A. Kelebihan A.1. Tidak Mengeluarkan Emisi Berbahaya ( Zero ( Zero Emission Emission))
Sebuah sistem fuel cell hanya hanya akan mengeluarkan uap air apabila memakai hidrogen murni. Tetapi Tetapi ketika memakai hidrogen hasil darireforming hidrokarbon/fosil hidrokarbon/fosil (misal: batu bara, gas alam, dll) maka harus dilakukan uji emisi untuk menentukan apakah sistem tersebut masih dapat dikategorikan zero emission. Menurut standar yang dikeluarkan United Technologies Corporation (UT) pada tahun !""!, maka sebuah sistem fuel
dapat dikategorikan zero emission ketika mengeluarkan emisi pen#emar cell dapat udara yang sangat rendah, dengan kriteria sbb: $%& ' ppm, S%! ' ppm, %! ' ! ppm.
Tabel 1. Emisi Pencemar Udara dari Jenis-Jenis Fuel Cell (Bluesein! (Bluesein! "##")
atatan: *+M ( Polimer Electro Electrolyte lyte Membrane Membrane ), *- ( Posporic Acid Fuel Fuel ), S%- (Solid Oide Fuel Cell ), ), M- ( Molten ), lb Cell ), Molten Carbonate Carbonate Fuel Fuel Cell ), (pon) ' ", kg). Selain itu, sistem ini juga tidak mengeluarkan suara (tidak berisik), ke#uali suara suara dari beberapa peralatan pendukung pendukung seperti seperti pompa, kipas, kompresor, dll. A.". E$isiensi Tinggi ( High efficiency efficiency))
%leh sebab fuel cell tidak tidak menggunakan proses pembakaran dalam kon0ersi energi, maka efisiensinya tidak dibatasi oleh batas maksimum temperatur operasional (tidak dibatasi oleh efisiensi siklus arnot). 1asilnya, efisiensi kon0ersi energi pada fuel cell melalui melalui reaksi elektrokimia lebih tinggi dibandingkan efisiensi kon0ersi energi pada mesin kalor (kon0ensional (kon0ensional)) yang melalui reaksi pembakaran.
%ambar 1. Perbandingan E$isiensi Fuel Cell dengan dengan Mesin K&n'ensi&nal (micr&-'e.i! #1#"##*) A.+. ,ea Mengikui Perubahan Pembebanan ( Rapid ( Rapid load following )
memperlihatkan karakteristik yang baik dalam mengikuti perubahan Fuel cell memperlihatkan beban. Sistem Fuel cell yang menggunakan hidrogen murni dan digunakan pada sebagian besar peralatan mekanik (misal: motor listrik) memiliki kemampuan untuk merespon perubahan pembebanan dengan #epat. A.. Temeraur /erasi&nal 0endah
Sistem fuel cell sangat baik diaplikasikan pada industri otomotif yang beroperasi pada temperatur rendah. 2euntungannya adalah fuel cell hanya memerlukan sedikit 3aktu pemanasan ( !armup time ), resiko operasional pada temperatur tinggi dikurangi, dan efisiensi termodinamik dari reaksi elektrokimia lebih baik. A.. 0eduksi Trans$&rmasi Energi
2etika fuel cell digunakan untuk menghasilkan energi listrik maka fuel #ell hanya membutuhkan sedikit transformasi energi, yaitu dari energi kimia menjadi energi listrik. 4andingkan dengan mesin kalor yang harus mengubah energi kimia menjadi energi panas kemudian menjadi energi mekanik yang akan memutar generator untuk menghasilkan energi listrik. Fuel cell yang diaplikasikan untuk menggerakkan motor listrik memiliki jumlah transformasi energi yang sama dengan mesin kalor, tetapi transformasi energi pada fuel cell memiliki efisiensi yang lebih tinggi.
%ambar ". Trans$&rmasi Energi Unuk Keluaran Energi Mekanik (micr&'e.i! #1#"##*) A.*. 2aku Pengisian 3idr&gen 4ingka
Sistem fuel cell tidak perlu penyetruman ( recharge ) layaknya baterai. Tetapi sistem fuel cell harus diisi ulang dengan hidrogen, dimana prosesnya lebih #epat dibandingkan penyetruman baterai. Selain itu, baterai tidak dapat dipasang dalam jumlah besar pada mesin otomotif untuk meningkatkan performan#e karena akan semakin menambah beban pada kendaraan tersebut.
%ambar-#1# 4asiun Pengisian 3idr&gen (4e$an %eiger! "##) B. Kekurangan B.1. 3idr&gen
1idrogen sulit untuk diproduksi dan disimpan. Saat ini proses produksi hidrogen masih sangat mahal dan membutuhkan input energi yang besar (artinya: efisiensi produksi hidrogen masih rendah). Untuk mengatasi kesulitan ini, banyak negara menggunakan teknologi reforming hidrokarbon/fosil untuk memperoleh hidrogen. Tetapi #ara ini hanya digunakan dalam masa transisi untuk menuju produksi hidrogen dari air yang efisien. B.". 4ensii$ ada K&naminasi 5a-asing
Fuel cell membutuhkan hidrogen murni, bebas dari kontaminasi 5at6asing. 7at6
asing yang meliputi sulfur, #ampuran senya3a karbon, dll dapat menonaktifkan katalisator dalam fuel #ell dan se#ara efektif akan menghan#urkannya. *ada
mesin kalor pembakaran dalam ( internal combustion engine ), masuknya 5at6 asing tersebut tidak menghalangi kon0ersi energi melalui proses pembakaran. B.+. 3arga Kaalisa&r Plainum Mahal
Fuel cell yang diaplikasikan pada industri otomotif memerlukan katalisator
yang berupa *latinum untuk membantu reaksi pembangkitan listrik. *latinum adalah logam yang jarang ditemui dan sangat mahal. 4erdasarkan sur0ei geologis ahli US, total #adangan logam platinum di dunia hanya sekitar "" juta kg (4ru#e Tonn and 8as Sujit, !""). 8an pada saat ini, diperkirakan teknologi fuel cell berkapasitas " k9 memerlukan "" gram platinum sebagai katalisator (8+%, !"""). Misalkan penerapan teknologi fuel cell berjalan baik (meliputi: penghematan pemakaian platinum pada fuel #ell, pertumbuhan pasar fuel #ell rendah, dan permintaan platinum rendah) maka sebelum tahun !"" diperkirakan sudah tidak ada lagi logam platinum (nna Monis Shipley and ;. $eal +lliott, !""). Untuk itulah diperlukan penelitian untuk menemukan jenis katalisator alternatif yang memiliki kemampuan mirip katalisator dari platinum. B.. Pembekuan
Selama beroperasi, sistem fuel cell menghasilkan panas yang dapat berguna untuk men#egah pembekuan pada temperatur normal lingkungan. Tetapi jika temperatur lingkungan terlampau sangat dingin (6" s/d 6!" ) maka air murni yang dihasilkan akan membeku di dalam fuel cell dan kondisi ini akan dapat merusak membran fuel cell (8a0id 2eenan, "/"/!""). Untuk itu harus didesain sebuah sistem yang dapat menjaga fuel cell tetap berada dalam kondisi temperatur normal operasi.
%ambar-#11 Tes M&bil Bermesin Fuel Cell ada K&ndisi Bersal6u B.. Tekn&l&gi Tinggi 7 Baru
*erlu dikembangkan beberapa material alternatif dan metode konstruksi yang baru sehingga dapat mereduksi biaya pembuatan sistem fuel cell (harga komersial saat ini untuk pembangkit listrik dengan fuel #ell <="""/k9) (>a0it 8rake, !?/"/!"").
Tabel-##8 Biaya 9n'esasi! /erasi&nal! Pemeliharaan Jenis Jenis Fuel Cell (Anna M&nis 4hiley and 0. :eal Elli&! "##)
8iharapkan dimasa depan dapat dihasilkan sebuah sistem fuel cell yang lebih kompetitif dibandingkan mesin bakar/otomotif kon0ensional (harga saat ini: =!"/k9) dan sistem pembangkit listrik kon0ensional (harga saat ini: ="""/k9) (Matthe3 M. Men#h, !/"/!""). Teknologi baru tersebut akan mampu
menghasilkan reduksi biaya, reduksi berat dan ukuran, sejalan dengan meningkatnya kehandalan dan umur operasi ( lifetime ) sistem fuel cell . *enggunaan sistem fuel cell dalam industri otomotif minimal harus memiliki umur operasi .""" jam (eki0alen "".""" mil pada ke#epatan ! mil per jam) dan dalam industri pembangkit listrik minimal harus memiliki umur operasi ".""" jam (Matthe3 M. Men#h, !/"/!""). B.*. Keiadaan 9n$rasrukur
@nfrastruktur produksi hidrogen yang efektif belum tersedia. Tersedianya teknologi manufaktur dan produksi massal yang handal merupakan kun#i penting usaha komersialisasi sistem fuel cell . Mel ambungnyahar gaBBM t akmembuatpenggunaanbahanbakarf osi l ber kur ang.Memangsudah s a at n y ad i p i k i r k anme nc ar i p en gg an t i BBM.T ek n ol o gif uel c el l bi s ame nj adi s al ahs at ual t er nat i f .Namun ent ahk apanr eal i s as i n y a. Su mb ere ne r g ia l t e r n at i fs u da hl a mad i d en gu ng k anu nt u ks e ge r ad i p ak a i .Ba hk a nDe pa r t e me nEn er g i danSumberDay aMi ner al ( ESDM)menar get kanpadat ahun2020mendat angpenggunaanener gi al t er nat i fs udahmenc apai l i maper s en.Kebi j ak ani hwal ener gi al t er nat i fpunt akkal ahbany ak .Dar i s i s i t e kn ol o gi d ank e t e r s ed i a anb ah anb ak uj u gas u da ht a kd i r a gu ka nl a gi . Sa l a hs a t ut e kn ol o gi y a ngd i t a war k a na dal a hf uel c el l y a ngbe r b ah anba k ard as a rh i d r o ge n."f uel c el l a da l a hp er a ng k ate l e k t r o ni k ay an gma mp ume ng on v e r s i p er u ba ha ne ne r g ib eb ass u at ur e k as i el ek t r oni k i amenj adi ener gi l i s t r i k , "j el asI s di r i y ani Nur di n,penel i t i s ek al i guspengaj ardi Depar t emen T ek ni kKi mi aI ns t i t utT ek nol ogi Band ung( I TB)d al am di s k us i menge nai t ek nol o gif uel c el l di Bal ai Pe ng k aj i a nd anPe ne r a pa nT ek n ol o gi ( BPPT) ,J ak ar t a ,ak h i rp ek ans i l a m. Pr i ns i pk er j af uel c el l ad al a hp r o s esel e k t r o k i mi ad ima nah i d r o ge nd ano k s i g end i g un ak a ns e ba ga ib ah an bakar .Komponenut amaf uel c el l t er di r i dar i el ek t r ol i tber upal api s ank hus usy angdi l et ak kandi ant ar a duabuahel ek t r oda.Pr os eski mi ay angdi s ebutper t uk ar ani ont er j adi di dal am el ek t r ol i ti ni dan menghas i l k anl i s t r i kser t aai rpanas .f uel c el l me ngh as i l k ane ne r g il i s t r i kt a np aa da ny ap emb ak ar a nd ar i b ah anb ak ar n y a,s e hi n gg at i d akad ap ol u si . Kendal a
Be r b ed ad en ga nb at e r a i ,f uel c el l t i d akhan y amen yi mpant e t api j ug amenghas i l k anen er gi l i s t r i ks ec ar a b er k e s i n amb un gans el a mama si had ap as o ka nb ah anba k ar .Ke l e bi ha nt e kn ol o gi y a ngol e hI s di r i y a ni i n i
d i i n do ne si a k anme nj a di s e lt u na ma da l a hefi s i e ns i n y a,t i d akb i s i ng ,h amp i rt a kme ng ha si l k anb ah an p en ce ma rs a mas ek al i ,s er t aba ny a kpi l i h anba ha nb ak ar . Wa l a ud emi k i a n,d ar i s i s i t e k ni sdi a ng ga ph i dr o ge nmer u pa ka nb ah anb ak arp al i n gi de al b ag is el t u na m. Menur utI s di r i y ani i ni di s eb abk anhi dr o genmempun y ai k andung anen er gi p ers at uanb er att er t i nggi di a nt a r ab er b ag ai j e ni sba ha na k ar .Y an gme nj a di ma s al a ha da l a hp r o s esme ng ha s i l k a nh i d r o ge n.Wa l a u h i d r o ge nme r u pa k anun s ury a n gp al i n gb an y a kt e r d ap atd ia l a ms e me s t ana mu nk e be r a da an ny at e r i k a t s e bag ai s e ny a waok s i d a.Ma kaun t ukme ng ha si l k anga shi dr o ge nd i p er l u ka nt e nag al i s t r i ky a ngs eb ag i a n b es ardi h as i l k and ar i s umb ere ne r g ip en y eb abp ol us i . Ma s al a hl a i ny a nga k ant i mb ul j i k ah i d r o ge nd i g un ak a ns e ba ga ib ah anb ak a ra d al a hk e bu t u ha n i nf r as t r uk t urunt ukp en di s t r i bus i anhi dr ogenk et empatpen ggunan y a." Al t er nat i f n y aa dal ahmembangu n t empatp en gi s i anu l angb ah anbak arb es er t adeng anpemb angk i t n y as ek al i g us , "paparI s di r i y ani .I ni l ah y a ngb an y a kdi l a k uk a ndi s e j u ml a hn eg ar ama j uy a ngs u da hme ng ap l i k a s i k a ns el t u na ms e ba ga ib ah an b ak a rk e n da r a a n. Di b an y akn eg ar ama j u ,t e kn ol o gi s el t u na ms u da hb uk anba r a ngbar ul a gi .Ne gar as ep er t i Amer i k a Ser i k at( AS) ,J epang,J er manat auI nggr i st el ahmengembangk ant ek nol ogi i ni s ej akl ama .Di neg ar ai ni y a n gme nj a di p emi c up e ma k a i a nh i d r o ge ns e b ag a ib ah a nb ak a rk e n d ar a ana da l a hi s ul i n gk u n ga nd an k o ns er v a si e ner g i .Pr o du se nk e nd ar a ans e pe r t i Gen er a lMo t or s( GM)mi s al n y as ud ahmer i l i sp r o t o t i p e mo bi l b er b ah anb ak a rh i d r o ge n.Mo bi l y a ngr e nc a na ny aak a nk o me r s i a lp ad at a hu n2 01 0i n i me ng gu na k a ns e l t u n am b er b en t u kwa f e ry a n gb er f u ng s i me mi s a hk a na t o mh i d r o ge nme nj a di p r o t o nd an el ek t r on.Denganmemak ai el ek t r onse bag ai ar usl i s t r i k ,di g ab ungk anpr o t onde ng anok s i g endar i udar a, s e hi n gg ah as i l s amp i n gn y aha ny aua pa i r . Un t u kme ng ha si l k ant e na gap en gg er a kmo bi l d i p er l u ka nr a ng ka i a ny a ngt e r di r i d ar i 37 2s e lwa f e r .Ke nd at i s u da hma mp ume ng ap l i k a s i k a nt e k no l o gi t e r s e bu t ,b uk a nb er a r t i s e mu an y ab er j a l a nmu l u s .GM me ng k l a i mb ah wabe r k e n da r ad i a t a st a ng k i h i d r o ge nma mp ata ma tt i d akn y a ma nd i b a nd i n gd en g and i a t a st a ng k ib en s i n .Mo bi l y a n gs e mp atd i p ame r k a nd al a ma j a ngNo r t hAme r i c a nI n t e r n at i o na lAu t oSh ow i n id ap atme ne mp uhj a r a kh amp i r5 00k i l o me t e rs e be l u mh ar u sme ng i s i u l a ngb ah anba k ar .Se l a i na da k endal adi bi dangk en y amana n,mo bi l hi dr og eni ni r el at i fmahal ,y ak ni s ek i t ar700. 000dol arAS. Bu l a nl a l u ,p er u s ah aa na s al Ka na dame l u nc u r k a ng en er a t o rs e lt u na m mo de lE8Po r t a bl ePo we ry a ng b er i s i d uabua hmo du ls e lt u na m Po we r s t a ckMC2 50 .Pe mb an gk i tl i s t r i kp or t ab el i n imemp un y ai k a pas i t a s2 , 4k Wd en ga nt e ga ng an4 8Vd cpa daar u s5 0Ad ane fi si e ns i l i s t r i kl e bi hd ar i 50pe r s en . Pe mb an gk i ti n id i t uj u k anb ag ip en er a pans t a si o ne rs e pe r t i b ac kupu nt u kt an gg apd ar ur a tba gi p en ggu na k omer s i al maupunmi l i t er . Komput erHi dr ogen
Bu k a nh an y ak e nd ar a anbe r mo t o rs a j ay a n gd i a ng g apl a y a kme ma nf a at k a ns e l t u na m,me l a i n k a nj u ga bi dan gt ek nol ogi i nf or mas i ( TI ) .Pr odus enk omput erj i nj i ng( l apt op)J epangmi s al n y a,mengembangk an t ek nol ogi i ni pa das ej uml ahpr oduk ny a.Ti daks emuas el t u nam bi s adi pak ai u nt ukal atel ek t r o ni kpor t ab el , h an y ase lt u na m me t an ol l an gs un g( d i r e ctme t h an olf uel c el l )y a ngt e r ma su ks e lt u na ma l k al i ns aj ay a ng
b i s a.Ap ab i l adi p r o duk s i s e ca r ama sa lma k ah ar g as el t u na mb i s ab er s ai n gd en ga nb at e r ai Li t h i u mi o n y angk i ni b an y akdi gunak an.Dens i t asener gi n y ab ahk anb i s a51 0k al i l ebi hbes arbat er ai Li t hi umi o n. Ba ga i ma nad iI n do ne si a "Ac h y arUmr i ,p en el i t i d ar i Pu sa tPe ne l i t i a nFi s i k aL emb ag aI l muPe ng et ah ua n I n do ne si a( L I PI )me ny a t a k ans el t u na mh an y as e ba ga ik o nv e r t e ra l i a spe mb an gk i ts aj a.Ba ha nb ak ar u t a ma ny aa dal a hh i dr o ge ny a ngs umb er n y as an ga tb an y akdi I n don es i a ." Pos i s i I n do nes i ad it i n gk atAs i a dal am pe ng has i l a nener gi perk api t an y amas i hsa ng atr end ah.Pada hal s umberen er gi al t er nat i ft er s ebar b eg i t ub an y ak , ?u j a rAc h y ar .Hi dr o ge nd i a ng ga ps e ba g ai ener gi al t er n at i fpal i ngi deal k ar enahi dr oge nmer upak anbaha nuni v er s al de ng anj uml aht akt er bat as d any an gj e l a sr a ma hl i n gk u ng an . Namunbagai manadengankebi j akanpemer i nt ahsendi r i ?
Ke bi j a ka ndi b i d an ge ne r gi a l t e r n at i fmema ngs ud ahc uk u pb an y ak .Ev i t aLe go wo ,Ke pal aPu sa t Penel i t i andanPengembanganTekni kMi ny akdanGasESDM menekankanpi hakny aamatmendukung p en g emb a ng a nt e k n ol o gi s e l t u na mb er b ah anda s a rh i d r o ge n.I aba hk a nme ng a j a ks e mu ap i h aky a n g b er k e pe nt i n ga nu nt ukme nd i s k us i k a nl a ngk a hk e bi j a k ana pay a ngp er l ud i a mb i l d emi t e r e al i s as i n y a apl i k as i t ek nol ogi t er s eb ut .Mas al ahadal ah:apabi l adi n egar amaj uy an gs uda hber has i l meng apl i k as i k ann y as aj at ek nol ogi t er s ebutmas i hber upapr o t ot i pe,ber ar t i bagi I n don es i amas i h di but u hk anj al anpanj angd anber l i k u.
Anda mungkin pernah mendengar tentang teknologi fuel cell. Pada tahun 2003,
Presiden
Amerika
Bush
mengumumkan
sebuah
program
yang
disebut Hydrogen Fuel Initiative (HFI). Initiatif ini bertujuan untuk mengembangkan kendaraan yang ramah lingkungan dan hemat biaya dan sumber energi dari kendaraan tersebut adalah hidrogen (fuel cell).
Amerika Serikat telah mendedikasikan dana sekitar lebih dari satu miliar dolar untuk penelitian fuel cell ini. Jadi apa sebenarnya fuel cell itudan !engapa Amerika serikat berani mengucurkan dana miliaran dollar hanya untuk teknologi fuel cell ini "uel cell adalah perangkat kon#ersi energi elektrokimia. Sebuah sel bahan bakar mengubah bahan kimia hidrogen dan oksigen sehingga menghasilkan listrik $%. "uel cell ini menghasilkan tenaga listrik secara e&sien dan tanpa polusi. 'idak seperti sumber energi yang menggunakan bahan bakar fossil. Perangkat elektrokimia lain yang telah kita kenal selama ini adalah baterai. Sebenarnya prinsip ker(a fuel cell mirip dengan prinsip baterai yang mengubah energi kimia men(adi energi listrik. )anya sa(a aliran bahan kimia di baterai tidak terus mengalir sehingga akan terputus dan membuat kita untuk mengisi ulang baterai tersebut. Sedangkan pada fuel cell, aliran bahan kimia mengalir
terus ke dalam sel secara sirkulasi sehingga tidak pernah terputus. untuk lebih dekatnya mari kita lihat tipe*tipe dari teknologi fuel cell terlebih dahulu+
Tipe-Tipe Fuel Cell Ada beberapa (enis fuel cell, masing*masing menggunakan bahan kimia yang berbeda. "uel cell biasanya diklasi&kasikan berdasarkan suhu operasi mereka dan (enis elektrolit yang mereka gunakan. Beberapa (enis fuel cell ada yang digunakan untuk pembangkit listrik stasioner. Selain itu (uga berguna untuk aplikasi portabel kecil atau untuk menyalakan mobil. Berikut di baah ini adalah tipe*tipe dari fuel cell+
Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) $epartemen -nergi amerika serikat $/- sangat fokus untuk meriset P-!"% karena (enis ini yang mempunyai peluang besar untuk aplikasi transportasi. P-!"% memiliki kepadatan daya yang tinggi dan suhu operasi yang relatif rendah 10 sampai 0 dera(at %elsius sehingga tidak butuh aktu lama untuk pemanasan dalam menghasilkan listrik.
Solid xide Fuel Cell (SFC) S/"% ini adalah tipe yang paling cocok untuk digunakan dalam skala besar pembangkit listrik stasioner yang dapat menyediakan listrik untuk pabrik atau kota. Jenis fuel cell ini beroperasi pada suhu yang sangat tinggi 00 sampai 4.000 dera(at %elsius. !ungkin Suhu tinggi ini lah yang akan men(adi sedikit masalah ketika fuel cell sedang beroperasi karena fuel cell akan pecah (ika tiba tiba mati. 5amun, (enis S/"% ini sangat stabil bila digunakan secara terus menerus. Bahkan, S/"% telah menun(ukkan masa operasi terpan(ang dari setiap sel bahan bakar dalam kondisi operasi tertentu. Suhu yang tinggi (uga memiliki keuntungan karena uap yang dihasilkan oleh sel bahan bakar dapat disalurkan ke turbin untuk menghasilkan listrik yang lebih banyak. Proses ini disebut co* generasi panas dan daya %)P dan meningkatkan e&siensi keseluruhan sistem.
!lkaline Fuel Cell (!FC) Jenis A"% 6ni adalah salah satu desain tertua untuk kategori fuel cell. Program luar angkasa Amerika Serikat telah menggunakan mereka se(ak 4710*an. 8ekurangan A"% ini sangat rentan terhadap kontaminasi dengan 9at lain sehingga membutuhkan hidrogen murni dan oksigen. Selain itu, A"% (uga sangat mahal sehingga (enis fuel cell yang satu ini tidak mungkin dikomersialkan.
Molten-Carbonate Fuel Cell (MCFC)
Seperti S/"%, (enis ini (uga paling cocok untuk pembangkit listrik stasioner besar. !ereka beroperasi pada 100 dera(at %elcius dan mereka dapat menghasilkan uap yang dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga lebih.
Phosphoric*Acid "uel %ell PA"% fuel cell asam fosfat ini memiliki potensi untuk digunakan dalam sistem tenaga* generasi kecil stasioner. 6a beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dari fuel cell P-!"% sehingga memiliki aktu yang lebih lama dalam hal pemanasan dari kondisi aal. )al ini lah yang membuat PA"% ini tidak cocok untuk digunakan dalam sistem mobil.
$irect*!ethanol "uel %ell $!"% fuel cell metanol ini sebanding dengan P-!"% dalam hal suhu operasi hanya sa(a kurang e&sien. $!"% membutuhkan (umlah platinum yang relatif besar untuk bertindak sebagai katalis. $ari keseluruhan tipe fuel cell diatas amerika paling berfokus riset pada tipe P-!"% sebagai sumber energi pada kendaraan di masa mendatang. Polymer e:change membrane fuel cell P-!"%merupakan salah satu teknologi fuel cell yang paling men(an(ikan untuk digunakan sumber energi dalam kehidupan sehari*hari kita seperti mobil, bus dan bahkan mungkin rumah kita. P-!"% menggunakan salah satu reaksi yang paling sederhana dari setiap fuel
cell.
$alam ;ambar di atas Anda dapat melihat ada empat elemen dasar dari sebuah P-!"%+ •
Anoda Anoda memiliki beberapa fungsi untuk membebaskan elektron dari molekul hidrogen sehingga mereka dapat digunakan dalam sebuah sirkuit eksternal yang memiliki saluran ke dalam untuk membubarkan gas hidrogen di atas permukaan katalis.
•
8atoda 8atoda memiliki saluran untuk mendistribusikan oksigen ke permukaan katalis. )al ini (uga menyebabkan elektron kembali dari sirkuit eksternal ke katalis, di mana mereka dapat bergabung kembali dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.
•
-lektrolit -lektrolit adalah membran pertukaran proton. Bahan ini diperlakukan khusus hanya untuk mengalirkan ion bermuatan positif dan membran menghadang aliran elektron. pada P-!"%, membran harus terhidrasi agar dapat berfungsi secara stabil.
•
8atalis 8atalis adalah bahan khusus yang memfasilitasi reaksi oksigen dengan hidrogen. 8atalis ini biasanya terbuat dari platinum nanopartikel yang sangat tipis dan dilapisi dengan kertas karbon atau kain.
-
Pengurangan polusi adalah salah satu tu(uan utama dari teknologi fuel cell. $engan membandingkan sistem fuel cell dengan sistem mobil bensin dan mobi listrik bertenaga baterai, Anda dapat melihat bagaimana fuel cell dapat meningkatkan e&siensi mobil pada saat ini. 8arena dari semua sistem sumber energi mobil di atas memiliki banyak komponen yang sama yaitu ban, transmisi, dan sebagainya, kita akan mengabaikan bagian mobil dan membandingkan e&siensi mereka sampai ke titik dimana daya dan torsi yang dihasilkan. !ari kita mulai dengan mobil dengan sistem fuel cell. Jika sistem fuel cell ini didukung dengan hidrogen murni maka ia memiliki potensi e in#erter kita asumsikan sekitar 0 persen. Jadi kita memiliki e&siensi 0 persen dalam menghasilkan listrik dan e&siensi 0 persen untuk mengubahnya men(adi energi mekanik. $an secara keseluruhan (ika di(umlahkan maka e
-&siensi
mobil
bertenaga
bensin
pada
kenyataannya cukup rendah. Semua panas yang keluar sebagai gas buang atau yang masuk ke radiator banyak terbuang sia sia. !esin mobil bensin ini (uga banyak dibebani untuk memutar berbagai euipment yaitu pompa, kipas angin dan generator. Jadi e&siensi keseluruhan mesin bensin dapat diperkirakan sekitar 20 persen. Artinya, hanya sekitar 20 persen dari konten thermal energi bensin diubah men(adi energi mekanik. Sedangkan mobil listrik bertenaga baterai memiliki e&siensi cukup tinggi. -&siensi Baterai diperkirakan sekitar 70 persen dan e&siensi motor listrik dan in#erter sekitar 0 persen. )al ini memberikan e&siensi secara keseluruhan sekitar 2 persen. 'api itu bukan keseluruhan cerita. istrik yang digunakan untuk menyalakan mobil harus dihasilkan terlebih dahulu pada suatu tempat. Jika energi tersebut itu dihasilkan di pembangkit listrik yang menggunakan proses pembakaran batu bara dan bukan angin, nuklir, tenaga air, ataupun tenaga surya maka e&siensi dari mobil listrik ini hanya sekitar ?0 persen (ika kita hitung dari bahan bakar yang dibutuhkan oleh pembangkit listrik dikon#ersi men(adi listrik hingga men(adi energi mekanik yang digunakan untuk menggerakkan ban mobil. Selain itu, proses pengisian mobil (uga harus diubah dari arus listik bolak*balik A% men(adi arus listrik searah $%. Proses pengisian ini memiliki e&siensi sekitar 70 persen. Jadi, (ika kita melihat sistem tersebut secara keseluruhan maka e&siensi mobil listrik sekitar 2 persen untuk sistem mobil dan ?0 persen untuk pembangkit listrik lalu 70 persen untuk sistem pengisian mobilnya. maka (ika kita lihat secara keseluruhan maka akan diperkirakan sebesar 21 persen. Sebenarnya e&siensi secara keseluruhan pada mobil listrik ini masih ber#ariasi dan
tergantung pada (enis pembangkit listrik yang digunakan. Jika sumber energi listrik yang digunakan pada mobil listrik ini bersumber pada pembangkit listrik tenaga air, angin, sinar mataharisolar cell, panas bumigeothermal yang pada dasarnya adalah gratis maka e&siensi mobil listrik tersebut bisa kita katakan sekitar 1C persen. Para ilmuan sekarang sedang meneliti dan mendesain penyulingan untuk terus meningkatkan e&siensi dari sistem fuel cell. Satu pendekatan adalah untuk menggabungkan fuel cell dengan baterai. "ord !otors dan Airstream sedang mengembangkan sebuah kendaraan konsep yang diaktifkan oleh dri#etrain fuel cell hybrid bernama )ySeries $ri#e.
'antangan $ari 'eknologi "uel %ell 'eknologi fuel cell mungkin bisa men(adi salah satu (aaban untuk masalah kita terhadap kebutuhan energi kita pada saat ini, tetapi para ilmuan telah mengungkapkan beberapa masalah utama, yaitu+
Biaya Banyak dari potongan*potongan komponen fuel cell yang sangat mahal. =ntuk sistem P-!"%, membran pertukaran proton, katalis logam mulia biasanya platinum, lapisan difusi gas, dan pelat bipolar membentuk 0 persen dari sistem biaya DSumber+ Penelitian $asar 8ebutuhan untuk -konomi )idrogenE. Agar harganya kompetitif (ika dibandingkan dengan kendaraan bertenaga bensin maka sistem fuel cell harus memberikan biaya sebesar F 3C per kiloatt. Saat ini, harga produksi #olume tinggi yang diproyeksikan sekitar F 3 per kiloatt DSumber+ ;arlandE.
Daya Tahan Para peneliti harus mengembangkan P-!"% membran yang tahan lama dan dapat beroperasi pada suhu lebih besar dari 400 dera(at %elcius dan (uga masih berfungsi di sub*nol suhu ambien. 'arget suhu 400 dera(at %elsius diperlukan agar fuel cell memiliki toleransi yang lebih tinggi untuk kotoran dalam bahan bakar.
Hidrasi 8arena membran P-!"% harus terhidrasi untuk mentransfer proton hidrogen, penelitian harus menemukan cara untuk mengembangkan sistem fuel cell yang dapat terus beroperasi dalam suhu di baah nol, lingkungan kelembaban rendah dan suhu operasi yang tinggi. Pada sekitar 0 dera(at %elsius, hidrasi hilang tanpa sistem hidrasi tekanan tinggi.
Delivery Gencana 'eknis untuk fuel cell menyatakan baha teknologi compressor udara yang tersedia saat ini tidak cocok untuk digunakan karena ini akan menyebabkan sistem pengiriman bahan bakar hidrogen bermasalah.
Infrastruktur Agar P-!"% kendaraan ini bisa men(adi alternatif bagi konsumen maka harus ada generasi hidrogen dan infrastruktur pengiriman. %ontoh 6nfrastruktur tersebut adalah pipa, transportasi truk, stasiun pengisian bahan bakar dan pembangkit hidrogen.
afety Ada (uga masalah keamanan yang terkait dengan penggunaan fuel cell. Para 6nsinyur harus merancang sistem pengiriman hydrogen ini secara aman dan reliable.
Ener giHi j auBer l i mbahUapAi r De wi Ma r t a ni n gt y a s( Ki mi aI TB) MENI NGKATNYApenguasaanr uang,wakt u,danmat er i menunt utsemaki nbesar nya s umberener gi y angdi per l uk an.Sebuts aj aal att r ans por t as is eper t i mobi l at aubus ,al at k omuni k as is eper t i l apt op,handphonedant el ev i s i ,per al at anr umaht angga,s ampai es k al at orat aul i f td iged ungber t i ngk at .Semuabe ndat adi memer l uk anener gi .T anpa pas ok anener gi ,s egal aj eni st ek nol ogi t er s ebutt i dakak anber f ungs i .
T e k no l o gi k o n v en s i o na lme ng gu na k anmi n y a kb umi s e ba ga is u mb ere ne r g id i p an da ng k u r a nge fi s i e ns e r t ame ni mb ul k a np ol u s iu da r a .Pe mb ak a r a nmi n y a kbu mi me ng ha s i l k a nk ar b onmo no k s i d a( CO)d ank a r b on di o k s i d a( CO2 )y a ngbe r b ah ay a . Sebagai s ol us i ,bar ubar ui ni t el ahdi k embangk ant ek nol ogif uel c el l y angt er us me ng al a mi r i s e td anpe ng emb an ga nd ib eb er a pane ga r ama j u .T e k no l o gif uel c el l i ni di pandangl ebi hefi s i en,t i dakmeni mbul k anpol us is eper t i hal n y apembangk i tener gi t e na gami n y a kb umi . Beber apanegar amaj us eper t i J epang,Amer i k aSer i k at ,J er man,I nggr i s ,danPr anc i s s u da hmu l a ime ne r a pk a nt e k no l o gif uel c el l p ad ap emb an gk i te ne r g id ig ed un gg ed un g ber t i ngk atdanr umaht angga,bus ,mobi l ,at aual at al atel ek t r oni ks eper t i PDAdan h an dp ho neda l a mb en t u kpr o t o t i p e.Ba hk a n,b eb er a papi h aks u da hme ng ome r s i a l k a n t ek nol ogi i ni s eper t i y angdi l ak uk anpabr i k anToy ot adanMer c edesbenz . Danayangdi but uhkandal am mengembangkandanmewuj udkant eknol ogiener giyang r a mahl i ng k un ga nme mb ut uh k ani n v es t a s iy a ngs a ng atb es ar .Ba r ub ar ui n ip eme r i n t a h Ci nabeker j asamadenganUNDP( Uni t edNat i onsDevel opmentPr ogr am)danGEF ( Gl o ba lEn v i r o nme n tF un d)a k a nme me s a ne na mu ni tb ust e na gaf uel c el l s e bag ai bent ukk epedul i anpemer i nt ahCi nadal am memi ni mal k anpol us i udar a.T ot al i n v es t as i y angdi k el uar k ans ek i r a33j ut adol arAS.Busi ni ak anmengal ami uj i c oba,l a y ak ny adi n eg ar a n eg ar amaj uy a ngt e l a hme nc ob ap r o t o t i p eb usf uel c el l s el a mal i mat a hu n. Teknol ogiseder hana f uel c el l a dal ahal atk o nv e r s ie ner gi e l ek t r ok i mi ay angak anmengubahhi dr ogendan ok s i genmenj adi ai r ,s ec ar aber s amaanmenghas i l k anener gi l i s t r i kdanpanasdal am p r o s e s n y a .f uel c el l mer upak ans uat ubent ukt ek nol ogi s eder hanas eper t i bat er ai y a ng dapatdi i s i bahanbak aru nt ukmendapat k anener gi n y ak e mbal i ,dal am hal i ni y a ng me nj a di b ah anb ak a ra da l a ho k s i g end anh i d r o ge n. La y ak ny asebuahbat er ai ,s egal aj eni sf uel c el l memi l i k iel ek t r odapos i t i fdannegat i f at audi s ebutj ugak at odadananoda.Reak s ik i mi ay angmenghas i l k anl i s t r i kt er j adi padael ek t r oda.Sel ai nel ek t r oda,s at uuni tf uel c el l t er dapatel ek t r ol i ty angak an membawamuat anmuat anl i s t r i kdar i s at uel ek t r odak eel ek t r odal ai n,s er t ak at al i sy ang a k anme mp er c e pa tr e ak s i d ie l e k t r o da .Umu mn y ay a ngme mb ed ak a nj e ni s j e ni sf uel c el l adal ahmat er i al el ek t r ol i ty angdi gunak an.Ar usl i s t r i kser t apanasyangdi has i l k an s et i apj eni sf uel c el l me r u pa k anp r o du ks amp i n gr e ak s i k i mi ay a ngt e r j a di d ik a t o dad an anoda.
Kar enaen er gi y a ngdi pr oduk s if uel c el l mer upak anr eak s ik i mi apembent uk anai r ,al at k o nv e r s iener gi e l ek t r ok i mi ai ni t i dakak anmengh as i l k anef eksampi ngy a ngber baha y a bagi l i ngk ungans eper t i al atk onv er s iener gi k onv ens i onal ( mi s al ny apr os espembak ar an padames i nmobi l ) .Sedan gk andar i s egi efi s i ens iener gi ,p ener apanf uel c el l pada bat er ai por t abl es eper t i padahandphoneat aul apt opak ansepul uhkal i t ahanl ebi hl ama di bandi ngk andenganbat er ai l i t i um.Danunt ukmengi s ik embal i ener gi ak anl ebi hcepat k ar enaener gi y angdi gunak anbuk anl i s t r i k ,t et api bahanbak arber bent ukc ai rat augas . Car ak er j as uat uuni tf uel c el l dapatdi i l us t r as i k andeng anj eni sPEMFC( pr ot on ex c hangemembr anef uel c el l ) .J eni si ni adal ahj eni sf uel c el l y angmenggunakanr eaks i k i mi ap al i n gs e de r h an a.PEMFCme mi l i k i e mp ate l e me nd as a rs e pe r t i k e b an y a k an j eni sf uel c el l . Pe r t a ma ,a no das e ba ga ik u t u bn eg at i ff uel c el l .An od ame r u pa k a ne l e k t r o day a ngak a n mengal i r k anel ek t r ony angl epasdar i mol ek ul hi dr ogens ehi nggael ek t r ont er s ebut dapatdi gunak andi l uars i r k ui t .Padamat er i al ny at er dapats al ur ans al ur anagargas h i dr og enda pa tme ny e ba rk es el ur u hp er mu k aank at a l i s . Kedua,k at odas ebagai k ut ubel ek t r odapos i t i ff uel c el l y angj ugamemi l i k i s al ur any a ng a k anme ny e b ar k a no k s i g enk es el u r u hp er mu k aa nk a t a l i s .Ka t o daj u gab er p er a nd al a m mengal i r k anel ek t r ondar i l uars i r k ui tk edal am s i r k ui ts ehi nggael ek t r onel ek t r on t er s eb utd ap atb er g ab un gd en ga ni o nh i d r o ge nd anok s i g enunt u kmemb en t u kai r . Ke t i g a,e l ek t r o l i t .Yan gdi g una k anda l a m PEMFCa dal a hme mb r a np er t uk a r a npr o t o n ( pr ot onex c hang emembr ane/ PEM) .Mat er i al i ni b er bent uks eper t i pl as t i kp embungk u s y a ngh an y ad ap atme ng al i r k ani onb er mu at a np os i t i f .Se da ng k ane l ek t r o ny a ng b er mu at a nne ga i ft i da ka k anme l a l u imemb r a ni n i .De ng ank a t al ai n,me mb r a ni n iak a n me na ha nel e k t r o n. Keempat ,k at al i sy angdi gunak anunt ukmemf as i l i t as ir eak s iok s i gendanhi dr ogen. Kat al i sumumn y at er buatdar i l embar ank er t ask ar bony angdi ber i s el api st i pi sbubuk pl at i na.Per muk aank at al i ss el al uber por i dank as ars eh i ngg as el ur uhar eaper muk aan pl at i nadapatdi c apai hi dr ogendanok si gen.Lapi s anpl at i nak at al i sber bat as an l a ng s un gd en ga nme mb r a np en uk a ri o np os i t i f ,PEM. Padai l us t r as ic ar ak er j aPEMFC,di per l i hat k angashi dr ogeny angmemi l i k it ek anan t er t e nt ume ma s uk i f uel c el l di k u t u ba nod a.Gashi dr og eni n ia k anb er ea k s id en ga n k a t a l i sde ng and or on ganda r i t e ka nan .Ke t i k amo l e k ul H2k o nt akde ng anp l a t i n um p ad a
k at al i s ,mol ek ul ak ant er pi s ahmenj adi duai onH+danduael ek t r on( e) .El ek t r onak an mengal i rmel al ui anoda,el ek t r onel ek t r oni ni ak anmembuatj al urdi l uars i r k ui tf uel c el l danmel ak uk ank e r j al i s t r i k ,k e mudi anmengal i rk embal i k ek ut ubk at odap adaf uel c el l . Di s i s il ai n,padak ut ubk at odaf uel c el l ,g aso k s i g en( O2 )d i d or o ngga y at ek a nk e mu di an b er ea k s id eng ank a t a l i sme mb en t ukduaat om ok s i ge n.Se t i a pat om ok s i g eni n ime mi l i k i muat annegat i fy angsang atbes ar .Muat anneg at i fi ni a kanmenar i kduai o nH+k e l uar d ar i memb r a nPEM,l a l ui o ni o ni n ib er g ab un gde ng ans a t ua t o mo k s i g end ane l e k t r o nel ek t r ondar i l uars i r k ui tunt ukmembent ukmol ek ul ai r( H . 2O) Padas at uuni tf uel c el l t er j adi r eak si k i mi ay angt er j adi di anodadank at oda.Reak si y a ngt e r j ad ip ad aa no daa da l a h2H2>4H++4e .Seme nt a r ar e ak s i y a ngt e r j a di p ad ak a t o daa da l a h2+4H++4 e->2H2 O.Se hi n gg ak e s e l u r u ha nr e ak s i p ad af uel c el l adal ah2H2+O2>2H2O.Has i l s ampi ngr eak s ik i mi ai ni a dal a ha l i r anel ek t r on y angmenghas i l k anar usl i s t r i kser t aener gi panasdar i r eak s i . Sat uuni tf uel c el l i ni menghas i l k anener gi k ur angl ebi h0, 7v ol t .Kar enai t uunt uk me me nu hi e ne r g is a t uba t e r a ih an dp ho neat a ume ng ge r a k k ant u r b i nga sda nme s i n mobi l ,di but uhk anber l api s l api suni t f uel c el l di k u mp ul k anme nj a di s at uu ni tb es a ry a ng di s ebuts ebagai f uel c el l s t ac k. Penge mbangan" " f u e l c e l l Par apenel i t i t er usmengemb angk ant ek nol ogif uel c el l agarl ebi hefi si en,t i dakmahal , danmudahdi gunakan.Si st em f uel c el l banyakmengal ami pengembanganpadaj eni s el ek t r ol i t ny a.Adany aper ubahanj eni sel ek t r ol i tj ugamer ek ay as aj eni smat er i al dan s i s t em el ek t r odan y a.Beber apaj en i sel ek t r ol i ty a ngt el ahdi k embangk anpar ap enemu ant ar al ai nc ai r anal k al i ( al k al if uel c e / l l AFC) ,c ai r ank ar bonat( mol t enc ar bonat ef uel c el l s / MCFC) ,as am f os f at( ph os phor i ca c i df uel c el l s / PAFC) ,me mb r a np er t u k a r a n p r o t o n( p r o t o ne x c h a n geme mb r a nef uel c el l s / PEMFC) ,s er t aok s i dapadat( s ol i d o xi def uel c el l s/ SOFC) . Kebut uhanbahanbakarf uel c el l j ugaber gant ungpadaj eni sel ek t r ol i tt er s ebut , b eb er a pame mb ut u hk a ng ash i d r o ge nmu r n i .Se hi n gg ad i b ut u hk a ns u at ual a ty a n g di s ebutr ef or merunt ukmemur ni k anbahanbak arhi dr ogen.Sedan gk anpadael ek t r ol i t y a ngt i d akme mb ut u hk anga shi d r o ge nmur n i ,d ap atb ek e r j aefi s i enpad at emp er at u r
t i nggi .Danpadabeber apael ek t r ol i tc ai r ,membut uhk ant ek anant er t ent uunt uk mendor onggashi dr ogen. Ba ha nb ak a ry a ngbi a s an y ame ng gu na k anga shi d r o ge nb er t e k an ant i n gg ia t a u hi dr ogenc ai rbagi f uel c el l ,mu l a ime ng al a mi p er u ba ha ns e i r i n gb er k e mb an gn y a t e k nol o gi r ef or me r .Se hi n gg at a kp er l ume mb awat a bu ngg ashi d r o ge nat a uh i d r o ge n c a i ry a n gmu da hme l e da ks e r t ama ha l .Sa l a hs a t uj e ni sba ha nb ak a ry a n gd i g un ak a n a da l a hme t a no ly a ngdi u bahr ef o r me rmen j a di g ash i dr og en . T ek nol og ir ef or mert er bar uadal ahmenggunak annat r i um bor oh i dr i dac ai runt uk me ng ha s i l k a ng ashi d r o ge nmu r n i .Se pe r t i y a n gd i k e mb an gk a np er u s ah aa nMi l l e ni u m Cel l .Reak si k i mi at ek nol ogi i ni dapatdi gambar k ans ebagai ber i k ut: Na BH4( a qu eo uss o l u t i o n)+2 H2 Ok a t a l i s4 H2+Na BO2( a qu eo uss o l u t i o n)+p an as T ek nol og iper us ahaani ni menu nj uk k anbeber apapo t ens i k e l ebi h ana nt ar al ai n,nat r i um bor ohi dr i da( s odi um b or oh y dr i de/ SBH)adal ahmat er i al t i dakmu daht er bak arpa dasuhu dant ek ananr uang,dant i dakper l umur ni dandapatd i l ar ut k andeng anai r ,s ehi ngga mudahdi ba wa,dapatmengont r o lpr oduk s ihi dr ogen,wak t uber oper as i l ebi hl ama. Kat al i si t uj ugat i dakmenunj uk k ank er us ak ans el amal ebi hdar i 600j am oper as i r ef or mers ehi nggal ebi ht ahanl ama,gashi dr ogenbebasdar i pr oduk s is ul f urat au k a r b on ,s er t an at r i u m bo r a ty a ngd i h as i l k a nd apa tdi g una k ank e mb al i u nt u kme mb en t uk nat r i um bor ohi dr i dapadaener gi t er t ent u. Saati ni ,pener apanf uel c el l s e bag ai s u mb eren er g is u dahban y akd i g un ak andi s e l u r u h bel ahanduni a,ant ar al ai npadames i nmobi l ,bus ,bat er ai por t abl eunt ukhandphone, l apt op,PDA,pembangk i tener gi l i s t r i k ,at augener at or gener at orpadagedunggedung, r u ma hs a k i t ,b an da r a ,d anr u ma ht a ng ga .Se me nt a r adi I n do ne s i a ,p en ge mb an ga nf uel c el l b ar umemas uk i t ahappen gemba ng anpembangk i tl i s t r i ks k al ak ec i l at aus ek i r a2 k Wd anak a nd i k o me r s i a l i s a s i k ant a hu n2 00 5. Konsor si um f uel c el l di I n do ne s i as aa ti n it e l a hme ng hi mpu nb er b ag ai l e mb ag ad an i ns t i t us ipenel i t i ank onv er s i ener gi ,danmul ai mel i bat k ank al angani ndus t r i s eper t i Pe r t a mi n ad anMed c og r o up .Pe r a ni n du s t r i d ank e bi j a k anp eme r i n t a hs a ng at b er p en ga r u hba gi p en ge mb an ga nt e k no l o gif uel c el l da l a mr a ng k ap as o k ane ne r g ib ag i mas y ar ak atI ndones i a.Sangatdi but uhk ans t r at egi pemas ar ans er t ai nv es t as ibagi r i s et danpengembanganal atk o nv e r s ie ner gi i n i .
Kesempat anI ndonesi aunt ukmener apkanf uel c el l d al a mr a ng k ame ni n gk a t k a ns e k t o r i ndus t r i t anpamer us aks ek t orper t ani andanper k ebunan.Ba y angk anber j ut aj ut amobi l l a l u l a l a ngt an pamen gh as i l k anas a pb er a cu n,mel a i n k anua pa i ry a ngmamp u mel es t ar i k andanmenghi j auk anduni a. * * *
