk air. Panas adalah produk sampingan lainnya. Air itu biasanya keluar sebagai uap.
Nol emisi knalpot. Anda mengemudi, Anda mengeluarkan uap.
Mekanisme PEM
Mobil menggunakan jenis sel tertentu. Sel bahan bakar membran penukar polimer. Itu ringan. Itu kecil.
Ini memiliki dua elektroda. Anoda bermuatan negatif. Katoda bermuatan positif. Sebuah katalis. Dan sebuah membran.
Hidrogen masuk sebagai molekul H2. Dua atom hidrogen terikat menjadi satu. Katalis di anoda memutuskan ikatan. Anda mendapatkan ion hidrogen (proton) dan elektron. Ion melewati membran. Elektron tidak bisa. Mereka harus berkeliling.
Jalan memutar itulah kekuatannya. Anda memanfaatkan aliran itu untuk melakukan pekerjaan.
Oksigen masuk di katoda. Proton dan elektron bersatu kembali di sana. Mereka bergabung dengan oksigen. Bentuk air. Sebagian besar menjadi knalpot.
Sel-selnya rata. Tipis. Mereka menumpuk. Lebih banyak sel dalam tumpukan berarti tegangan lebih tinggi. Matematika sederhana.
Inisiatif Bahan Bakar Kebebasan
Banyak yang berasumsi bahwa kendaraan hemat bahan bakar seperti mobil bertenaga hidrogen adalah jawaban terhadap kebutuhan energi abad ke-21. Pada tahun 2003, Presiden George W. Bush mengisyaratkan keyakinan ini. Dia mengumumkan Freedom Fuel Initiative senilai $1,2 miliar.
Tujuannya? Mendukung pengembangan sel bahan bakar.
Ada dua keunggulan utama dibandingkan bahan bakar fosil. Pertama, minyak tidak habis. Kami melestarikan persediaan yang ada. Kita mengurangi ketergantungan pada minyak asing.
Kedua, polusi turun menjadi nol. Satu-satunya produk sampingan adalah panas dan air. Emisi karbon dari mobil terkait dengan pemanasan global. Sel bahan bakar tidak menambah tumpukan itu.
Di halaman berikutnya, kita akan melihat produksi. Bagaimana mobil-mobil ini dibuat. Dan yang lebih penting, dari mana hidrogen itu berasal.
Memproduksi mobil hidrogen bukanlah ilmu roket. Ini hampir tidak berbeda dengan membuat kendaraan bermesin pembakaran internal standar. Tentu saja drivetrain dan arsitektur kelistrikannya terkena dampaknya. Tumpukan sel bahan bakar menghasilkan listrik daripada membakar gas. Itu berarti powertrain tersebut memiliki lebih banyak kesamaan DNA dengan kendaraan baterai-listrik dibandingkan sedan tradisional.
Hambatan sebenarnya bukanlah pada jalur perakitan. Itu adalah bahan bakarnya sendiri.
Hidrogen adalah unsur yang paling melimpah di alam semesta. Itu membentuk sekitar 90 persen dari semua atom. Anda mungkin berpikir mengekstraksinya adalah hal yang sepele. Pikirkan lagi. Itu juga merupakan elemen paling ringan yang pernah ada. Hidrogen bebas apa pun di permukaan bumi tidak akan bertahan lama. Ia melayang ke luar angkasa. Apa yang tersisa di planet ini terkunci. Paling umum dalam molekul air (H2O). Air menutupi permukaan planet ini. Banyak sekali.
Jadi, bagaimana kita membagi molekul H2O tersebut? Atau apakah kita mencari sumber di tempat lain?
Metode Elektrolisis
Jalur paling sederhana sudah ada sejak 150 tahun yang lalu hingga Sir William Grove. Elektrolisa. Lewatkan arus listrik melalui air dan molekul H2O pecah. Prosesnya mencerminkan sel bahan bakar secara terbalik. Ia menggunakan anoda dan katoda, biasanya terbuat dari logam inert.
Ketika arus menyentuh air:
– Hidrogen berkumpul di katoda.
– Oksigen berkumpul di anoda.
Ini lambat. Tapi itu berskala. Anda dapat melakukan ini di tingkat industri. Bersih kalau listriknya bersih.
Jalan Pintas Gas Alam
Ada cara lain. Gas alam. Itu penuh dengan hidrokarbon. Reformasi uap mengeluarkan hidrogen dari gas tersebut dan meninggalkan karbon. Saat ini metode ini merupakan metode dominan dalam produksi hidrogen skala industri. Ini kemungkinan akan menjadi metode pertama yang digunakan untuk mengisi gelombang awal kendaraan sel bahan bakar.
Inilah hasil tangkapannya. Reformasi uap bergantung pada bahan bakar fosil. Jika tujuannya adalah menghentikan pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan gas alam untuk membuat hidrogen adalah hal yang ironis. Ini bisa dibilang merupakan sumber terburuk untuk bahan bakar “ramah lingkungan”.
Tanaman Seukuran Garasi dan Mobil Bertenaga Air
Beberapa ahli memimpikan miniatur pabrik hidrogen. Yang pas di garasi Anda. Anda tidak perlu mengunjungi stasiun pengisian bahan bakar. Anda baru saja kenyang di rumah.
Ujung ekstrim dari gagasan ini menyarankan dilakukannya elektrolisis di dalam mobil itu sendiri. Sebuah mobil yang berjalan di atas air. Kedengarannya seperti fiksi ilmiah. Tapi itu membutuhkan kekuatan. Listrik untuk elektrolisis harus berasal dari suatu tempat. Sebuah baterai. Jadi, mobil bertenaga air tetap perlu diisi ulang secara berkala. Ini bukanlah mesin yang bergerak terus-menerus. Itu hanya memindahkan sumber energi dari pompa bensin ke stopkontak.
Jalan ke Depan
Apakah mesin penggerak ramah lingkungan ini adalah masa depan? Banyak yang berharap demikian. Namun jalan menuju dunia bertenaga hidrogen dipenuhi dengan potensi hambatan. Biaya produksi. Kesenjangan infrastruktur. Kerugian efisiensi.
Kita akan melihat kemunduran tersebut selanjutnya.
Kemunduran Mobil Hidrogen
Anda masih mendengar hype. Sel bahan bakar hidrogen sering digambarkan sebagai cawan suci transportasi bersih. Kedengarannya bersih. Kedengarannya efisien. Kedengarannya seperti masa depan. Namun kenyataannya lebih kacau. Kita tinggal berpuluh-puluh tahun lagi untuk melihat kendaraan-kendaraan ini mendominasi jalanan. Kendala yang dihadapi tidak hanya bersifat teknis. Mereka bersifat ekonomis, logistik, dan sejujurnya, agak memalukan bagi para pendukung teknologi ini.
Kita dapat membagi kemunduran menjadi tiga kelompok. Yang pertama adalah uang. Banyak sekali. Yang kedua adalah fisika penyimpanan gas yang tidak mau tinggal diam. Dan yang ketiga adalah kebenaran yang tidak menyenangkan tentang dari mana sebenarnya hidrogen itu berasal.
Mimpi buruk infrastruktur dan label harga
Mari kita bicara tentang dolar. Jika Anda membeli kendaraan hidrogen hari ini, Anda tidak punya tempat untuk memasukkan bahan bakar ke dalamnya.
Infrastruktur pengisian bahan bakar praktis tidak ada. California adalah pengecualian. Gubernur Arnold Schwarzenegger mendorong keras hal ini pada masa lalu, sehingga Anda akan menemukan stasiun di sana. Di tempat lain? Coba cari dispenser. Ini seperti mencari jarum di tumpukan jerami.
Membangun jaringan itu tidaklah murah. Perkiraan pesimis memperkirakan biaya infrastruktur nasional sebesar $500 miliar. Dan itu bukan proyek akhir pekan. Diperlukan waktu empat dekade untuk memperbaikinya.
Lalu ada mobil itu sendiri.
Sel bahan bakar mengandalkan platinum sebagai katalis. Platinum itu mahal. Sangat mahal. Satu kendaraan berharga lebih dari $100.000. Beberapa perkiraan bahkan lebih tinggi lagi. Itu sebabnya Anda tidak membelinya. Anda menyewakannya. Dan hanya di pasar tertentu. Rata-rata pembeli tidak mampu membelinya.
Para peneliti sedang mencari katalis yang lebih murah. Kami tahu mereka ada di laboratorium. Tidak ada yang tahu kapan mereka akan ditingkatkan untuk produksi massal. Sampai saat itu, harga masih menjadi penghalang.
Masalah fisika penyimpanan
Hidrogen adalah gas. Itu berkembang. Ia ingin mengisi setiap inci kubik yang tersedia. Mengompresinya ke dalam tangki untuk mobil adalah masalah teknis.
Namun ada masalah termal yang diabaikan kebanyakan orang. Ketika hidrogen berada di dalam tangki mobil yang diparkir, hidrogen menjadi panas. Gasnya mengembang. Tekanan meningkat. Tangki harus mengeluarkan kelebihan hidrogen untuk mencegah pecah.
Meninggalkan mobil dalam keadaan diam selama beberapa hari? Anda mungkin menemukan tangkinya kosong. Semua bahan bakar itu bocor karena ekspansi termal fisika yang memaksanya keluar. Hal ini bukan saja tidak efisien. Ini adalah bahaya keamanan.
Hidrogen sangat mudah terbakar. Ingat bencana Hindenburg pada tahun 1930an? Ledakan itu kemungkinan besar merupakan kebakaran hidrogen. Ini adalah ketakutan yang sah.
Namun, ada hikmahnya. Kebakaran hidrogen membakar lebih dingin dibandingkan kebakaran bensin. Kecil kemungkinannya untuk memicu ledakan sekunder. Dan karena hidrogen lebih ringan dari udara, maka ia naik. Jika lolos, ia akan hanyut dengan cepat. Itu tidak menggenang di tanah seperti bensin. Jadi, risiko ledakan di permukaan tanah lebih rendah. Namun bahaya kebocoran masih menjadi tantangan teknis yang terus-menerus.
Paradoks polusi
Ini penendangnya. Apakah hidrogen benar-benar tidak menimbulkan polusi?
Knalpot mengatakan ya. Satu-satunya emisi dari sel bahan bakar adalah panas dan air. Membersihkan. Murni. Cantik.
Tapi lihatlah sumbernya. Hidrogen harus dibuat di suatu tempat.
Sebagian besar hidrogen berasal dari gas alam. Proses ini, yang disebut reformasi metana uap, melepaskan karbon dioksida. Kami menggunakan bahan bakar fosil untuk menciptakan bahan bakar yang “bersih”. Itu menggagalkan tujuannya.
Lalu ada elektrolisis. Pemisahan molekul air menggunakan listrik. Jika listrik tersebut berasal dari pembangkit listrik tenaga batu bara, Anda hanya memindahkan polusi dari mobil ke jaringan listrik. Anda tidak menghilangkannya. Anda hanya memindahkannya.
Emisi siklus hidup itu penting. Jika energi untuk menghasilkan bahan bakar kotor, maka bahan bakar tersebut kotor.
Alternatif hibrida
Orang yang optimis mengatakan kami akan menyelesaikan masalah ini. Mereka mengatakan infrastruktur akan datang. Biayanya akan turun. Penyimpanan akan stabil.
Tapi timeline-nya panjang. Puluhan tahun, bukan tahun.
Sementara itu, kami memiliki pilihan yang lebih baik untuk efisiensi segera. Kendaraan listrik hibrida ada di sini sekarang. Mereka bekerja. Harganya terjangkau. Anda dapat membelinya hari ini.
Toyota Prius. Ford Fusion Hibrida. Mobil-mobil ini tidak memerlukan infrastruktur baru. Mereka tidak bergantung pada logam langka seperti platina dengan harga mahal. Mereka tidak membocorkan bahan bakar ke atmosfer karena pemuaian panas.
Untuk saat ini, hibrida adalah pilihan pragmatis. Hidrogen mungkin masih menjadi tujuan di masa depan. Namun jalan ke sana terhalang oleh ilmu fisika, politik, dan ekonomi murni.
Kami terus menunggu fajar hidrogen. Itu mungkin akan datang. Tapi matahari terbit lebih dulu di tempat lain.
