Dasar-Dasar Hidrogen

Apa itu Hidrogen ?

Hidrogen adalah unsur paling sederhana. Setiap atom hidrogen hanya memiliki satu proton. Hidrogen juga merupakan gas yang paling berlimpah di alam semesta. Bintang seperti matahari tersusun terutama dari hidrogen.

Matahari pada dasarnya adalah bola raksasa yang tersusun dari gas hidrogen dan helium. Pada inti matahari, atom hidrogen bergabung membentuk atom helium. Proses ini - yang disebut fusi - memancarkan energi radiasi.

Energi radiasi ini menopang kehidupan di Bumi. Energi ini memberi kita cahaya dan membuat tanaman tumbuh. Energi ini membuat angin bertiup dan hujan turun. Energi ini disimpan sebagai energi kimia dalam bahan bakar fosil. Sebagian besar energi yang kita gunakan saat ini awalnya berasal dari energi radiasi matahari.

Gas hidrogen jauh lebih ringan daripada udara sehingga gas ini naik cepat dan dengan cepat dikeluarkan dari atmosfer. Inilah sebabnya mengapa hidrogen sebagai gas (H2) tidak ditemukan dengan sendirinya di Bumi. Gas ini ditemukan hanya dalam bentuk senyawa dengan unsur-unsur lain. Hidrogen digabungkan dengan oksigen, air (H2O). Hidrogen yang dikombinasikan dengan karbon membentuk senyawa yang berbeda, termasuk metana (CH₄), batubara, dan minyak bumi. Hidrogen juga ditemukan dalam segala sesuatu yang tumbuh - misalnya, biomassa. Juga merupakan elemen berlimpah dalam kerak bumi.

Hidrogen memiliki kandungan energi tertinggi dari setiap bahan bakar umum berdasarkan berat (sekitar tiga kali lebih banyak daripada bensin), tetapi kandungan energi terendah berdasarkan volume (sekitar empat kali lebih sedikit daripada bensin).

Hidrogen adalah Pembawa Energi (Energy Carrier)

Pembawa energi memindahkan energi dalam bentuk yang bisa digunakan dari satu tempat ke tempat lain. Listrik adalah pembawa energi yang paling terkenal. 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 PLTA ke konsumen. Bagi banyak kebutuhan energi, jauh lebih mudah untuk menggunakan listrik dibandingkan sumber energi itu sendiri.



Seperti halnya listrik, hidrogen adalah 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 hasil sampingan dari proses kimia lainnya.

Bagaimana Hidrogen Dibuat?

Karena hidrogen tidak ada di bumi sebagai gas, maka hidrogen harus dipisahkan dari elemen-elemen lain. Atom hidrogen dapat dipisahkan dari air, biomassa, atau molekul gas alam. Dua metode yang paling umum untuk memproduksi hidrogen adalah reformasi uap (steam reforming)  dan elektrolisis (pemisahan air). Para ilmuwan telah menemukan bahwa  beberapa ganggang dan bakteri melepaskan hidrogen.

Steam Reforming  adalah Metode yang Luas Digunakan untuk Memproduksi Hidrogen

Steam Reforming saat ini adalah metode yang paling murah untuk menghasilkan hidrogen dan menyumbang sekitar 95% dari hidrogen yang diproduksi di Amerika Serikat. Metode ini digunakan dalam industri untuk memisahkan atom hidrogen dari atom karbon dalam metana (CH4). Namun proses steam reforming menghasilkan emisi gas rumah kaca yang berhubungan dengan pemanasan global1.

Elektrolisis Tidak Menghasilkan Emisi tapi Prosesnya Mahal

Elektrolisis adalah proses yang memecah hidrogen dari air. Hasilnya tidak ada emisi, namun saat ini elektrolisisi masih merupakan proses yang mahal. Teknologi baru saat ini sedang dikembangkan.

Hidrogen dapat dihasilkan pada fasilitas pusat yang besar atau di pabrik kecil untuk penggunaan setempat.

Berapa banyak Hidrogen yang Diproduksi di Amerika Serikat?

Sekitar 9 juta metrik ton hidrogen  diproduksi di Amerika Serikat setiap tahunnya, cukup untuk menggerakkan 20-30 juta mobil atau 5-8 juta rumah. Sebagian besar dari hidrogen ini diproduksi di tiga negara bagian: California, Louisiana, dan Texas.

1. US Environmental Protection Agency, Climate Change State of Knowledge.

Kebanyakan Hidrogen  Digunakan dalam Pengilangan, Merawat Logam, dan Pengolahan Makanan

Hampir semua hidrogen yang dikonsumsi di Amerika Serikat digunakan oleh industri untuk pengilangan, merawat logam, dan pengolahan makanan.

National Aeronautics and Space Administration (NASA) adalah pengguna utama hidrogen sebagai bahan bakar energi, badan ini  telah menggunakan hidrogen selama bertahun-tahun dalam program luar angkasa.  Bahan bakar hidrogen cair Mengangkat  pesawat ulang-alik NASA ke orbit.  Baterai Hidrogen, disebut fuel cell, menjadi daya sistem listrik pesawat ulak-alik. Satu-satunya hasil tambahan adalah  air murni, yang digunakan oleh para kru untuk air minum.

Hydrogen Fuel Cell Menghasilkan Listrik

Hydrogen Fuell Cell (baterai) membuat listrik. Bahan bakar ini sangat efisien, tetapi mahal untuk dibangun. Fuell Cell kecil dapat menggerakkan mobil listrik. Fuell Cell yang besar dapat menyediakan listrik di tempat-tempat terpencil tanpa  sistem transmisi listrik.

Karena biaya tinggi untuk membangun fuell cell, pembangkit listrik hidrogen yang besar tidak akan dibangun untuk sementara waktu. Namun, fuell cell digunakan di beberapa tempat sebagai sumber daya darurat, dari rumah sakit sampai lokasi di padang pasir.

Portable fuell cell  dijual untuk memberikan daya yang lebih lama untuk komputer laptop, ponsel, dan aplikasi militer.

Penggunaan Hidrogen di Kendaraan

Hari ini, ada sekitar 200-300 kendaraan berbahan bakar hidrogen di Amerika Serikat. Sebagian besar kendaraan bus dan mobil menggunakan  motor listrik. Kendaraan-kendaraan ini menyimpan gas hidrogen atau cairan di kendaraan dan mengubah hidrogen menjadi listrik untuk motor/mesin dengan menggunakan fuell cell. Hanya beberapa kendaraan ini membakar hidrogen secara langsung (hampir tidak mengeluarkan polusi).

Biaya kendaraan berbahan bakar fuell cell sekarang  sangat melebihi  kendaraan konvensional, sebagian besar karena biaya produksi fuell cell yang mahal.

Dari Laboratorium ke Jalan

Kendaraan hidrogen mulai bergerak dari laboratorium ke jalan. US Postal Service, sebuah perusahaan pengiriman paket, beberapa penjaga taman, dan beberapa perusahaan utilitas swasta juga telah menggunakan kendaraan hidrogen.

Tantangan Pengisian Bahan Bakar

Saat ini, terdapat 58 stasiun pengisian bahan bakar hidrogen di Amerika Serikat, sekitar setengahnya berlokasi di California. Ada pertanyaan  "ayam dan telur" yang  pengembang hidrogen bekerja keras untuk menyelesaikan, termasuk: siapa yang akan membeli mobil hidrogen jika tidak ada stasiun pengisian bahan bakar? Dan siapa yang akan membayar untuk membangun stasiun pengisian bahan bakar jika tidak ada mobil dan pelanggan?