Apa itu sel bahan bakar hidrogen?

Penjelasan paling sederhana: Sel bahan bakar hidrogen adalah kotak tempat hidrogen diubah menjadi energi listrik dan air sebagai produk limbah. Dan ketika saya mengatakan kotak, saya bersungguh-sungguh. Lihat gambar 1:

Mengapa sel bahan bakar hidrogen berbentuk kotak?

Karena sel bahan bakar adalah perangkat langsung dalam pembuatannya, menumpuk beberapa pelat dan melanjutkan ke kotaknya (gambar 2).

Bagaimana kinerja sel bahan bakar dibandingkan dengan baterai?

Itu tergantung pada kinerja seperti apa yang Anda ukur dan butuhkan. Gambar 3 membandingkan densitas energi dan daya dari berbagai teknologi penyimpanan energi, termasuk sel bahan bakar.

Kepadatan energi berarti berapa banyak energi yang dapat disimpannya. Di dalam mobil, itu kira-kira sama dengan jarak berkendara. Kepadatan daya berarti seberapa cepat ia dapat melepaskan energi. Dalam konteks mobil, ini akan berguna dalam akselerasi dan torsi.

Kepadatan energi berarti berapa banyak energi yang dapat disimpannya. Di dalam mobil, itu kira-kira sama dengan jarak berkendara. Kepadatan daya berarti seberapa cepat ia dapat melepaskan energi. Dalam konteks mobil, ini akan berguna dalam akselerasi dan torsi.

Sel bahan bakar menampilkan kepadatan energi yang besar dan kepadatan daya yang lebih rendah dibandingkan dengan baterai.

Jika sel bahan bakar bekerja untuk mobil, mengapa begitu sedikit mobil hidrogen?

Jika Anda bertanya kepada sebagian besar ahli, mereka akan memberi tahu Anda bahwa mobil dan truk hidrogen akan hancur. Paling-paling, mungkin ada kapal dan pesawat sel bahan bakar. Mereka akan menunjukkan betapa sedikitnya mobil hidrogen yang ada di jalanan, betapa sedikitnya model mobil hidrogen yang tersedia, dan betapa kurangnya stasiun pengisian ulang hidrogen.

Mereka akan menambahkan bahwa sebagian besar hidrogen adalah hidrogen abu-abu, sehingga memancarkan karbon dan bergantung pada gas alam ketika ada dorongan untuk keamanan rantai pasokan.

Sel bahan bakar berfungsi, dan akan ada lebih banyak mobil hidrogen

Beberapa sumber hidrogen hijau sudah tersedia, beberapa dengan harga bersaing. Harganya akan terus menurun karena permintaan hidrogen hijau dan biaya energi terbarukan terus menurun.

Mobil sel bahan bakar hidrogen bekerja jauh lebih baik dalam kondisi dingin dan menampilkan jarak tempuh yang jauh dan waktu pengisian yang cepat. Kurangnya stasiun bahan bakar hidrogen yang menahan adopsi mobil sel bahan bakar kembali bergulir.

Litium langka dan terlalu bergantung pada China

Di sisi lain, kritikus dapat menunjukkan masalah dengan pasokan litium, termasuk kekurangannya di masa mendatang . Deposit lithium jauh lebih terkonsentrasi daripada hidrogen.

Selain itu, konsentrat penyulingan litium di China pada skala yang jauh lebih luas daripada bahan bakar fosil mana pun. Dan akan tetap demikian di tahun-tahun berikutnya.

Produksi hidrogen lebih ramah rantai pasokan.

Kami selalu dapat membuat hidrogen dari air melalui elektroliser. Itu memang harus air yang bisa diminum: air laut atau air payau sudah cukup.

Electrolyzers juga merupakan teknologi yang lebih sederhana untuk didesentralisasikan dibandingkan dengan pemurnian lithium. Anda dapat membuat elektroliser dengan kapasitas berbeda, dari kW hingga MW.

Terakhir, jika Anda menggunakan air laut atau air payau, Anda bahkan dapat menambang lithium sambil mengolah air untuk elektrolisis.

Produksi hidrogen sesuai dengan generasi terbarukan.

Hidrogen masa depan akan bersumber dari energi hijau dengan energi terbarukan pada periode produksi energi berlebih, sehingga mengurangi pembatasan energi .

Pengisian ulang cepat mendukung hidrogen di kendaraan kerja.

Salah satu sektor yang merangkul hidrogen adalah kendaraan kerja. Toyota menjual forklift hidrogen di antara perusahaan lain . Walmart telah menggunakan forklift hidrogen sejak 2012 .

Pemasok Walmart, Plug Power , memanfaatkan sepuluh tahun kemitraan mereka pada tahun 2022 untuk juga memasok hidrogen hijau .

Pada saat yang sama, Plug power memperluas kemitraannya dengan Amazon, Home Depot, Grup SK Korea Selatan, dan perusahaan mobil seperti Stellantis dan Renault.

Teknologi sel bahan bakar juga memungkinkan perkuatan dari bahan bakar fosil, mengubah ekskavator diesel menjadi bertenaga hidrogen .

Kisaran kargo mendukung truk hidrogen

Truk hidrogen sel bahan bakar menampilkan keunggulan dibandingkan truk baterai-listrik pada rentang penggerak kargo. Lihat gambar 4

Keunggulan ini mendorong beberapa investasi pada truk sel bahan bakar:

• Perusahaan AS seperti Cummins , Kenworth Trucks , dan pemula seperti Nikola dan Hyzon Motors ;
• Usaha patungan Eropa seperti Cellcentric (Daimler dan Volvo) dan Symbio (awalnya, Faurecia dan Michelin, dengan Stellantis bernegosiasi untuk membeli );
• Hino Trucks cabang Jepang sebuah perusahaan Toyota;
• Hyundai Korea Selatan
• Beberapa perusahaan Cina seperti Beiqi Foton dan Foshan Feichi Bus, meskipun fokus utama menargetkan bus, Foshan Feichi baru-baru ini mengumumkan truk otonom sel bahan bakar tugas berat.

Oh, tapi bagaimana dengan teknologi baterai masa depan?

Rupanya, hidrogen masih mengungguli baterai untuk kargo jarak jauh (gambar 5).

Kereta penggerak hidrogen untuk menggerakkan kereta

Layanan kereta hidrogen reguler dimulai di Jerman pada tahun 2022 . India berencana untuk memulai layanan pada akhir 2023 . Jalur regional , dengan lalu lintas rendah pada kecepatan rendah dan tanpa elektrifikasi, menjadi target kereta hidrogen menggantikan kereta diesel.

Pengiriman beralih ke hidrogen untuk dekarbonisasi

Di kapal, sel bahan bakar hidrogen memberikan kesesuaian terbaik , dengan kapal bertenaga baterai diturunkan ke aplikasi khusus dalam waktu singkat dan wadah berdaya tinggi.

Sebuah kapal demonstrasi kecil yang dilengkapi dengan sel bahan bakar berlayar ke seluruh dunia sejak 2017. Norwegia baru-baru ini menyetujui MF Hydra, kapal feri sel bahan bakar, untuk beroperasi.

Sudah ada beberapa pilihan sistem sel bahan bakar hidrogen untuk kapal , tetapi harganya masih mahal. Ketersediaan hidrogen masih perlu ditingkatkan, namun pembangkitan dapat terjadi di tempat .

Pesawat terbang dengan hidrogen

Produsen pesawat Eropa Airbus melihat hidrogen sebagai salah satu cara untuk mencapai pertarungan tanpa emisi. Konsep ZEROe menghadirkan implementasi hidrogen di masa depan yang berbeda di pesawat.

Hidrogen menjadi bahan bakar ketiga konsep tersebut. Pesawat tanpa mesin jet hanya menggunakan sel bahan bakar untuk menggerakkan baling-baling dengan motor listrik. Pesawat dengan turbofan menggunakan sel bahan bakar untuk kipas dan hidrogen secara langsung sebagai bahan bakar untuk mesin jet.

Sementara itu, pesawat eksperimental melakukan penerbangan untuk menguji dan meningkatkan teknologinya.

Apakah hidrogen versus baterai masuk akal?

Akhirnya, ini mungkin membuktikan dikotomi yang salah di masa depan . Mobil lithium ion listrik saat ini masih menggunakan baterai asam led kecil . Demikian pula, kendaraan hidrogen mengandung baterai lithium.

Tampaknya teknologi yang bersaing dapat dan seharusnya menjadi gratis. Dan karena ada keraguan tentang ketersediaan litium dan konsentrasi pemurniannya di China, hidrogen dapat membantu dalam kedua hal tersebut.