Kami dulu percaya masa depan bergantung pada baterai. Penglihatannya bersih. Tidak ada pipa knalpot. Hanya armada Tesla dan Nissan yang diam-diam meluncur melewati gedung pencakar langit kaca, sebuah mimpi fiksi ilmiah yang diwujudkan oleh para nabi teknologi awal seperti Bradbury dan Dick. Hype itu nyata. Pada tahun 2008, Barack Obama berjanji untuk menyediakan satu juta kendaraan listrik di jalan-jalan Amerika pada tahun 2015. Hal ini rasanya tidak bisa dihindari. Kami juga memiliki perangkat kerasnya. Daun Nissan. Tesla Model S. BMW ActiveE. Mereka ada di sini. Mereka berkilau.
Kemudian kenyataan menghantam.
Kecemasan jangkauan bukan lagi istilah pemasaran. Itu adalah penghalang fisik. Kebanyakan kendaraan listrik awal menawarkan jarak 100 hingga 200 mil sebelum baterainya habis. Itu saja. Dan mengisi infrastruktur? Jarang. Anda tidak bisa hanya “mengisi”. Anda harus mencari colokan. Ketakutan akan terdampar menjadi pembunuh pasar. Penjualan terhenti. Pada tahun 2012, hanya 52.835 plug-in yang dipindahkan. Dari Desember 2010 hingga periode tersebut, total penjualan berkisar sekitar 70.000 unit. Terhadap 15 juta kendaraan tradisional yang terjual setiap tahunnya? Itu kurang dari 1 persen. Kesalahan pembulatan.
Jadi industri berubah. Bukan ke belakang, tapi ke samping. Perusahaan menyadari bahwa mereka tidak bisa hanya menunggu baterai menjadi lebih baik. Mereka melihat ekonomi bahan bakar fosil bukan sebagai sebuah kegagalan, namun sebagai sebuah platform. Audi memimpin tuntutan ini. Secara khusus, mereka bertaruh pada e-gas.
Pada tahun 2013, Audi membuka pabrik industri pertama di dunia yang memproduksi bahan bakar sintetis dan netral karbon. Ini bukan hanya bensin biasa. Ini adalah e-gas yang dirancang untuk kendaraan gas alam terkompresi (CNG). Tempat ujian mereka? A3 Sportback TCNG. Namun peran yang lebih besar adalah infrastruktur. Pabrik ini menciptakan cetak biru. Perusahaan ini membangun jaringan yang diperlukan untuk memasok listrik untuk kendaraan listrik dan hidrogen untuk mobil sel bahan bakar ketika teknologi tersebut benar-benar matang. Itu adalah jembatan.
Orang yang skeptis tidak terkesan. Christopher DeMorro, yang menulis untuk Gas 2, menyerukannya. Argumennya blak-blakan. Masalahnya bukan hanya mempertahankan emisi. Ini mengurangi jumlah mereka. Berfokus pada e-gas menjaga kita tetap pada standar karbon. Kita harus memprioritaskan kendaraan yang menggunakan periode energi lebih sedikit. Efisiensi atas sintesis.
Namun sebelum Anda menganggap proyek ini sebagai greenwashing perusahaan, Anda perlu memahami mekanismenya. Anda perlu melihat bagaimana Audi mendefinisikan “netralitas karbon”. Ini bukan sihir. Itu kimia. Dan mungkin itulah satu-satunya alasan mesin pembakaran internal bertahan hingga dekade berikutnya.
Audi tidak hanya berbicara tentang mengurangi jejak karbonnya. Perusahaan secara aktif merekayasa cara untuk menjadikan mesin pembakaran internal netral karbon. Jika istilah “jejak karbon” atau “penggantian karbon” asing bagi Anda, bayangkan seperti ini: jejak karbon menghitung seluruh emisi karbon dioksida (CO2) dari seseorang atau bisnis. CO2 adalah penyebab utama dampak buruk di sini, namun pengukuran yang akurat juga memperhitungkan metana dan klorofluorokarbon. Angka-angka ini biasanya dinyatakan dalam ton setara CO2 per tahun.
Ketika Anda menurunkan emisi CO2 untuk aktivitas tertentu, jejak yang dihasilkan akan berkurang. Jika Anda mengurangi emisi hingga setara dengan jejak karbon, Anda mencapai netralitas karbon. Perusahaan mencapainya dengan cara yang berantakan dan bervariasi. Beberapa membangun ladang angin untuk menggantikan batu bara. Ada pula yang menanam pohon untuk menyerap karbon. Audi mendanai proyek yang mengurangi gas rumah kaca. Semua ini dianggap sebagai penyeimbangan karbon.
Transportasi adalah bagian yang sulit. Memindahkan orang dan barang biasanya berarti membakar bahan bakar fosil. Membangun mobil membutuhkan listrik, seringkali dari pembangkit listrik yang kotor. Mengekstraksi, memurnikan, dan mengirimkan bahan bakar membutuhkan lebih banyak waktu. Kemudian mobil melaju. Mesin pembakaran internal memompa keluar gas rumah kaca. Mereka berkumpul di atmosfer. Mereka membentuk selimut yang menghangatkan planet. Kendaraan listrik dan hidrogen dapat mengatasi masalah ini. Namun hal ini tidak berlaku untuk semua orang, di mana pun, selama bertahun-tahun.
Pabrik Werlte dan Metana Sintetis
Audi menyebut pendekatannya sebagai “mobilitas seimbang”. Ini didefinisikan sebagai mobilitas holistik dan netral karbon dalam jarak pendek, menengah, dan jauh. E-gas adalah kunci untuk menjaga mesin pembakaran tetap hidup dalam skenario ramah lingkungan ini. Bagaimana Anda mendapatkan netralitas karbon dari teknologi kuno? Dengan menggunakan karbon dioksida sebagai bahan bakunya.
Pabrik biogas sampah memasok CO2. Sebuah pabrik yang dibangun khusus di Werlte, Jerman, menangani bahan kimia. Mulai tahun 2013, pabrik tersebut mengonsumsi 2.800 metrik ton CO2 setiap tahunnya. Ini menghasilkan 1.000 metrik ton e-gas per tahun. Gabungkan hal tersebut dengan praktik ramah lingkungan lainnya, dan Audi akan mencapai netralitas karbon di seluruh rantai nilainya.
Ahli kimia mengenal e-gas sebagai metana. Konsumen mengenalnya sebagai gas alam. Ini memanaskan rumah. Ini menggerakkan kendaraan berbahan bakar gas. Itu sintetis. Itu bersih.
Dasar-Dasar Bahan Bakar Elektronik
Kimia di balik e-gas bukanlah keajaiban. Ini adalah serangkaian reaksi. Hidrogen dari elektrolisis air bertemu karbon dioksida. Mereka terikat. Mereka membentuk metana. Hasilnya adalah bahan bakar yang terbakar di mesin yang ada. Ini berperilaku seperti gas alam. Pipa knalpotnya bersih karena CO2 awalnya berasal dari udara.
Jika Anda ingin beralih dari bensin biasa, infrastrukturnya rumit. Di A.S., Departemen Energi menawarkan Pencari Lokasi Stasiun Bahan Bakar Alternatif. Masukkan kode pos Anda. Pilih jenis bahan bakar. Lihat apa yang tersedia. Jarang sekali. Ini berkembang. Tapi itu ada di sana.
Mengapa tetap menggunakan pembakaran ketika baterai sudah ada? Rentang kecemasan. Performa cuaca dingin. Jaringan yang ada. Banyaknya volume mesin pembakaran internal masih beredar. Audi tidak meninggalkan mesinnya. Mereka mencoba membuat mesin tidak relevan dengan penghitungan karbon. Itu adalah jembatan. Jembatan kimia yang panjang.
Perhitungannya ketat. 1.000 metrik ton bahan bakar. 2.800 metrik ton CO2 masuk. Sisanya adalah air. Hidrogen dan oksigen. Dirilis sebagai produk sampingan. Membersihkan. Sederhana. Atau setidaknya, sesederhana yang didapat dari kimia skala industri.
Apakah itu berskala? Itulah pertanyaannya. Salah satu pabrik di Werlte adalah bukti konsepnya. Sebuah cetak biru. Bukan solusi global. Belum. Tapi itu membuktikan konsepnya berhasil. Metana dari udara. Karbon netral. Mesin siap.
Sisanya hanyalah volume. Dan biaya. Dan politik. Dan infrastruktur. Dan waktu.
Kimia di Balik Pompa
Mari kita hilangkan penjelasan pemasarannya. E-gas hanyalah metana sintetis. Ini adalah kembaran dari benda asli yang dikembangkan di laboratorium. Anda tahu hal yang sebenarnya. Itu adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau yang diambil dari tumbuhan purba dan lumpur air yang terkubur jauh di dalam kerak bumi. Fosil metana membutuhkan waktu jutaan tahun untuk dapat terbentuk. metana sintetis? Anda bisa melakukannya dengan tergesa-gesa.
Dimulai dengan elektrolisis.
Lewatkan arus listrik melalui air. Putuskan ikatannya. Anda mendapatkan hidrogen dan oksigen. Persamaannya mudah:
2 H2O → 2 H2 + O2
Hidrogen sendiri tampak menjanjikan sebagai bahan bakar masa depan. Kompres, simpan dalam tangki besar, jalankan melalui sel bahan bakar dengan oksigen, dan Anda mendapatkan listrik dan air sebagai produk sampingan. Tapi inilah intinya. Membangun infrastruktur hidrogen dari awal membutuhkan biaya yang mahal. Kami belum sampai di sana.
Jadi Audi mengambil rute berbeda. Mereka mengambil hidrogen itu dan mencampurkannya dengan karbon dioksida. Ini adalah metanasi.
CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O
Hasilnya adalah CH4. metana. Perilakunya persis seperti gas rawa yang mengambang di atas rawa atau gas alam yang disadap di kepala sumur. Sifat mudah terbakar yang sama. Kurangnya bau yang sama. Profil tidak berwarna yang sama.
Mengapa hal ini penting bagi penggila mobil? Karena tidak memerlukan pipa baru. Tidak memerlukan jaringan baru. Bahan bakar sintetis ini dapat langsung dimasukkan ke jaringan gas alam yang ada. Mengalir ke rumah-rumah dan bisnis. Ini mengisi tangki di stasiun gas alam terkompresi (CNG ).
Industri otomotif fokus pada poin terakhir tersebut. Stasiun CNG menggerakkan armada kendaraan berbahan bakar gas, atau NGV yang terus bertambah. Ini bukanlah obat ajaib untuk pemanasan global. Mereka tidak akan menghapus ketergantungan kita pada fosil dalam semalam. Namun mereka menjembatani kesenjangan tersebut. Mereka menjaga mesin tetap berjalan sementara infrastruktur mengejar ketertinggalan.
Selanjutnya kita akan melihat bagaimana Audi memasukkan bahan bakar ini ke dalam mobil.
Realitas Rendah Karbon pada Kendaraan Berbahan Bakar Gas
Ide menjalankan Audi A3 dengan bahan bakar metana sintetis terasa seperti sebuah lompatan futuristik, namun sebenarnya hal ini berakar pada rekayasa awal abad ke-20. Segera setelah jalur transmisi gas alam yang andal muncul di awal tahun 1930-an, para pengemudi ingin membakarnya. Mekanismenya sangat mudah. Mesin empat langkah mencampur bahan bakar dengan udara, menyalakannya dengan busi, dan menggerakkan piston ke atas dan ke bawah. Fisika yang sama berlaku untuk bensin dan gas alam. Jika AS dan Timur Tengah tidak mencapai cadangan minyak yang begitu besar dan murah, kendaraan berbahan bakar gas (NGV) mungkin akan mendominasi jalan tersebut.
Mereka tidak melakukannya. Saat ini, kendaraan BBG adalah sebuah ceruk pasar. Pada akhir tahun 2011, hanya sekitar 120.000 kendaraan yang berada di jalan-jalan Amerika. Secara global, jumlahnya lebih tinggi—lebih dari 15 juta—namun distribusinya tidak merata. Lima negara: Iran, Pakistan, Argentina, Brasil, dan India, menguasai hampir 70 persen pangsa pasar. Kenapa disana? Negara-negara tersebut kekurangan kapasitas penyulingan minyak mentah. Mereka menggunakan apa yang mereka punya. Dalam dekade berikutnya, kemungkinan besar akan ada lebih banyak negara yang akan melakukan hal yang sama, terutama jika harga bensin terus meningkat. Gas alam lebih murah. Perkiraan menunjukkan penghematan bahan bakar sekitar 30 persen dibandingkan bensin.
Pembakaran Lebih Bersih
Biaya bukanlah satu-satunya hal yang menarik. Emisi lebih rendah. Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) menilai kendaraan BBG sebagai kendaraan dengan pembakaran internal paling bersih yang pernah ada. Versi gas alam Honda Civic mendapatkan gelar itu. Statistiknya sangat buruk. Karbon monoksida turun 70 hingga 90 persen. Nitrogen oksida turun 75 hingga 95 persen. Bahkan karbon dioksida, gas rumah kaca utama, berkurang 20 hingga 30 persen. Hasilnya adalah kualitas udara yang lebih baik dan laju pemanasan global yang lebih lambat.
Ini bukanlah solusi yang sempurna. Membeli kendaraan BBG membutuhkan biaya lebih banyak di muka. Pengisian bahan bakar sangat memusingkan, menyaingi masalah infrastruktur pengisian kendaraan listrik. Pada bulan Desember 2011, AS hanya memiliki sekitar 1.000 stasiun kendaraan BBG. Setengahnya bersifat pribadi. Akses publik terbatas. Anda dapat memasang sistem pengisian bahan bakar di rumah, tetapi hal itu menambah kejutan stiker. Meskipun teknologi ini mengurangi CO2, namun tidak sepenuhnya menghilangkan efek pemanasan.
Lingkaran Sintetis Audi
Bayangkan kendaraan BBG sebagai sebuah jembatan. Sebuah teknologi transisi. Hal ini akan berubah jika Anda dapat menjalankannya dengan menggunakan metana sintetis yang berasal dari karbon dioksida. Audi berencana melakukan hal ini di pabrik Werlte miliknya. Prosesnya membagi air menjadi hidrogen dan oksigen melalui elektrolisis. Kemudian, ia menggabungkan hidrogen dengan karbon dioksida yang ditangkap dari pembangkit listrik tenaga biogas. Tapi elektrolisis membutuhkan tenaga. Bukankah hal ini hanya memindahkan polusi ke tempat lain? Ya. Itu adalah bagian terakhir dari proyek e-gas Audi. Dari mana sumber listriknya? Sumber terbarukan.
Fleksibilitas Ganda
Produsen mobil yang memproduksi metana sintetis memerlukan kendaraan untuk menampungnya. Untuk Audi, itulah A3 Sportback TCNG. Mereka tidak membangun kendaraan BBG yang “murni”. A3 TCNG membawa tangki gas alam dan bensin. Mesin beralih di antara keduanya dengan mulus. Kehabisan CNG? Tidak ada stasiun yang terlihat? Gunakan bensin. Ini adalah sebuah kompromi, namun tujuannya adalah untuk menggunakan bahan bakar gas sebanyak mungkin. Audi memproyeksikan 1.500 model A3 TCNG yang dimodifikasi dapat berkendara sejauh 9.320 mil (15.000 kilometer) per tahun dengan menggunakan e-gas terbarukan. Penjualan direncanakan akan dimulai pada tahun 2013.
Menghidupkan Jaringan Listrik dengan Angin dan Limbah
Fasilitas Werlte adalah binatang hibrida. Ini adalah pabrik pertama di Bumi yang menggabungkan elektrolisis hidrogen dengan metana. Anda mengambil hidrogen dari air dan mencampurnya dengan karbon dioksida. Hasilnya adalah metana sintetis. Tapi kisah sebenarnya bukanlah chemistrynya. Itu sumbernya.
Energi dimulai sebagai angin. Angin kencang dan konsisten di Laut Utara. Audi memasang tiga ladang angin lepas pantai skala besar di sana. Empat turbin. Masing-masing memompa keluar 3,6 megawatt. Hasil tahunan? Lima puluh tiga gigawatt-jam. Itu adalah elektron yang banyak. Dan Audi punya tiga rencana berbeda untuk mereka.
Pertama, injeksi langsung. Perusahaan mengklaim dapat menggunakan tenaga angin untuk memproduksi 1.000 model Audi A1 e-tron. Mobil-mobil ini kemudian akan berlari sejauh 6.210 mil (10.000 kilometer) setiap tahunnya. Listrik murni. Knalpot nol.
Kedua, pabrik Werlte itu sendiri. Sekitar 20 gigawatt-jam tenaga angin akan dialirkan ke fasilitas tersebut. Di sini, listrik membagi air menjadi oksigen dan hidrogen. Dalam jangka pendek, hidrogen ini tidak akan digunakan dalam sel bahan bakar. Ini adalah bahan utama untuk e-gas. metana sintetis. Ini memasuki jaringan gas alam. Itu berakhir di Kendaraan Gas Alam (NGV).
Ketiga, penyimpanan. Ladang angin bersifat fluktuatif. Kadang-kadang mereka menghasilkan lebih banyak daya daripada yang dapat ditangani oleh jaringan listrik. Kelebihan itu biasanya hilang. E-gas mengubah hal itu. Anda dapat menyalurkannya ke infrastruktur gas alam Jerman. Simpan itu. Tarik keluar nanti saat Anda perlu menghasilkan tenaga. Jaringan Jerman sangat besar. Ini bisa menampung listrik setara dengan 200 terawatt-jam. Cukup untuk menyalakan lampu selama berbulan-bulan.
Kolaborasi dan Efisiensi
Audi tidak menciptakan lingkaran ini dari awal. Prosesnya berasal dari Pusat Penelitian Energi Matahari dan Hidrogen Baden-Württemberg. Mereka bekerja dengan Institut Fraunhofer untuk Energi Angin dan Teknologi Sistem Energi. Teknologi Bahan Bakar Tenaga Surya juga ikut serta. Fasilitas mereka terletak tepat di sebelah Werlte.
Di sinilah efisiensi mulai terjadi. Elektrolisis dan metanaasi menghasilkan limbah panas. Pabrik Audi menangkap panas tersebut. Teknologi Bahan Bakar Surya menggunakannya. Sinergi lintas pabrik ini secara drastis meningkatkan efisiensi secara keseluruhan. Ini mengubah liabilitas menjadi aset.
Garis Waktu dan Jalan ke Depan
Fasilitas Werlte mencapai pencapaian puncaknya pada bulan Desember 2012. Produksi dijadwalkan akan dimulai pada tahun 2013. Waktunya sejalan dengan A3 Sportback TCNG baru dari Audi. Kendaraan ini memasuki dealer pada akhir tahun 2013.
Peta jalannya tidak berhenti di situ. Model TCNG kedua, berdasarkan sasis A4, direncanakan pada tahun 2015. Tujuannya sederhana: lebih banyak kendaraan berbahan bakar gas di jalan.
Audi bukan satu-satunya pemain. Chrysler dan General Motors telah meluncurkan versi gas alam dari truk tugas berat mereka. Honda mendorong Civic berbahan bakar gas. Pesannya konsisten. Menghemat uang. Mengurangi emisi. Mungkin menyelamatkan planet ini juga.
Infrastruktur sedang bergeser. Bahan bakarnya berubah. Tapi mesinnya? Mereka masih perlu membakar sesuatu. Baik itu elektron, hidrogen, atau metana sintetis, rodanya terus berputar.
