fuel cell.docx
TRANSCRIPT
Fuel Cell Sebagai Energi Alternatif Pengganti BBM
Sel Bahan Bakar
Dalam rangka memasuki era industrialisasi maka kebutuhan energi terus meningkat
dan untuk mengatasi hal ini perlu dipikirkan penambahan energi melalui pemilihan energi
alternatif yang ramah terhadap lingkungan. Salah satu energi altematif tersebut adalah
pemanfaatan energi sel bahan bakar yang cukup tersedia di Indonesia. Tulisan ini akan
menguraikan secara garis besar tentang kebutuhan energi dan peranan energi sel bahan bakar
dalam rangka memenuhi kebutuhan energi.
Sel bahan bakar merupakan salah satu energi alternatif yang dapat menggantikan
energi primer seperti : Minyak bumi, Batu bara, dan Gas bumi, konsumsi akan energi primer
semakin lama semakin meningkat, untuk itu di perlukan sebuah solusi untuk menggantikan
energi primer ini karena kita tahu seiring berjalannya waktu konsumsi akan energi primer
terus meningkat maka sumber dari energi primer ini akan semakin menipis dan akhirnya akan
habis, untuk itu di perlukan sebuah solusi dalam memecahkan tentang problem energi ini.
Salah satu dari solusi yang di tawarkan adalah pemanfaatan energi alternatif yang ramah
lingkungan dalam hal ini energi alternatif tersebut adalah “Energi Sel Bahan Bakar”.
Sel bahan bakar tersedia dalam jumlah banyak versi, bentuk, dan ukuran.Inti dari sel
bahan bakar itu sendiri adalah elektrolit yang memisahkan elektroda(katoda dan anoda).
Elektrolit dapat berupa cairan penghantar ion, cairan kental, asam, basa, keramik atau
membran. Dengan pemisahan tersebut elektrolit mencegah terjadinya reaksi kimia secara
langsung.Pada anoda dislurkan bahan bakar dan pada katoda disalurkan oksidan secara
terpisah dan kontinue.Pada anoda dari molekul hydrogen terbentuk electron dan proton
bebas. Elektrolit berfungsi sebagai katalisator. Pada sebuah membran, tugas ini diambil alih
oleh lapisan platina. Membran ini tidak dapat ditembus oleh molekul maupun elektron, tetapi
dapat melewatkan proton. Pada katoda electron bebas habis digunakan. Elektron – electron
bebas yang dilepaskan pada sisi anoda harus diantarkan ke katoda melalui sirkuit external
agar proses elektrokimia dapat bergabung. Disini mereka dapat bergabung dengan proton
yang datang melalui menbran dan oksigen yang di salurkan menjadi molekul air H2O.
Kebanyakan sel bahan bakar mengambil oksigen dari udara panas yang dilepaskan
dan air yang terbentuk selalu dikeluarkan dalam ventilator.Karena setiap sel hanya
menghasilkan tegangan relatif rendah beberapa sel di bundle menjadi satu yang disebut
“stack”. Gambar berikut menggambarkan proses produksi listrik pada sebuah sel bahan bakar
sederhana.
Cara Kerja Fuel Cell
Suatu sel bahan-bakar menghasilkan listrik melalui langkah-langkah berikut ini.
pertama-pertama hidrogen murni yang biasanya dihasilkan dari suatu bahan bakar seperti
gas-alam—diberikan pada kutub positip(anoda), salah satu dari dua electroda pada setiap sel.
Proses tersebut membuat atom hydrogen melepaskan elektron mereka, Dan merubah ion
hidrogen menjadi bermuatan positif. Berikutnya, ion yang bermuatan positif menerobos suatu
asam aki / elektrolit ( yang bervariasi berdasarkan tipe sel bahan-bakar) menuju electrode
berikutnya, yang dikenal dengan katode . Sementara itu, elektron yang bermuatan negatif,
yang adalah tidak mampu untuk melewati elektrolit tersebut bergerak menuju katode yang
menuju suatu sirkuit luar.
pergerakan ini menghasilkan arus elektrik, intensitas tersebut berhubungan dengan
ukuran electroda. Di katode, elektron dikembalikan bersama-sama dengan ion mereka dan
dikombinasikan dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan air. Produk lain adalah sisa
panas, yang dalam beberapa aplikasi dipakai dan digunakan kembali.
Tipe-tipe dari Fuel cell
Alkaline fuel cell (AFC)
Sel bahan bakar alkali pertama kali digunakan pada pesawat luar angkasa Gemini-Apollo
untuk menghasilkan air minum dan suplai listrik.
Sel bahan bahan alkali secara umum menggunakan Potassium Hidroksida (secara kimiawi,
KOH) didalam air sebagai elektrolitnya serta memiliki suhu operasi 160º F. Daya yang
dihasilkan oleh sel bahan bakar alkali berkisar antara 300 watt sampai 5 KW.
Direct methanol fuel cells (DMFC)
Sel bahan bakar Direct methanol meggunakan methanol untuk menggantikan hydrogen
Effisiensi yang dimiliki sekitar 40% dan Temperatur operasi dari sel bahan bakar direct
methanol memiliki cakupan yang sama dengan sel bahan bakar PEM yaitu sekitar 50 sampai
100°C (122 sampai 212°F). effisiensi yang lebih tinggi didapat pada temperature yang lebih
tinggi.
Sel bahan bakar methanol sedang dikembangkan untuk peralatan portabel, industri
transportasi, serta militer
Molten carbonate fuel cells (MCFC)
Sel bahan bakar Molten carbonate menggunakan solusi cair dari lithium, sodium, dan atau
potassium karbonat yang dicampur didalam sebuah matrix.
Sistem dengan output mencapai 2 MegaWatt (MW) telah dibangun, dan desainnya dapat
mencapai 100 MW. Katalisis nickel electrode dari molten carbonate tidak terlalu mahal
dibandingkan penggunaan sel bahan bakar lainnya, tetapi dengan temperatur kerja tinggi
menjadi masalah material serta unsur safety pada penggunaan MCFC.
Sebuah MCFC sederhana digambarkan di bawah ini
Phosphoric acid fuel cells (PAFC)
Sel bahan bakar phosporic acid menggunakan phosporic acid sebagai elektrolisis untuk
menghasilkan energi listrik.
Effisiensi berkisar antara 40 sampai 80 persen dan temperatur operasi sekitar 150 sampai
200° C (Sekitar 300 sampai 400° F). potensi sel bahan bakar phosporic acid mencapai 200
Kw, dan contoh unit pembangkit 11 Mw telah diuji coba.
Proton exchange membrane fuel cells (PEM)
Sel bahan bakar PEM memiliki sebuah lapisan membran solid polimer sebagai elektrolitnya.
Sel bahan bakar PEM adalah sel bahan bakar yang paling banyak dikembangkan
penggunaanya untuk transportasi. PEM bekerja pada daya 1 kW per liter volumetrik dan
menghasilkan tenaga listrik pada temperatur operasi kerja dibawah 100°C (212° F). Sel bahan
bakar PEM bereaksi dengan cepat dalam perubahan kebutuhan energi listrik (mampu
menyuplai beban mendadak) dan tidak mudah bocor dan mengakibatkan korosi.
PEM merupakan kandidat untuk penggunaan ringan, bangunan, serta aplikasi yang lebih
kecil lagi diantaranya pengganti baterai.
Sel bahan bakar PEM menggunakan bahan baku pendukung yang tidak mahal yaitu membran
plastik
Regenerative fuel cells (RFC)
Regenerative fuel cells memisahkan air untuk menghasilkan Hidrogen dan oksigen dengan
bantuan energi yang dihasilkan sel surya. Hidrogen dan oksigen dipancing pada regenerasi
sel bahan bakar, menghasilkan energi listrik, panas dan air. Air yang dihasilkan kemudian
disirkulasikan ulang pada elektrolisis dari sel bahan bakar regenerative dan proses berulang
kembali (Proses close loop atau tertutup)
Solid oxide fuel cells (SOFC)
Sel bahan bakar Solid oxide fuel cells menggunakan bahan yang keras, ceramic coumpound
atau logam (seperti kalsium atau zirconium) oksigen (O2) sebagai elektrolit
Daya output dari Solid oxide fuel cells mencapai 100 kW
Gambar diagram dari SOFC
Tabel Karakteristik operasi dari teknologi sel bahan bakar
Manfaat dari fuel cell:
Dengan potensi untuk menyediakan manfaat yang luas baik dalam peralatan portabel, dan
keperluan aplikatif lainnya, teknologi sel bahan-bakar telah diteliti oleh pemerintah dan
industri selama lebih dari empat dekade. Secara garis besar keuntungan-keuntungan sel
bahan-bakar meliputi: 1) efisiensi; 2) fleksibilitas ukuran; 3) keandalan tinggi/ pemeliharaan
rendah; 4) rendah emisi; 5) dapat diterima di lingkungan masyarakat; dan 6) fleksibilitas
bahan bakar. Sebagai tambahan, sel bahan-bakar juga biasanya memiliki manfaat yang
berhubungan dengan pertumbuhan ekonomi.
• Efisiensi--- mampu Untuk mengubah bahan bakar secara langsung ke dalam energi listrik
melalui reaksi elektrokimia, sel bahan-bakar dapat menghasilkan kuantitas energi yang lebih
besar dibandingkan dengan teknologi pembakaran tradisional. Hal Ini membuat efisiensi
bahan bakar lebih tinggi, tergantung pada jenis sel bahan-bakar dan panas berlebih digunakan
kembali. Secara sekilas, energi yang dihasilkan oleh pembakaran mengkonversi bahan bakar
ke dalam panas, dan kemudian diubah ke dalam daya mekanis, yang menghasilkan gerakan
atau putaran untuk menghasilkan energi. langkah- langkah yang berhubungan dengan
penggunaan energi pembakaran mengakibatkan rerugi panas, friksi, dan konversi,
mengakibatkan efisiensi lebih rendah. Gambar berikut melukiskan cakupan efisiensi bahan
bakar pada teknologi generasi listrik yang umum digunakan.
Fleksibilitas Ukuran--- satu sel bahan-bakar secara khas menyediakan kurang dari satu volt potensi elektrik. Untuk menghasilkan voltase lebih besar, satu sel bahan bakar dikumpulkan dan yang dihubungkan secara seri. sehingga, sel bahan bakar dapat dibangun untuk menyediakan voltase yang sesuai dengan jumlah kebutuhannya tanpa batas aplikasi. Sebagai contoh, beberapa sel(< 1 kW) dapat dikombinasikan untuk aplikasi seperti detektor api, atau beberapa ratus sel bahan-bakar ( 1 MW lebih) dapat dikombinasikan untuk menghasilkan pembangkit tenaga listrik.
Keandalan tinggi/ pemeliharaan rendah system sel bahan bakar tidak memiliki komponen yang bergerak. Bahkan untuk generasi awal dari sel bahan bakar menyediakan keandalan tinggi
Rendah emisi --- sejak hanya air yang diproduksi pada reaksi antara hydrogen dan oksigen
didalam sel bahan bakar, tidak ada polusi yang dihasilkan apabila digunakan hydrogen murni
dalam prosesnya
Kerugian Fuel Cell
Pada pemanfaatan energi fuel cell terdapat beberapa kerugian diantaranya:
- Pemisahan dan pemurnian hydrogen dari air membutuhkan proses yang cukup sulit dan energi
yang cukup besar, sehingga untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut terkadang masih
membutuhkan energi yang tidak terbaharukan diantaranya batubara.
- Hidrogen merupakan molekul yang mudah bereaksi/ bersenyawa dengan molekul carbon (C)
sehingga menyulitkan untuk bereaksi dengan O2 karena hydrogen membentuk ikatan
hidrokarbon (CH).
- Beberapa tipe cell bahan bakar bekerja pada temperatur kerja yang tinggi, sehingga berkaitan
dengan unsur safety
Kendala dari Fuel Cell
Beberapa jenis dari fuel cell menggunakan membran yang membutuhkan biaya penelitian yang mahal, sehingga fuel cell masih belum optimal penggunaanya sebagai proses produksi listrik terutama untuk negara berkembang
Proses produksi energi listrik dari sel bahan bakar membutuhkan waktu yang cukup lama dibandingkan dengan energi alternatif dan non-alternatif lainnya seperti energi angin dan energi surya. Prospek Fuel Cell di Indonesia Sel bahan bakar diindonesia saat ini masih belum banyak dikembangkan walaupun ada beberapa perusahaan yang mengembangkan energi alternatif ini serta karena SDM di Indonesia masih kalah dalam pengalaman serta pengetahuannya. Selain itu dana yang dibutuhkan sangat besar.