Ekonomi Hidrogen

Kegiatan perekonomian dunia yang semakin dinamis membutuhkan sumber energi yang cukup dan tidak bergejolak berlebihan. Sebagai konsekuensi logis, manusia berusaha untuk memenuhi kondisi tersebut. Berbagai sumber energi primer telah dimanfaatkan oleh manusia untuk memenuhi kebutuhan akan energi. Dari berbagai sumber energi primer yang telah dimanfaatkan oleh manusia, hampir seluruhnya didominasi oleh bahan bakar yang berdasarkan karbon. Jika dilihat dari produksi minyak mentah sebagai wakil dari sumber energi primer, jumlahnya terus meningkat dari tahun ketahun.

Sumber: www.doe.gov

Penggunaan bahan bakar berbasis karbon menghasilkan gas buang yang salah satunya adalah karbon dioksida. Seiring dengan meningkatnya penggunaan bahan bakar berbasis karbon tersebut, maka jumlah karbon dioksida yang dihasilkannya pun meningkat. Berikut ini grafik yang menggambarkan peningkatan jumlah karbon dioksida sebagai gas buang dari tahun ketahun.

Sumber: www.doe.gov

Seperti diketahui bahwa karbon dioksida merupakan unsur pembentuk yang paling utama dari gas rumah kaca yang dituding sebagai penyebab meningkatnya temperatur dunia. Fenomena tersebut saat ini menjadi perhatian utama segenap penduduk di muka bumi ini. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, berbagai alternatif pemecahan telah banyak dikembangkan. Salah satu alternatif yang hendak penulis kemukakan adalah peralihan paradigma ekonomi berdasarkan karbon menjadi paradigma ekonomi berdasarkan hidrogen.

Ekonomi Beradasarkan Hidrogen

Paradigma ekonomi berdasarkan hidrogen adalah perilaku masyarakat yang mendasarkan pada hidrogen untuk memenuhi kebutuhan energinya dalam menggerakan aktifitas ekonomi. Perlunya perubahan paradigma ini didasarkan pada beberapa hal sebagai berikut: upaya penyelamatan lingkungan global, pencegahan polusi di tingkat lokal, polusi kebisingan, serta dalam upaya menjamin kebutuhan energi dunia. Seperti diketahui hidrogen merupakan salah satu elemen yang menghasilkan energi jika direaksikan dengan oksigen. Faktor lebih dari penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar adalah menghasilkan gas buang air dan pengotor mikro lainnya, bukan karbon dioksida seperti yang dihasilkan oleh bahan bakar berbasis karbon. Oleh Energy Saving Trust, Inggris, digambarkan bahwa hidrogen merupakan bahan bakar yang menjanjikan untuk menghasilkan zero carbon pada moda transportasi.

Sebenarnya penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar sudah dilakukan sejak lama. Di Inggris, hidrogen dengan komposisi hingga 50% dijadikan bahan pencampur untuk gas kota pada tahun 1950-an. Selain itu, hidrogen juga telah digunakan sebagai bahan bakar roket. Jika dirunut lebih belakang lagi, ketertarikan akan penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar sudah terjadi pada tahun 1800-an. Ketertarikan tersebut kembali muncul sekitar tahun 1970-an ketika terjadi krisis minyak dan kembali lagi pada tahun 1980-an setelah berkembangnya teknologi produksi dan penyimpanan hidrogen.

Teknologi Produksi Hidrogen

Hidrogen sebagai sumber bahan bakar merupakan elemen yang tidak disediakan dalam jumlah yang tidak melimpah dialam. Sifat hidrogen sebagai bahan bakar mirip dengan energi listrik yaitu sebagai pemabawa energi (energy carrier). Maksud dari hidrogen sebagai pembawa energi adalah hidrogen sebagai bahan bakar memerlukan sumber energi lain sebagai pembangkitnya sehingga hidrogen seolah-olah membawa energi yang berasal dari sumber energi pembangkitnya.

Hidrogen dapat dibangkitkan dari beberapa sumber antara lain dari hidrokarbon (batubara, minyak bumi, dan gas alam), limbah biomassa, serta air yang kemudian dielektrolisis. Arus listrik yang digunakan untuk elektrolisis dapat berasal dari pembakaran bahan bakar fosil, nuklir maupun bahan bakar terbarukan. Industri petrokimia dan pengilangan minyak bumi merupakan konsumen terbesar hidrogen saat ini. Kedua industri tersebut menggunakan hidrogen sebagai bahan mentah untuk produksi maupun untuk keperluan proses lainnya.

Dalam proses produksi hidrogen dari bahan bakar fosil, akan dihasilkan karbon dioksida (CO2) sebagai produk lain selain hidrogen itu sendiri. Meskipun demikian, beberapa peneliti memperkirakan bahwa karbon dioksida yang dihasilkan tidak lebih besar jika dibandingkan pembakaran bahan bakar fosil secara langsung. Saat ini, mulai dikembangkan beberapa metoda maupun teknologi yang memungkinkan untuk menangkap CO2 seperti biological sink maupun geological sink.

Teknologi produksi hidrogen yang ada saat ini antara lain steam reforming, oksidasi parsial, elektrolisis, rute biologis dan teknologi fotoelektrolisis. Steam reforming merupakan teknologi produksi hidrokarbon yang menggunakan hidrokarbon sebagai bahan bakunya. Hidrokarbonnya dapat berasal dari bahan bakar fosil maupun dari gasifikasi biomassa. Oksidasi parsial merupkan teknologi produksi hidrogen yang digunakan untuh bahan baku yang berasal dari hidrokarbon berat seperti minyak bumi dan batubara. Elektrolisis merupakan teknologi produksi hidrogen yang paling tua yang berusia hampir 80 tahun. Teknologi ini akan ekonomis jika harga listrik murah. Rute biologis merupakan teknologi produksi hidrogen melalui pembiakan beberapa jenis alga dan bakteri. Alga dan bakteri tersebut mampu menghasilkan hidrogen melalui proses fotosintesis maupun fermentasi. Sementara itu, teknologi fotoelektrolisis merupakan teknologi elektrolisis yang sumber energi listriknya berasal dari energi matahari.

Dari sini dapat diketahui ekses CO2 dari proses produksi hidrogen dapat dikurangi secara signifikan jika dihasilkan melalui elektrolisis dengan energi nuklir maupun sumber-sumber renewable. Saat ini, hampir sekitar 95% produksi hidrogen berasal dari hasil reformasi gas alam.

Isu kunci yang mempengaruhi produski hidrogen saat ini ada beberapa hal, antara lain :

• Steam reforming dan elektrolisis merupakan jalur produksi yang sudah dilakukan secara komersial dan memiliki peranan yang penting dalam jangka pendek dan menengah untuk memenuhi permintaan energi dari hidrogen. Proses ini cocok untuk awalan saja, untuk memenuhi kebutuhan pasar nantinya sangat tidak memungkinkan.
• Saat ini hidrogen lebih mahal dari bahan bakar konvensional. Namun hal ini akan bisa diatasi dimasa depan dengan adanya pembebasan pajak serta teknologi produksi dan penyimpanan hidrogen dapat dicapai dengan baik.
• Sumber energi yang akan habis dan isu reduksi gas rumah kaca dalam kurun menengah dan panjang akan menimbulkan masa transisi teknologi rendah dan pengurang CO2.

Teknologi Penyimpanan dan Infrastruktur Distribusi

Selain teknologi produksi, teknologi penyimpanan dan infrastruktur untuk pendistribusian merupakan hal yang menjadi pemikiran dalam perubahan paradigma ekonomi ini. Teknologi penyimpanan hidrogen dapat melalui beberapa cara antara lain; compressed gas, liquid hydrogen dan chemical storage. Compressed gas merupakan teknologi penyimpanan hidrogen dengan cara ditekan hingga 200 bar. Liquid hydrogen merupakan teknologi penyimpanan hidrogen pada temperatur -253 0C dalam insulated pressure vessel. Sementara itu penyimpanan hidrogen dengan chemical storage merupakan teknologi penyimpanan yang memanfaatkan metal hydrides sebagai tempat penyimpanan hidrogen. Metal hydrides merupakan metal alloys yang mampu mengikat hidrogen pada permukaannya dan akan melepaskan hidrogen jika metal tersebut dipanaskan.

Saat ini, lokasi produksi hidrogen hampir selalu berdekatan dengan unit ataupun perusahaan yang membutuhkannya. Jika butuh didistribusikan untuk tempat yang jauh dengan lokasi produksi, hidrogen ditransportasikan dengan menggunakan truk liquid hydrogen, jaringan pipa atau dengan menggunakan tangki bertekanan. Untuk distribusi dalam jangka panjang perlu dipikirkan juga tanker untuk mengangkut cryogenic hydrogen liquid.

Untuk alat transportasi atau kendaraan bermotor, infrastruktur untuk pengisian ulang memerlukan investasi yang khusus. Dalam pembangunannya dalam tahap awal, hal-hal yang harus diperhatikan dalam pembangunan antara lain jumlah kendaraan, letak geografis konsumen, serta promosi penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar.

Pengguna Akhir

Hidrogen dapat digunakan untuk berbagai keperluan pembangkitan energi. Hidrogen dapat digunakan untuk membangkitkan listrik melalui fuel cell maupun dibakar secara langsung. Untuk kendaraan bermotor, hidrogen dapat langsung dibakar pada internal combustion engine (ICE) seperti bahan bakar yang berasal dari minyak bumi ataupun gas alam. Selain itu, hidrogen dapat digunakan sebagai sumber energi untuk kendaraan bermotor yang menggunakan fuel cell. Penggunaan hidrogen sebagai sumber tenaga fuel cell dapat meningkatkan efisensi hingga 45% dari 25%.

Safety

Beberapa peneliti mengatakan bahwa kendaraan bermotor yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar jauh lebih aman ketika bertabrakan jika dibandingkan dengan kendaraan yang menggunakan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi. Hal ini disebabkan hidrogen mudah menguap jika berada ditempat terbuka. Asalkan tidak ada komponen dari segitiga api, ledakan maupun kebakaran tidak akan terjadi.

Transisi Ekonomi Hidrogen

Harus diakui bahwa transisi menuju ekonomi hidrogen penuh ketidakpastian dan juga tidak bisa dihindari. Hal ini disebabkan transisi ekonomi hidrogen membutuhkan infrastruktur dengan investasi yang cukup besar. Beberapa analis memperkirakan bahwa setidaknya ada dua penyebab utama yang memperlambat proses transisi ekonomi hidrogen. Penyebab utama tersebut antara lain: hidrogen membutuhkan biaya yang cukup tinggi karena membutuhkan jalur distribusi yang cukup banyak; untuk kendaraan bermotor, membutuhkan infrastruktur yang cukup banyak. Oleh karena itu, rencana yang baik dan terstruktur dari pemangku kepentingan akan sangat dibutuhkan dalam transisi ekonomi hidrogen.