FKMTF Indonesia

Fuel Cell : The Blue Energy for Future

Kebutuhan masyarakat dunia mengenai Energi sangat besar, dilihat dengan setiap tahunnya jumlah kendaraan selalu meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk. Energi yang digunakan sekarang lebih banyak menggunakan Energi konvensional yang menggunakan minyak bumi sumber utamanya. Energi konvensional dipandang kurang efisien serta menimbulkan polusi udara. Pembakaran minyak bumi menghasilkan karbon monoksida (CO) dan karbondioksida (CO2) yang berbahaya. Jadi, diperlukan usaha yang tepat dalam menjaga kelestarian udara dibumi serta mengantisipasi ketersediaan Energi dimasa yang akan datang. Oleh karena itu dicetuskan salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan yaitu Fuel Cell.

Apa itu Fuel Cell?

Hasil gambar untuk history of fuel cell

Fuel Cell adalah sebuah device yang menghasilkan listrik dengan mengubah energi potensial kimiawi (energi yang tersimpan dalam ikatan molekul) menjadi energi listrik. Sel PEM (Proton Exchange Membrane) menggunakan Gas Hidrogen (H2) dan Gas Oksigen (O2) sebagai bahan bakar. Produk akhir sel PEM adalah Air, Listik dan Panas. Setiap Fuel Cell masing-masing memiliki dua elektroda yang masing-masing disebut anoda dan katoda. Reaksi yang menghasilkan listrik terjadi pada elektroda

Sejarah Fuel Cell?

Fuel Cell telah didemonstrasikan oleh Sir William Robert Grove, seorang ahli hukummerangkap sebagai ahli fisika amatir, padatahun 1839, dengan melakukan pembalikanelektrolisa air, elektrode yang digunakanadalah platina.

Pada tahun 1889, Charles Langer dan Ludwig Mond pertama kali menggunakan istilah Fuel Cell, pada saat mencoba membuat mesin generator dengan menggunakan udara dan gas arang. Pada tahun 1932 Francis Bacon berhasil mengembangkan Fuel Cell.

Untuk menerapkan Fuel Cell dalam penggunaan praktis baru dapat dilakukan 27 tahun kemudian, yaitu sebagai penghasil tenaga listrik untuk alat las dengan kapasitas 5 kW.

Mulai tahun 1950 pihak NASAdi AmerikaSerikat telah melakukan pemanfaatan untukprogram angkasa luar mereka yaitu untukpesawat roket Appolo dan Gemini.

Selama lebih dari 30 tahun, US Department of Technology telah melakukan banyak penelitian dan pengembangan dan pada tahun 1987 mereka mulai menerapkannya pada kendaraan (Suhada 2001).

Prinsip dasar Fuel Cell?

Fuel cell bekerja berdasar prinsip rekasi listrik-kimiawi, sel ini akan memproduksi energi listrik arus searah. Fuel Cell terdiri dari elektrolit yang memisahkan katoda dari anoda, elektrolit hanya dapat menghantar ion saja, sedangkan elektron tidak dapat melewati elektrolit, jadi elektrolit ini bukan penghantar listrik dan juga menghindarkan terjadinya reaksi kimia (Suhada 2001).

Hidrogen di dalam sel dialirkan menuju sisi anoda sedangkan oksigen di dalam udara dialirkan menuju sisi katoda. Pada anoda terjadi pemisahan hidrogen menjadi elektron dan proton (ion hidrogen). Ion hidrogen ini kemudian menyebrang dan bertemu dengan oksigen dan elektron di katoda dan menghasilkan air. Elektron-elektron yang mengandung muatan listrik ini akan menuju katoda melalui jaringan eksternal. Aliran elektron-elektron inilah yang  akan menghasilkan arus listrik.

gambar animasi menunjukkan fungsi sel bahan bakar PEM

Jenis Fuel Cell?

Alkaline Fuel Cell (AFC)

menggambar sel bahan bakar Alkali

Fuel Cell alkali menggunakan larutan kalium hidroksida (KOH) dalam air sebagai elektrolitnya. Fuel Cell jenis ini beroperasi pada hidrogen dan oksigen yang terkompresi. Efisiensi 70%, suhu operasi 150˚C sampai 200˚C, sel output berkisar dari 300 W sampai 5 KW. Sel ini umumnya digunakan oleh NASA untuk beberapa misi pesawat ulang-alik salah satunya menyediakan listrik dan air minum. Biaya sel ini sangat mahal, sehingga tidak digunakan komersil.

Molten Carbonate (MCFC)

gambar sel bahan bakar karbonat cair

Fuel Cell MCFC menggunakan senyawa suhu tinggi dari garam (natrium atau magnesium) karbonat sebagai elektrolit. Efisiensi 60% sampai 80% dan suhu operasi 650˚C. Fuel Cell jenis ini dapat dipakai untuk menghasilkan energi yang besar, energi sebesar 10 kW dan 2 MW telah diuji coba di Jepang dan Itali.

Phosporic Acid (PAFC)
drawing of how both phosphoric acid and PEM fuel cells operate

Fuel Cell PAFC menggunakan asam fosfat sebagai elektrolit. Efisiensi 40% sampai 80% dan suhu operasi 150˚C sampai 200 ˚C. Sel PAFC mampu mentoleransi konsenterasi karbon monoksida sekitar 1,5%. Sel ini menggunakan katalis elektroda platinum yang bagian dalam mampu menahan asam korosif. Output dari sel ini sebesar 200 kW.

Proton Exchange Membrane (PEM)

drawing of how both phosphoric acid and PEM fuel cells operate

Fuel Cell PEM bekerja dengan elektrolit polimer dalam bentuk lembaran tipis dan permeabel. Efisiensi 40% sampai 50%, suhu operasi berisar 80˚C dan output sel ini berkisar 50 kW sampai 250 kW. Sel ini tepat digunakan untuk rumah dan mobil karena beroperasi pada suhu rendah, akan tetapi untuk dijadikan bahan bakar perlu permurinian terlebih dahulu dan digunakan katalis platinum dikedua sisi membran.

Solid Oxide (SOFC)
drawing of solid oxide fuel cell

Full Cell SOFC menggunakan senyawa keramik keras oksida logam (kalsium atau zirkonium) sebagai elektrolit. Efisiensi 60%, suhu operasi berisar 1000˚C dan output sel ini sampai 100kW.

Keuntungan Fuel Cell?

  • Fuel Cell mengubah energi potensial kimia secara langsung menjadi energi listrik, bukan dengan pembakaran sehingga menghindari konsekuensi hukum termodinamika 2 dan karena itu lebih efisien daripada mesin pembakaran, yang pertama-tama mengubah energi potensial kimia menjadi panas dan lalu energi mekanik.
  • Limbah dari Fuel Cell hanya air dan sedikit panas.
  • Hidrogen dapat diproduksi dengan cara yang ramah lingkungan, sedangkan ekstraksi dan penyulingan minyak sangat merusak lingkungan.
  • Tidak bising

Referensi

Martaningtyas, Dewi. Energi Hijau Berlimbah Uap Air. 6 Januari 2005. http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1111012997&6 (diakses Oktober 13, 2017).

Suhada, Hendrata. “Fuel Cell Sebagai Penghasil Energi Abad 21.” JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 3, No. 2, 2001: 92 – 100.

http://www.hydrogenics.com/technology-resources/hydrogen-technology/fuel-cells/

http://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm

http://www.ucsusa.org/clean-vehicles/electric-vehicles/how-do-hydrogen-fuel-cells-work#.WeB9WWiCzIV

Add comment