Oleh : Muhammad Irsyad Hammam
PENDAHULUAN
Ketergantungan dunia terhadap sumber energi fosil yang tidak terbarukan telah menimbulkan berbagai dampak negatif, termasuk polusi udara, perubahan iklim, dan penipisan sumber daya alam. Emisi gas rumah kaca dari pembakaran bahan bakar fosil merupakan salah satu penyebab utama pemanasan global, yang mengancam keberlangsungan hidup di bumi. Dalam upaya untuk mengatasi masalah ini, pencarian sumber energi alternatif yang bersih dan berkelanjutan menjadi sangat penting. Teknologi sel bahan bakar hidrogen muncul sebagai salah satu solusi yang menjanjikan untuk mengurangi dampak lingkungan dari penggunaan energi.
Meskipun teknologi sel bahan bakar hidrogen memiliki potensi besar, terdapat berbagai tantangan yang perlu diatasi agar teknologi ini dapat diadopsi secara luas. Tantangan-tantangan ini meliputi infrastruktur pengisian bahan bakar hidrogen, biaya produksi yang tinggi, dan masalah penyimpanan hidrogen. Selain itu, ada juga tantangan dalam hal penerimaan masyarakat dan dukungan kebijakan dari pemerintah untuk mendorong pengembangan dan penggunaan teknologi ini.
Penulisan ini bertujuan untuk mengeksplorasi dan membahas teknologi sel bahan bakar hidrogen, dengan fokus pada kemajuan terbaru dalam penelitian dan pengembangan, tantangan yang dihadapi, serta prospek masa depannya. Selain itu, tujuan dari penulisan ini adalah untuk memberikan wawasan yang komprehensif mengenai manfaat dan pentingnya adopsi teknologi sel bahan bakar hidrogen dalam upaya mencapai masa depan yang lebih bersih dan berkelanjutan.(Crabtree & Dresselhaus, 2008)
Manfaat dari penulisan ini diharapkan dapat dirasakan oleh berbagai pihak. Bagi masyarakat, teknologi sel bahan bakar hidrogen dapat mengurangi polusi udara dan ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, sehingga menciptakan lingkungan yang lebih sehat dan berkelanjutan. Selain itu, dengan perkembangan teknologi ini, diharapkan dapat menciptakan lapangan kerja baru dan mendorong inovasi di sektor energi. Bagi pemerintah, penulisan ini diharapkan dapat memberikan panduan dalam merumuskan kebijakan yang mendukung pengembangan dan adopsi teknologi sel bahan bakar hidrogen. Dengan pemahaman yang lebih mendalam, pemerintah dapat membuat keputusan yang tepat dalam mengalokasikan sumber daya dan merancang regulasi yang mendukung transisi menuju energi yang lebih bersih dan efisien. Implementasi teknologi ini dapat membantu pemerintah mencapai target pengurangan emisi gas rumah kaca dan meningkatkan ketahanan energi nasional.
Masalah ketergantungan terhadap bahan bakar fosil dan dampak negatifnya terhadap lingkungan adalah isu global yang mendesak. Perubahan iklim dan pemanasan global memerlukan tindakan cepat dan efektif untuk mengurangi emisi gas rumah kaca. Teknologi sel bahan bakar hidrogen menawarkan solusi yang signifikan dalam mengatasi masalah ini. Pentingnya adopsi teknologi ini tidak hanya terletak pada potensi untuk mengurangi emisi, tetapi juga pada kemampuannya untuk menciptakan sistem energi yang lebih efisien dan berkelanjutan. Oleh karena itu, memahami dan mengatasi tantangan yang ada dalam pengembangan dan penerapan teknologi sel bahan bakar hidrogen adalah langkah penting menuju masa depan yang lebih baik.
Efisiensi Energi
Kendaraan konvensional yang digerakkan oleh mesin bensin atau diesel memiliki efisiensi energi yang relatif rendah karena keterbatasan termodinamika mesin pembakaran. Biasanya, hanya sekitar 25-30% dari energi bahan bakar yang diubah menjadi kerja yang berguna, dengan sisanya hilang sebagai panas. Di sisi lain, kendaraan hibrida (HEV) menggabungkan mesin pembakaran dalam (ICE) konvensional dengan motor listrik dan baterai. Hibridisasi ini meningkatkan efisiensi bahan bakar dengan memulihkan energi pengereman dan mengoptimalkan beban mesin, mencapai efisiensi sekitar 30-40%. Sementara itu, kendaraan listrik (BEV) secara signifikan lebih efisien, mengubah sekitar 85-90% energi listrik dari jaringan menjadi tenaga di roda. Namun, efisiensinya bergantung pada sumber listrik. Sumber energi terbarukan seperti angin dan matahari dapat secara signifikan meningkatkan keberlanjutan BEV. Selain itu, kendaraan sel bahan bakar hidrogen (FCEV) menggunakan hidrogen untuk menghasilkan listrik melalui sel bahan bakar, mencapai efisiensi 40-60%. Meskipun kurang efisien dibandingkan BEV, FCEV menawarkan jangkauan yang lebih panjang dan waktu pengisian bahan bakar yang lebih cepat yang sebanding dengan kendaraan konvensional.
Tantangan Implementasi Praktis
Implementasi praktis dari berbagai jenis kendaraan menghadapi beberapa tantangan, salah satunya adalah biaya. Kendaraan konvensional umumnya memiliki biaya awal yang lebih rendah, namun biaya operasionalnya lebih tinggi karena harga bahan bakar yang terus meningkat. Kendaraan hibrida, di sisi lain, memiliki biaya awal yang lebih tinggi karena adanya sistem penggerak ganda, tetapi biaya operasionalnya lebih rendah dibandingkan kendaraan konvensional. Kendaraan listrik memiliki biaya awal yang tinggi yang didorong oleh harga baterai, tetapi biaya operasionalnya lebih rendah. Dengan kemajuan teknologi, biaya kendaraan listrik cenderung menurun. Kendaraan sel bahan bakar hidrogen saat ini memiliki biaya awal tertinggi karena teknologi sel bahan bakar yang mahal dan infrastruktur produksi hidrogen yang belum berkembang.
Selain itu, penelitian dan pengembangan juga menjadi tantangan signifikan. Teknologi kendaraan konvensional dan hibrida telah matang dengan basis penelitian dan manufaktur yang mapan, sehingga tidak memerlukan banyak penelitian tambahan. Sementara itu, kendaraan listrik memerlukan penelitian signifikan yang berfokus pada meningkatkan umur baterai, kecepatan pengisian, dan mengurangi biaya. Penelitian aktif pada kendaraan sel bahan bakar hidrogen juga sedang berlangsung, dengan fokus pada meningkatkan daya tahan sel bahan bakar, mengurangi biaya, dan mengembangkan metode produksi dan penyimpanan hidrogen yang efisien.(Offer et al., 2010)
Infrastruktur juga merupakan tantangan besar dalam implementasi praktis kendaraan. Kendaraan konvensional memiliki keuntungan dengan infrastruktur pengisian bahan bakar yang luas dan matang. Kendaraan hibrida dapat memanfaatkan infrastruktur yang sudah ada dengan sedikit modifikasi. Kendaraan listrik membutuhkan infrastruktur pengisian yang luas, dan stasiun pengisian cepat sangat penting untuk adopsi yang lebih luas. Sedangkan, kendaraan sel bahan bakar hidrogen menghadapi tantangan besar dengan stasiun pengisian hidrogen yang terbatas. Pengembangan infrastruktur produksi dan penyimpanan hidrogen masih menjadi tantangan utama yang perlu diatasi untuk adopsi yang lebih luas dari kendaraan ini.(Department of Energy Office of Energy Efficiency & Energy, n.d.; Sunita Satyapal & Manager, 2011)
Integrasi Energi Terbarukan
Integrasi energi terbarukan dalam sistem transportasi merupakan langkah penting menuju keberlanjutan. Kendaraan listrik (Battery Electric Vehicle, BEV) dapat diisi menggunakan listrik dari sumber energi terbarukan, menjadikannya bagian penting dari sistem transportasi yang ramah lingkungan. Salah satu metode yang menjanjikan untuk mendukung kendaraan sel bahan bakar hidrogen (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) adalah elektrolisis yang dibantu fotovoltaik, di mana energi matahari digunakan untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Ini memungkinkan produksi hidrogen menggunakan energi matahari, yang merupakan sumber energi terbarukan. Selain itu, hidrogen untuk FCEV dapat diproduksi dari berbagai sumber terbarukan lainnya seperti biomassa dan elektrolisis menggunakan listrik terbarukan, yang semakin meningkatkan keberlanjutan kendaraan ini. Degradasi biomassa juga merupakan alternatif lain yang memungkinkan produksi hidrogen secara berkelanjutan dan terbarukan. Dengan demikian, integrasi energi terbarukan tidak hanya mendukung keberlanjutan BEV tetapi juga meningkatkan prospek lingkungan dari FCEV.(Eriksson & Gray, 2017)
Dampak Lingkungan
Polusi adalah salah satu masalah utama yang dihadapi oleh berbagai jenis kendaraan. Kendaraan konvensional merupakan kontributor utama polusi udara dan emisi gas rumah kaca, yang berdampak negatif pada kesehatan manusia dan lingkungan. Kendaraan hibrida, meskipun memiliki emisi yang lebih rendah dibandingkan dengan kendaraan konvensional, masih bergantung pada bahan bakar fosil, sehingga tetap menyumbang polusi udara dan emisi gas rumah kaca. Di sisi lain, kendaraan listrik menawarkan solusi yang lebih ramah lingkungan dengan nol emisi knalpot. Namun, emisi keseluruhan dari kendaraan listrik bergantung pada campuran sumber energi yang digunakan untuk menghasilkan listrik. Jika listrik dihasilkan dari sumber energi terbarukan, dampak lingkungan akan lebih rendah. Kendaraan sel bahan bakar hidrogen juga menghasilkan nol emisi knalpot, menjadikannya pilihan yang bersih untuk transportasi. Namun, dampak lingkungan keseluruhan dari kendaraan ini sangat bergantung pada metode produksi hidrogen. Produksi hidrogen yang menggunakan energi terbarukan akan menghasilkan dampak lingkungan yang lebih rendah dibandingkan dengan produksi hidrogen dari bahan bakar fosil.
Perbandingan Ekonomi dan Lingkungan
Gambar tersebut menunjukkan perbandingan biaya per mil untuk berbagai jenis kendaraan berdasarkan sumber energi yang digunakan. Kendaraan listrik sepenuhnya (BEV) seperti BEV 100, BEV 200, dan BEV 400 memiliki biaya terbesar pada komponen baterai. Mereka tidak memiliki biaya bahan bakar karena menggunakan listrik, sementara biaya untuk komponen lain seperti glider, roda, dan lainnya tetap ada. Kendaraan listrik dengan sel bahan bakar hidrogen (FCHEV) menunjukkan biaya signifikan pada sel bahan bakar dan tangki bahan bakar hidrogen, dengan biaya tambahan untuk komponen lain seperti glider dan roda.
Untuk kendaraan hibrida (HEV, PHEV, EREV), biaya tersebar pada mesin dan pengendalian emisi, motor listrik, dan bahan bakar fosil, dengan komponen lain seperti glider dan roda juga menyumbang biaya. Kendaraan yang menggunakan bahan bakar alternatif seperti E85, diesel, atau bensin memiliki distribusi biaya yang beragam antara mesin, pengendalian emisi, bahan bakar, dan komponen lainnya.(Garland et al., 2012)
Secara keseluruhan, biaya per mil dari berbagai jenis kendaraan ini memberikan gambaran tentang efisiensi ekonomi masing-masing jenis sumber energi kendaraan. Kendaraan listrik menunjukkan dominasi biaya pada komponen baterai, sementara kendaraan bahan bakar alternatif menunjukkan variasi biaya yang lebih merata pada mesin dan bahan bakar. Analisis ini penting untuk memahami implikasi ekonomi dari berbagai teknologi kendaraan dalam konteks efisiensi biaya dan keberlanjutan.
Arah Masa Depan
Untuk masa depan teknologi otomotif, fokus utama akan terus mengarah pada pengembangan lebih lanjut dalam kendaraan listrik bertenaga baterai (Battery Electric Vehicles, BEV) dan kendaraan listrik bertenaga sel bahan bakar hidrogen (Fuel Cell Electric Vehicles, FCEV). Penelitian intensif akan difokuskan pada pengurangan biaya produksi, peningkatan efisiensi energi, dan pengembangan infrastruktur yang mendukung penggunaan kendaraan-kendaraan ini. Kolaborasi antara pemerintah dan industri akan krusial untuk mengatasi tantangan-tantangan yang ada, serta untuk mempromosikan solusi transportasi yang ramah lingkungan dan berkelanjutan.(Felseghi et al., 2019)
Dalam aspek keberlanjutan, transformasi transportasi menuju penggunaan energi terbarukan menjadi kunci penting. Pengurangan ketergantungan pada bahan bakar fosil, minimisasi dampak lingkungan, dan peningkatan keamanan energi akan didorong oleh adopsi lebih lanjut dari teknologi BEV dan FCEV. Kebijakan yang mendukung penggunaan energi terbarukan serta inovasi teknologi akan menjadi pendorong utama untuk mencapai visi masa depan otomotif yang berkelanjutan dan ramah lingkungan.(Manoharan et al., 2019)
KESIMPULAN
Kendaraan listrik (BEV) dan kendaraan sel bahan bakar hidrogen (FCEV) menawarkan solusi yang lebih ramah lingkungan dibandingkan kendaraan konvensional dan hibrida. BEV menunjukkan efisiensi energi yang tinggi dengan nol emisi langsung, tergantung pada sumber energi yang digunakan untuk menghasilkan listriknya. Di sisi lain, FCEV menawarkan keunggulan dalam jangkauan dan waktu pengisian yang cepat, meskipun infrastruktur pengisian hidrogen masih menjadi tantangan utama.
Tantangan implementasi praktis seperti biaya tinggi, penelitian yang diperlukan, dan infrastruktur yang perlu dikembangkan juga perlu diatasi untuk mendorong adopsi luas kendaraan berkelanjutan ini. Integrasi energi terbarukan dalam produksi energi untuk kendaraan juga menjadi kunci untuk meningkatkan keberlanjutan lingkungan dari teknologi ini. Secara keseluruhan, kolaborasi antara pemerintah, industri, dan masyarakat sangat diperlukan untuk menciptakan masa depan otomotif yang berkelanjutan, mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, dan meminimalkan dampak lingkungan.
DAFTAR PUSTAKA
Crabtree, G. W., & Dresselhaus, M. S. (2008). The hydrogen fuel alternative. MRS Bulletin, 33(4), 421–428. https://doi.org/10.1557/mrs2008.84
Department of Energy Office of Energy Efficiency, U., & Energy, R. (n.d.). Modification 000002 to Request for Information No. DE-FOA-EE0000592, Total Costs of Ownership of Future Light-Duty Vehicles. http://www1.eere.energy.gov/biomass/
Dincer, I., & Rosen, M. A. (2011). Sustainability aspects of hydrogen and fuel cell systems. Energy for Sustainable Development, 15(2), 137–146. https://doi.org/10.1016/j.esd.2011.03.006
Eriksson, E. L. V., & Gray, E. M. A. (2017). Optimization and integration of hybrid renewable energy hydrogen fuel cell energy systems – A critical review. In Applied Energy (Vol. 202, pp. 348–364). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.03.132
Felseghi, R. A., Carcadea, E., Raboaca, M. S., Trufin, C. N., & Filote, C. (2019). Hydrogen fuel cell technology for the sustainable future of stationary applications. In Energies (Vol. 12, Issue 23). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/en12234593
Garland, N. L., Papageorgopoulos, D. C., & Stanford, J. M. (2012). Hydrogen and fuel cell technology: Progress, challenges, and future directions. Energy Procedia, 28, 2–11. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.08.034
Kumar Singla, M., Nijhawan, P., & Singh Oberoi, A. (n.d.). Hydrogen fuel and fuel cell technology for cleaner future: a review. https://doi.org/10.1007/s11356-020-12231-8/Published
Manoharan, Y., Hosseini, S. E., Butler, B., Alzhahrani, H., Senior, B. T. F., Ashuri, T., & Krohn, J. (2019). Hydrogen fuel cell vehicles; Current status and future prospect. In Applied Sciences (Switzerland) (Vol. 9, Issue 11). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/app9112296
Offer, G. J., Howey, D., Contestabile, M., Clague, R., & Brandon, N. P. (2010). Comparative analysis of battery electric, hydrogen fuel cell and hybrid vehicles in a future sustainable road transport system. Energy Policy, 38(1), 24–29. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2009.08.040
Sunita Satyapal, F., & Manager, P. (2011). Fuel Cell Technologies Overview Fuel Cell Seminar. In | Fuel Cell Technologies Program Source.
