Elektroliser: Alat untuk memutar hidrogen hijau

Mimpi pemerintah dan perusahaan akan hidrogen karbon rendah tergantung pada skala masif teknologi ini

Dalam banyak laporan tentang pembangunan berkelanjutan menuliskan frasa: “hidrogen hijau (green hydrogen)”. Ini berarti bahwa H₂ diproduksi dengan memecah air dengan energi terbarukan (disini). Dan ini tidak hanya industri kimia. Dalam material, baja, bahan bakar bio, pemanfaatan karbon dioksida, transportasi berat, dan bahkan pasokan listrik tingkat jaringan, hidrogen hijau duduk pada pusat rencana dekarbonisasi yang tak terhitung.

Tetapi kenyataannya adalah bahwa hidrogen hijau hampir tidak ada. Di seluruh dunia mungkin tidak sampai 1% hidrogen yang diproduksi dihitung sebagai hijau. Sebagian besar (>76%) diproduksi dari gas alam atau batu bara, sebuah proses yang mengemisikan sebanyak 18 kg karbon dioksida untuk setiap kg hidrogen yang diproduksi, dan sisanya adalah produk samping pengilangan minyak atau proses kimia lainnya. Secara global, pasar hidrogen kira-kira 96 juta ton per tahun, dengan hanya bagian yang sangat kecil dibuat dengan cara hijau.

Elektroliser adalah sel elektrokimia yang memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Sistem ini menduduki tempat yang cocok untuk sebagian kecil industri tertentu saat ini, tetapi mungkin akan menjadi bagian penting bagaimana industri kimia dan beberapa sektor lain mendekarbonisasi dalam waktu dekat. Dua tipe elektroliser berbagi pasar yang saat ini sedang tumbuh, dan dua lagi dengan cepat sedang memasuki pasar komersial.

Banyak tantangan menghadang jalan hidrogen hijau seperti sumber daya yang tersimpan dalam iklim, ketersediaan pertama sumber listrik terbarukan. Energi yang berasal dari sumber hijau harus dimiliki agar hidrogen hijau bisa benar-benar diproduksi secara ekonomis. Infrastruktur adalah tantangan lainnya, karena ukuran molekul hidrogen yang kecil dapat menyebabkan perembesan melalui bahan perpipaan dan bejana yang bekerja baik untuk gas lain. Sebagian besar harapan aplikasi baru akan H₂ juga akan perlu untuk mematangkan dari proyek pilot ke skala komersial. Dan elektrolisa akan bersaing dengan rute karbon rendah lain untuk hidrogen dan dengan pemakaian lain untuk listrik karbon rendah.

Industri juga akan perlu untuk membangun lebih banyak elektroliser. Elektroliser adalah potongan inti kit kimia yang memecah satu mol H₂O menjadi satu mol H₂ dan setengah mol O₂. Menurut sebuah lembaga analisa pasar yang berbasis di Amerika Serikat Rethink Technology Research, pada tahun 2050 kebutuhan global untuk hidrogen bersih akan mencapai lebih daripada 580 ton. Hidrogen biru, yang dibuat dengan mengubah bahan bakar fosil menjadi hidrogen dan menangkap dan memanfaatkan CO₂ yang dihasilkan, adalah termasuk dalam definisi hidrogen bersih yang dipakai oleh Rethink. Tetapi hidrogen biru menikmati dukungan lemah di banyak negara dan mempunyai rekam jejak yang mengkhawatirkan untuk reduksi gas rumah kaca sesungguhnya.

Elektroliser sering digambarkan dalam istilah kebutuhan listrik dalam watt, dan ada lebih daripada 230 GW kapasitas yang direncanakan pada 1000 proyek global per Januari 2023, menurut analisa yang dilakukan oleh firma konsultan McKinsey. Jumlah ini menyamai kira-kira 38.000 ton per tahun hidrogen pada efisiensi saat ini. Jumlah ini termasuk hampir 800 unit elektroliser yang dijadwalkan mulai memproduksi hidrogen pada 2030.

Banyak elektroliser akan lebih besar daripada yang ada saat ini, yang secara rata-rata menghasilkan 0,20 ton hidrogen per hari. Pada tahun 2026 diharapkan produksi hidrogen mencapai sebanyak 250 kali-paling tidak 50 ton per hari.

Hampir semua elektroliser yang beroperasi sekarang berdasarkan pada salah satu dari dua teknologi: sel alkaline dan sel proton-exchange membrane (PEM) (baca disini). Beberapa perusahaan ada yang membuat jenis lain: sel solid-oxide electrolysis (SOE) dan sel anion-exchange membrane (AEM). Istilah elektrolisa air secara harfiah berarti memecah air menggunakan listrik. Reaksi kimia bersih selalu sama, H₂O –> H₂ +1/2 O₂, dan tegangan selalu menarik elektron keluar dari anoda dan melalui sirkuit luar dan menekan mereka ke dalam katoda. Apa yang berbeda di antara jenis sel adalah bagaimana bahan kimia dan bahan di dalam sel seimbang dengan aliran elektron dengan mengalirkan pembawa muatan listrik, ion, antar elektroda.

Sumber: C&N Magazine, 3 Juli 2023, hal. 25-30.