Sel bahan bakar (fuel cell) merupakan sel elektrokimia yang
mampu mengkonversi bahan bakar (fuel) menjadi energi listrik. Sel ini dapat
digunakan sebagai pembangkitlistrik skala besar, maupun skala kecil, misalnya
untuk keperluan rumah tangga, atau biasa disebut dengan microCHP (micro
Combined Heat and Power) yang mampu menyediakan kebutuhan listrik dan panas
bagi rumah tangga. Fuel cell juga dapat digunakan dalam bidang otomotif. Bahkan
Brazil telah melakukan uji coba prototype bus fuel cell pada tahun 2009, yang
bahan bakarnya, yaitu hydrogen, diproduksi dari elektrolisis air pada suatu
stasiun produksi gas hidrogen. Pada tahun 2003, Honda juga telah meluncurkan
mobil berbahan bakar hidrogen dengan menerapkan teknologi fuel (Honda FCX).
DeimlerChrysler di Eropa bahkan telah meluncurkan proyek Sarana Transportasi
Kota yang bersih untuk Eropa (CUTE = Clean Urban Transport for Europa) akhir
tahun 2001 berupa sejumlah bus berbahan fuel cell yang beroperasi di Amsterdam,
Barcelona, Hamburg, London, Luxemburg, Madrid, dan Reykjavik (Islandia).
Berbeda dengan teknologi penghasil energi yang berbasis
pembakaran, teknologi ini bersih, karena jika digunakan hidrogen sebagai bahan
bakar, maka tidak akan dihasilkan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil samping
produksinya. Sedangkan jika digunakan bahan bakar hidrokarbon, yang bersumber
dari bahan bakar fosil, maka karbon dioksida masih akan diproduksi, tetapi
dengan kuantitas yang jauh lebih rendah dibandingkan karbon dioksida yang
dihasilkan oleh mesin penghasil energi yang berbasiskan teknologi pembakaran.
Berkaitan dengan fleksibilitas bahan bakar yang bisa digunakan tersebut, fuel
cell juga dinyatakan sebagai teknologi yang berkelanjutan, karena selain
mengandalkan gas hidrogen murni sebagai bahan bakar, teknologi ini juga tetap
bisa menggunakan bahan bakar fosil, seperti gas metana, butana, etanol, metanol
dan sebagainya.
Prinsip
dasar kerja fuel cell pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan Jerman bernama
Christian Frederic Schonbein pada tahun 1838, dan dipublikasikan dalam suatu
majalah ilmiah. Sketsa pertama dari fuel cell dibuat oleh Sir William Robert Grove
tahun 1842 pada majalah ilmiah Philosophical Magazine and Journal of Science. Tahun
1955, seorang ahli kimia, W Thomas Grubb, yang bekerja pada Perusahaan General
Electric, memodifikasi desain fuel cell dengan mengaplikasikan membran penukar
ion-polistiren tersulfonasi. Tiga tahun kemudian, modifikasi dilanjutkan oleh Leonard
Niedrach, dengan mendeposisikan platinum pada membran polistiren tersebut.
Platinum tersebut berfungsi sebagai katalis (pemercepat reaksi) bahan bakar. Selanjutnya
perusahaan General Electric bekerjasama dengan NASA dalam Proyek Gemini, yang
merupakan proyek yang pertama kali mempergunakan fuel cell secara komersial.
Tahun
1959, seorang Insinyur Inggris Francis Thomas Bacon, berhasil mengembangkan
fuel cell yang mampu menghasilkan daya 5 kW. Pada tahun yang sama, Harry Ihrig
dan timnya mampu membuat fuel cell berdaya 15 kW. UTC Power merupakan
perusahaan yang pertama kali memproduksi secara komersial fuel cell stasioner
yang digunakan sebagai pembangkit energi cadangan pada rumah sakit,
universitas-universitas, maupun gedung-gedung perkantoran. Sampai akhir 2009,
UTC Power telah memasarkan fuel cell dengan produksi daya mencapai 400 kW.
Perusahaan ini juga tetap mensuplai fuel cell untuk NASA, selain juga mengembangkannya
sebagai sumber energi dalam bidang otomotif. Perusahaan ini pula yang pertama
kalimendemonstrasikan fuel cell untuk otomotif, yang menggunakan membrane PEM (proton
exchange membrane) yang mampu beroperasi pada kondisi beku.
Jenis-jenis
fuel cell dapat dibedakan berdasarkan temperatur operasionalnya. Fuel cell yang
dioperasikan pada temperatur kurang dari atau sampai 200 oC, contohnya yaitu PEMFC
(proton exchange membrane fuel cell) dan DMFC (Direct methanol fuel cell). Kedua
jenis fuel cell tersebut sudah dalam tahap komersial, tetapi risetnya masih berlanjut
sampai sekarang dalam rangka meningkatkan efisiensinya. Fuel cell yang dioperasikan
pada temperatur sedang, yaitu antara 600 oC – 800 oC,
contohnya adalah MCFC (molten carbonate fuel cell) yang mampu menghasilkan daya
sampai 100 MW dan DCFC (Direct Carbon Fuel Cell). Meskipun kedua jenis ini sudah
sampai pada tahap komersial, risetnya juga tetap berlangsung dalam rangka
peningkatan efisiensinya. Sedangkan fuel cell yang dioperasikan pada temperatur
tinggi yaitu antara 850 oC – 1100 oC, adalah SOFC (solid
oxide fuel cell). Kelebihan dari SOFC ini adalah tidak diperlukan keberadaan
katalis dalam sistemnya, sehingga biaya produksinya dapat diturunkan, karena
katalis merupakan material yang cukup mahal serta mudah teracuni oleh hasil
samping reaksi dalam sel, yaitu karbon monoksida atau teracuni oleh kandungan
sulfur dalam bahan bakarnya.
Salah
satu jenis fuel cell yang cukup menarik adalah fuel cell yang menggunakan bakteri
sebagai katalis. Tepatnya, menggunakan enzim dari bakteri tersebut sebagai katalis,
dikarenakan enzim dari bakteri mikroba tersebut bersifat aktif secara elektrokimia,
yaitu mampu mentransfer elektron-elektron ke material lain. Pada fuelcell jenis
ini, yang biasa disebut dengan microbial fuel cell, bahan bakar dioksidasi oleh
mikroorganisme di anoda, menghasilkan elektron-elektron dan proton-proton. Elektron-elektron
ditransfer ke katoda melalui sirkuit eksternal, sedangkan protonproton ditransfer
ke katoda melalui separator membran.
Perkembangan
teknologi yang menghasilkan sumber energi yang bersih dan dapat diperbarui
sangat diperlukan saat ini, dengan tujuan utama mengurangi pelepasan karbon
dioksida ke dalam atmosfir bumi yang berkontribusi besar pada pemanasan global.
Bahkan, pemerintah Indonesia telah menjadikan hal tersebut sebagai salah
satukebijakannya yang tertuang dalam Peraturan Pemerintah RI tahun 2006. Dalam
PP tersebut ditetapkan bahwa 5% dari konsumsi energi nasional harus merupakan
sumber energi baru. Dewan riset nasional, pada tahun 2006 juga sudah
mencanangkan bahwa pada tahun 2025, sel bahan bakar dengan kapasitas 250 MW
harus sudah dikembangkan. Dengan perkembangan pesat riset-riset fuel cell di
luar negeri, bahkan teknologi ini telah memasuki tahap komersial di
negara-negara maju tersebut, terutama dalam bidang otomotif. Kita berharap
bangsa Indonesia mampu secara mandiri mengembangkan teknologi ini sehingga
tidak hanya menjadi pangsa pasar bagi produk-produk fuel cell dari Negara lain.
Saat
ini para peneliti yang tergabung dalam konsorsium Fuel Cell Indonesia (FCI)
telah menghasilkan prototype skala laboratorium pembangkit listrik tenaga (PLT)
Fuel Cell dengan kapasitas 500 watt untuk pemakaian di rumah tangga. Penelitian-penelitian
pembuatan komponen-komponen fuel cell telah dilakukan secara parsial di
berbagai lembaga penelitian seperti LIPI, BPPT, Batan, ITB, UI, Lemigas maupun
PLN. Selanjutnya, prototype PLT fuel cell tersebut akan dikembangkan untuk
skala industri. Cetak biru produksi PLT fuel cell telah dibuat oleh konsorsium
FCI dan telah ada industri yang tertarik untuk memproduksinya, yaitu Medco Energy.
Dengan bantuan kebijakan dari pemerintah baik berupa pemberian insentif maupun
keringanan pajak, diharapkan dapat menurunkan biaya produksi dan pembangkitan
PLT fuel cell tersebut sehingga mampu bersaing dengan pembangkit listrik
konvensional yang telah ada.
Pengembangan
selanjutnya adalah meningkatkan kandungan lokal dalam PLT fuel cell, antara
lain pada bahan baku polimer dan oksida padat yang digunakan. Sedangkan gas
hidrogen, sebagai bahan bakar fuel cell, keberadaannya melimpah di Indonesia.
Dari PLTU Suralaya saja, gas hidrogen dihasilkan sebagai produk samping
sebanyak 150 ton per hari, sedangkan yang dimanfaatkan kembali untuk pembangkitnya
hanya 20 ton per hari. Dengan ketersediaan bahan bakar, bahan baku komponen
fuel cell, serta para peneliti yang kompeten, maka selayaknyalah bangsa Indonesia
menyandarkan harapan pada kelompok-kelompok riset di bidang fuel cell tersebut,
baik yang berasal dari universitas-universitas, maupun lembaga-lembaga
penelitian di Indonesia untuk mampu mengembangkan teknologi fuel cell sebagai
pembangkit energi yang bersih, secara mandiri.
Penulis
Fitria
Rahmawati, Mahasiswa doktoral di Kelompok Keahlian Kimia Anorganik dan Fisik Institut
Teknologi Bandung (ITB), juga dosen di jurusan kimia, FMIPA, Universitas Sebelas
Maret, Solo. Kontak: fi_rahmawati@yahoo.com.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar