Skema kerja sederhana dari mesin sel bahan bakar hidrogen yang mirip baterai (HFCE: Hydrogen Fuel Cell Engines). (courtesy esdm.go.id for BATUKITA.com)
BATUKITA.COM-Kota Malang - Hidrogen menjadi salah satu alternatif pengganti bahan bakar fosil alias BBM (bahan bakar minyak).
Untuk bisa menghasilkan energi kinetik atau energi gerak, maka hidrogen harus diproses dalam sebuah mesin yang dinamakan mesin hidrogen.
Bagaimana prinsip kerja mesin hidrogen? Apakah sama dengan mesin bakar (combustion engine) berbahan bakar BBM yang telah kita kenal? Atau ada yang berbeda?
Nah, BatuKita merangkumnya dari beragam sumber untuk memahami secara garis besar sistem kerja mesin hidrogen.
Mesin Hidrogen Ada Dua Jenis
Hingga artikel ini ditulis, ada dua versi mesin hidrogen. Versi pertama adalah mesin pembakaran internal hidrogen (HICE: Hydrogen Internal Combustion Engine).
Versi kedua adalah mesin sel bahan bakar hidrogen (HFCE: Hydrogen Fuel Cell Engines).
Kedua jenis mesin itu memiliki karakteristik dan aplikasi yang berbeda satu sama lain.
Mesin Pembakaran Internal Hidrogen (HICE)
Mesin pembakaran internal hidrogen beroperasi mirip dengan mesin bensin atau diesel tradisional.
Namun, alih-alih menggunakan bahan bakar fosil, mesin ini membakar hidrogen untuk menghasilkan tenaga.
Mesin ini dapat diadaptasi dari mesin pembakaran internal yang sudah ada, menjadikannya pilihan menarik untuk transisi ke sumber energi yang lebih bersih.
Dalam mesin pembakaran internal hidrogen, gas hidrogen dicampur dengan udara dan dikompresi di dalam silinder mesin.
Sebuah busi kemudian menyalakan campuran tersebut, menyebabkan ledakan terkontrol yang menghasilkan tenaga mekanik.
Tenaga ini digunakan untuk menggerakkan piston mesin dan pada akhirnya memberi daya pada kendaraan atau perangkat.
Salah satu kelemahan versi HICE adalah dapat menghasilkan emisi gas NOx jika tidak diatur dengan baik.
Namun mekanik biasanya menyetel pembakaran dengan udara berlebih untuk mengurangi emisi gas NOx.
Mesin Sel Bahan Bakar Hidrogen (HFCE)
Mesin sel bahan bakar hidrogen (HFCE: Hydrogen Fuel Cell Engine) menggunakan sel bahan bakar (mirip baterai) untuk mengubah hidrogen dan oksigen menjadi listrik. Lalu listrik itu kemudian menggerakkan motor listrik.
Tidak seperti mesin pembakaran internal (HICE), mesin sel bahan bakar (HFCE) tidak melibatkan pembakaran. Sehingga lebih efisien dan ramah lingkungan.
Dalam mesin HFCE, hidrogen dan oksigen dipompa masuk ke dalam sel bahan bakar, di mana terjadi reaksi elektrokimia.
Hydrogen Fuel Cell Engine bekerja mirip dengan baterai. Yang mana sebuah fuel cell memiliki kutub anoda (-) serta katoda (+).
Hidrogen (H2) dialirkan ke kutub anoda yang selanjutnya akan memecah molekul hidrogen menjadi elektron serta ion hidrogen (proton). Katalisnya biasanya menggunakan logam platina.
Proton atau ion hidrogen lalu berjalan menembus membran polimer elektrolit padat (PEM) menuju katoda. Sementara elektron tidak bisa melewatinya.
Elektron yang tidak bisa melewati membran dipaksa mengalir melalui sirkuit eksternal (sederhananya seperti kabel).
Sirkuit ekternal ini menghubungkan anoda dan katoda. Aliran elektron dari anoda ke katoda inilah yang menghasilkan arus listrik.
Lalu, yang terjadi di katoda (elektroda positif), proton dari anoda, elektron dari sirkuit, dan oksigen (O2) yang diinjeksi, bergabung kembali untuk membentuk air (H2O).
Reaksi ini menghasilkan listrik, air, dan panas. Listrik yang dihasilkan menggerakkan motor listrik. Sementara air dan panas dikeluarkan sebagai produk sampingan yang tidak berbahaya.
Karena HFCE menghasilkan air dan panas sebagai produk sampingan, maka tipe mesin ini menghasilkan emisi gas rumah kaca yang jauh lebih sedikit.
Tipe mesin HFCE ini juga memiliki efisiensi konversi energi yang lebih tinggi daripada mesin HICE.
Sehingga menghasilkan kinerja keseluruhan yang lebih baik dan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah.
Meski HFCE lebih efisien dibanding HICE, namun biaya pembuatan HFCE lebih tinggi.
Salah satu sebabnya, mesin sel bahan bakar (HFCE) membutuhkan material mahal seperti platinum sebagai katalis anoda.
Aplikasi Mesin Hidrogen
Seperti halnya mesin bakar tradisional, mesin hidrogen bisa diterapkan di berbagai sektor. Yakni angkutan, pembangkit listrik dan dunia penerbangan.
Para produsen otomotif semakin banyak mengeksplorasi mesin hidrogen untuk kendaraan, seperti mobil penumpang, bus, dan truk.
Perusahaan seperti Toyota, Hyundai, dan Honda telah memperkenalkan kendaraan bertenaga hidrogen.
Mesin hidrogen juga dapat digunakan untuk pembangkit listrik stasioner. Bisa menyediakan daya cadangan untuk bangunan atau lokasi terpencil.
Mesin ini menawarkan solusi energi yang bersih, andal, dan efisien, terutama di daerah dengan akses terbatas ke listrik jaringan.
Di industri kedirgantaraan dan penerbangan, mesin hidrogen sebagai alternatif mesin jet konvensional.
Beberapa perusahaan sedang mengembangkan pesawat bertenaga hidrogen, dengan tujuan mengurangi emisi dan meningkatkan efisiensi dalam perjalanan udara. (*)
Yosi Arbianto
