Membuka Produksi Hidrogen yang Efisien untuk Energi Bersih

Pertumbuhan populasi dan ekonomi dunia yang terus menerus telah menyebabkan peningkatan permintaan energi yang signifikan, sekitar 80% diantaranya bertemu oleh bahan bakar fosil. Sumber daya ini tidak hanya berkurang secara drastis tetapi juga bertanggung jawab atas peningkatan yang signifikan gas rumah kaca (GRK) di lingkungan.

Oleh karena itu, kini ada peningkatan fokus pada sumber energi terbarukan, seperti matahari, angin, air, bahan organik, dan Bumi panas.

Berasal dari sumber daya alam yang dapat mengisi kembali dirinya sendiri, sumber energi terbarukan penting bagi sistem energi yang bersih dan berkelanjutan. Namun, sumber energi terbarukan menghadapi berbagai tantangan, termasuk ketersediaan yang tidak menentu, biaya awal yang tinggi, keterbatasan geografis, dan kebutuhan ruang yang besar. 

Kredensial mikro Di sinilah hidrogen berperan. Permintaan global terhadap hidrogen meningkat menjadi 97 juta ton (Mt) pada tahun 2023, naik 2.5% dari tahun sebelumnya. 

Peran Hidrogen dalam Transisi Energi Bersih

Elemen paling ringan di alam semesta, hidrogen, telah muncul sebagai solusi yang menjanjikan untuk mencapai ekosistem energi yang lebih berkelanjutan karena fleksibilitasnya dan kemampuannya untuk menyimpan sejumlah besar energi relatif terhadap beratnya.

Ini bukan sumber utama seperti matahari, tetapi sumber sekunder, karena harus be diproduksi dari bahan baku lain seperti air, gas alam, atau biomassa.

Bila diproduksi menggunakan bahan bakar fosil seperti gas alam (yang saat ini merupakan metode yang paling umum), hidrogen bukanlah energi bersih, karena menghasilkan emisi CO2 tahunan yang signifikan.

Namun, ketika digunakan dalam sel bahan bakar, hidrogen hanya menghasilkan uap air sebagai produk sampingan, menjadikannya bahan bakar bersih.

Sebagai pembawa energi serbaguna, hidrogen dapat membantu mengatasi beberapa tantangan energi kritis. Hidrogen dapat mendukung integrasi energi terbarukan ke dalam sistem kelistrikan dengan menyimpan energi selama berminggu-minggu atau bahkan berbulan-bulan.

Hidrogen rendah emisi yang diproduksi dengan energi nuklir atau terbarukan, atau bahan bakar fosil menggunakan penangkapan karbon, sementara itu, dapat membantu dekarbonisasi berbagai sektor. Industri berat dan transportasi jarak jauh, yang mana pengurangan emisi merupakan tantangan tersendiri, dapat sangat mendapatkan keuntungan darinya. Namun, produksi hidrogen ini masih memainkan peran marjinal, di bawah 1% pada tahun 2023.

Hidrogen sebenarnya bisa diturunkan dari berbagai teknologi. Salah satu metode paling efisien untuk memproduksi Hidrogen berkelanjutan dihasilkan melalui elektrolisis air. Dalam elektrolisis intensif energi ini, listrik digunakan untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Teknologinya adalah berkembang dengan baik dan tersedia secara komersial, meskipun estimasi efisiensi energinya sekitar 52%.

Pendekatan lain adalah plasmolisis, yang memiliki menunjukkan hasil energi setara dengan elektrolisis, dengan penambahan keuntungan konsumsi daya yang berkurang, biaya pokok yang lebih rendah, dan ukuran peralatan yang lebih kecil. Kemajuan terbaru dalam mikrofluida dan mikro-plasma telah membuat produksi hidrogen melalui plasmolisis uap air menguntungkan dalam hal efisiensi energi.

Lainnya cara untuk mendapatkan hidrogen untuk listrik meliputi fotokatalisis, biohidrogen, dan proses termokimia.

Geser untuk menggulir →

Meskipun teknologi hidrogen menjanjikan, penggunaannya yang luas menggunakan wajah-wajah diam kesulitan dalam hal produksi biaya, efisiensi, dan keberlanjutan lingkungan secara keseluruhan. Mengingat perlunya sumber energi yang lebih bersih, para peneliti di seluruh dunia terus menerus mencari solusi masalah-masalah ini dengan bahan-bahan baru dan teknologi yang lebih baik.

Inovasi Katalis Mendorong Efisiensi Hidrogen

Seiring dengan perkembangan teknologi hidrogen dari konsep hingga komersialisasi, salah satu tantangan utama adalah pada pengatur terkenal. Pengatur ini menawarkan bantuan hukum kepada traderapabila trader berselisih dengan broker yang terdaftar dengan mereka. Material yang membuat sistem ini efisien dan terukur. Untuk mengatasi hal ini, para ilmuwan tengah mengembangkan berbagai pendekatan.

Misalnya, sebuah studi dari Markas Besar Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, diterbitkan¹ bulan ini di Nature, memperkenalkan katalis besi kecil sebagai alternatif platinum dalam sel bahan bakar membran pertukaran proton (PEMFC), dengan potensi untuk mengubah masa depan energi bersih.

PEMFC adalah perangkat energi bersih yang menghasilkan listrik dari hidrogen dan oksigen, dengan air sebagai satu-satunya produk sampingan. Namun, PEMFC sangat bergantung pada platinum yang langka dan mahal sebagai katalis. Jadi, untuk membantu dengan adopsi yang luas, para peneliti telah mengembangkan katalis berbasis besi berkinerja tinggi untuk sel bahan bakar ini.

Dengan desain cerdasnya yang disebut “aktivasi dalam, perlindungan luar”, katalis baru ini dapat mencapai kinerja luar biasa sekaligus mengurangi produk sampingan yang berbahaya.

Meskipun katalis Fe/N–C merupakan salah satu alternatif yang paling menjanjikan untuk katalis logam golongan platinum, aktivitas dan daya tahannya tidak dapat memenuhi kriteria kinerja. Jadi, tim merancang dan mengembangkan jenis baru katalis Fe/N–C terbuat dari sejumlah nanoprotrusi yang terdistribusi pada lapisan karbon 2D dengan situs atom Fe tunggal yang tertanam dalam permukaan lengkung bagian dalam nanoprotrusi. 

Hasilnya, katalis baru ini mampu memberikan kinerja PEMFC bebas logam golongan platinum yang “berkinerja terbaik”, dengan retensi aktivitas sebesar 86% bahkan setelah lebih dari 300 jam operasi berkelanjutan.

Teknologi kunci lainnya untuk menghasilkan hidrogen dengan cara yang netral iklim melalui elektrolisis air adalah Elektrolisis Air Membran Pertukaran Proton (PEM-WE).

Untuk mempercepat reaksi yang diinginkan, elektroda dilapisi dengan elektrokatalis khusus. Untuk anoda, katalis berbasis iridium umumnya digunakan, terutama untuk reaksi evolusi oksigen asam (OER).

OER adalah langkah produksi oksigen dalam proses pemisahan air yang menghasilkan energi hidrogen bersih, tetapi tetap menantang dan tidak efisien. Reaksi ini paling efektif jika menggunakan katalis berbasis iridium.

Ditemukan pada tahun 1803, Iridium tidak terjadi dalam bentuk murni di alam tetapi dipulihkan secara komersial sebagai produk sampingan dari produksi platinum, paladium, nikel, atau tembaga. 

Iridium adalah logam padat dan keras yang tidak terpengaruh oleh udara, air, dan asam. Karena properti ini, itu is bekas dalam busi, peralatan ilmiah, katalis, tinta konduktif untuk elektronik, dan pengobatan kanker.

Logam jarang dipakai dalam bentuk murni karena kesulitan dalam persiapan dan pembuatan; agak, Itu digunakan dalam bentuk paduan platinum.

Iridium (Ir), bagaimanapun, adalah logam bernilai tinggi dan salah satu unsur alami paling langka di kerak bumi. Bijih yang mengandung iridium Ditemukan di Afrika Selatan, Amerika Serikat (Alaska), Brasil, Rusia, Myanmar, dan Australia.

Kelangkaannya, dikombinasikan dengan -nya permintaan tinggi dari industri 'like' elektronik, membuatnya sangat mahal. Iridium sesungguhnya lebih berharga daripada emas, harganya hampir $5,000 per ons.

So, masuk akal kalau para ilmuwan terus-menerus mencari logam baru untuk menggantikan Iridium untuk membantu dengan adopsi PEMWE dalam skala besar. Namun, penemuan alternatif non-Ir tidaklah mudah dan tetap lambat karena luasnya ruang desain yang terlibat.

Beberapa bulan yang lalu, sebuah pelajaran² dari Institut Penelitian Material Lanjutan (AIMR) di Universitas Tohoku merinci katalis kristal berpori baru sebagai solusi efisien dan tahan lama untuk produksi hidrogen bersih melalui elektrolisis air. 

Bahan dalam penelitian ini adalah Co3O4 kristal tunggal mesopori yang didoping dengan Iridium yang tersebar secara atomik untuk OER asam.

Struktur spinel mesopori memainkan peran kunci, karena memungkinkan pemuatan Ir yang tinggi (13.8 wt%) tanpa pembentukan gugus iridium yang besar. Selain menyediakan ruang untuk pemuatan Ir, arsitektur ini juga membantu menciptakan lingkungan yang stabil.

Katalis mempertahankan kinerjanya selama lebih dari 100 jam hanya dengan kelebihan potensial 248 mV (η₁₀).

Dalam studi terbaru lainnya, para peneliti telah menciptakan "megalibrary" untuk mengeksplorasi aktivitas katalitik jutaan nanostruktur berbeda yang terdiri dari beberapa logam utama, membantu mencari alternatif katalis Ir untuk OER dalam skala dan kecepatan.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana katalis non-mulia membuka jalan bagi hidrogen yang terjangkau.

Penemuan Katalis Cepat dengan Nanoteknologi

studi terbaru³ telah menemukan katalis baru untuk produksi bahan bakar hidrogen yang hemat biaya dan energi.

Diterbitkan bulan ini di Journal of the American Chemical Society (JACS), penemuan katalis ini dilakukan dengan menggunakan megalibrium nanopartikel baru, dan ini menyamai atau melampaui kinerja Iridium dalam produksi bahan bakar hidrogen, dengan biaya yang jauh lebih murah.

Untuk waktu yang lama sekarang, para peneliti telah mencari alternatif untuk Iridium. Tapi apa mengambil puluhan tahun kini ditemukan dalam satu sore saja dengan menggunakan alat baru yang canggih yang dikembangkan oleh para ilmuwan dari Universitas Northwestern.

Alat yang baru ditemukan ini disebut megalibrary, yang merupakan "pabrik data" nanomaterial pertama di dunia. Setiap perpustakaan ini berisi jutaan nanopartikel berbeda dalam satu chip kecil.

Teknologi tersebut kemudian digunakan, bekerja sama dengan para peneliti dari Toyota Research Institute (TRI), untuk menemukan katalis yang relevan secara komersial untuk produksi hidrogen. Bahan tersebut kemudian diskalakan up, dan terbukti berfungsi dalam suatu perangkat. Semua ini sudah dilakukan dalam waktu singkat.

Untuk menemukan katalis baru, para peneliti bekas empat murah, logam yang melimpah, yaitu semua dikenal karena kinerja katalitiknya. Logam-logam ini adalah:

1. Kobalt (CO)
2. Kromium (CR)
3. Mangan (MN)
4. Rutenium (Ru)

Perpustakaan raksasa kemudian digunakan untuk menyaring kombinasi besar logam-logam ini dengan cepat guna menemukan material baru yang kinerjanya dapat menyamai Iridium.

Tim menemukan satu material baru yang kinerjanya sebanding dengan material berbasis Iridium komersial di laboratorium. Dalam beberapa kasus, kinerjanya bahkan melampaui material tersebut dengan biaya yang jauh lebih murah.

Penemuan ini bisa berpotensi membuat hidrogen hijau terjangkau.

Selain itu, materi baru ini menunjukkan efektivitas pendekatan megalibrary, yang dapat mengubah cara peneliti menemukan materi baru untuk berbagai tujuan. aplikasi.

Menurut penulis senior studi Chad A. Mirkin, yang merupakan penemu utama platform megalibrary dan orang yang benar-benar memperkenalkan megalibrary sekitar satu dekade lalu pada tahun 2016:

“Kami telah meluncurkan alat sintesis yang bisa dibilang paling canggih di dunia, yang memungkinkan kita untuk mencari sejumlah besar kombinasi yang tersedia bagi ahli kimia dan ilmuwan material untuk menemukan material yang penting.”

Dalam proyek megalibrary, tim “menyalurkan kemampuan itu menuju masalah besar yang dihadapi sektor energi.” Masalahnya, seperti yang dicatat oleh pelopor nanoteknologi Mirkin, adalah:

Bagaimana kita menemukan material yang sama bagusnya dengan Iridium, tetapi lebih melimpah, lebih mudah didapat, dan jauh lebih murah? Alat baru ini memungkinkan kami menemukan alternatif yang menjanjikan dan menemukannya dengan cepat.

Mirkin adalah Profesor Kimia di Weinberg College of Arts and Sciences, Northwestern, dan profesor teknik kimia dan biologi, teknik biomedis, serta ilmu dan teknik material di McCormick School of Engineering. 

Hidrogen hijau merupakan kebutuhan penting dunia, namun dibatasi karena ketergantungannya pada salah satu bahan paling langka untuk berfungsi.

“Tidak ada cukup iridium di dunia untuk memenuhi semua kebutuhan yang kita proyeksikan.”

– Ted Sargent, Profesor Kimia di Weinberg dan profesor teknik listrik dan komputer di McCormick

Sargent dan Mirkin mengerjakan proyek tersebut bersama-sama.

“Saat kita berpikir untuk memecah air guna menghasilkan bentuk energi alternatif, ternyata iridium tidak cukup dari segi pasokan.”

– Sersan

Penemuan kandidat baru untuk menggantikan logam ini menciptakan aplikasi yang sempurna untuk alat baru ini, yang dapat merevolusi proses penemuan material tradisional yang lambat dan rumit. Berbeda dengan metode coba-coba tradisional, megalibrium baru ini memungkinkan identifikasi komposisi optimal dengan cepat.

Setiap megalibrari diciptakan dengan kumpulan ratusan ribu ujung kecil berbentuk piramida untuk mencetak 'titik-titik' individual pada suatu permukaan. Setiap titik di sini memiliki campuran garam logam yang dirancang dengan cermat, yang ketika dipanaskan, akan direduksi menjadi nanopartikel tunggal yang unik, masing-masing dengan ukuran dan komposisi yang presisi.

Menurut Mirkin:

“Anda dapat menganggap setiap ujung sebagai orang kecil di laboratorium kecil. Daripada memiliki satu mungil orang buat satu struktur pada suatu waktu, Anda memiliki jutaan orang. Jadi, pada dasarnya Anda memiliki pasukan peneliti lengkap yang ditempatkan di sebuah chip.”

Secara total, chip tersebut memiliki 156 juta partikel, masing-masing terbentuk dari kombinasi berbeda dari Co, Cr, Mn, dan Ru. Pemindai robot kemudian menganalisis hanya seberapa baik mereka dapat melakukan Reaksi Evolusi Oksigen (OER). 

Kemampuan untuk menyaring partikel guna mendapatkan kinerja terbaiknya merupakan sebuah inovasi besar.

“Untuk pertama kalinya, kami tidak hanya dapat menyaring katalis dengan cepat, tetapi kami juga melihat katalis terbaik yang berkinerja baik dalam skala yang lebih besar.”

– Rekan penulis studi Joseph Montoya, seorang ilmuwan peneliti senior di TRI

Berdasarkan penilaian tersebut, peneliti memilih 40 berkinerja terbaik kandidat, mulai dari aktivitas rendah hingga tinggi, untuk pengujian lebih lanjut di laboratorium. Oksida RuCoMnCr telah diskalakan ke tingkat miligram sebelum dipelajari kinerja katalitiknya.

Satu komposisi menonjol pada akhirnya. Kombinasi tepat keempat logam tersebut adalah: Ru52Co33Mn9Cr6 oksida.

Jadi, tim mampu mendapatkan katalis multi-logam, yang sebenarnya diketahui lebih aktif dibandingkan dengan senyawa logam tunggalnya.

"Katalis kami sebenarnya memiliki aktivitas yang sedikit lebih tinggi daripada iridium dan stabilitas yang sangat baik," kata Mirkin. "Hal itu jarang terjadi karena rutenium seringkali kurang stabil. Namun, unsur-unsur lain dalam komposisi tersebut menstabilkan rutenium."

Katalis menghasilkan tegangan 1.58 V pada 1 A/cm2 dan 1.77 V pada 3 A/cm2.

Dalam hal kinerja jangka panjang, katalis baru ini beroperasi selama lebih dari 1,000 jam dengan efisiensi tinggi dan stabilitas luar biasa dalam lingkungan asam yang keras, dengan biaya tentang seperenam belas dari Iridium.

"Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk menjadikan ini layak secara komersial, tetapi sangat menggembirakan bahwa kami dapat mengidentifikasi katalis yang menjanjikan dengan begitu cepat – tidak hanya pada skala laboratorium, tetapi juga untuk perangkat."

– Montoya

Dalam proses menemukan katalis baru, tim telah menciptakan kumpulan data material berkualitas tinggi yang sangat besar, yang dapat membuka jalan bagi pembelajaran mesin dan AI untuk merancang generasi material baru berikutnya.

TRI, Northwestern, dan spinout-nya Mattiq telah mengembangkan algoritma untuk mencari perpustakaan besar dengan kecepatan yang sangat tinggi. 

Namun, ini baru permulaan. Seperti halnya AI, pendekatan megalibrary dapat diperluas melampaui sekadar penemuan katalis yang dipercepat untuk konversi energi, hingga mentransformasi penemuan material untuk hampir semua teknologi, seperti komponen optik canggih, perangkat biomedis, baterai, dan lainnya.

"Kita akan mencari berbagai macam material untuk baterai, fusi, dan lainnya," kata Mirkin. "Dunia tidak menggunakan material terbaik untuk kebutuhannya. Orang-orang menemukan material terbaik pada titik waktu tertentu, mengingat alat yang tersedia bagi mereka. Masalahnya adalah kita sekarang memiliki infrastruktur besar yang dibangun di sekitar material tersebut, dan kita terjebak dengannya. Kita ingin membalikkan keadaan itu. Saatnya untuk benar-benar menemukan material terbaik untuk setiap kebutuhan – tanpa kompromi."

Berinvestasi dalam Kekuatan Hidrogen

Bloom Energi Corp (BE + 4.69%) bergerak di bidang pembangkitan tenaga sel bahan bakar stasioner. It menyediakan dua produk komersial: Bloom Electrolyzer untuk memproduksi hidrogen dan Bloom Energy Server untuk menghasilkan listrik.

Perusahaan ini memproduksi hidrogen dari elektroliser terbesar Di dalam dunia, yang mana dipasang di Pusat Penelitian Ames NASA, menghasilkan sekitar 25% lebih banyak hidrogen per megawatt dibandingkan elektroliser komersial 'like' PEM atau alkali.

Sejauh ini, Bloom Energy telah menerapkan 1.5 GW daya rendah karbon di lebih dari 1,200 instalasi di seluruh dunia.

Dengan kapitalisasi pasar sebesar $12.38 miliar, saham BE diperdagangkan pada harga $53.15, naik 138.36% YTD. Baru-baru ini, saham perusahaan melampaui $55 dan mencapai titik tertinggi baru berkat meningkatnya minat dari hyperscaler dan data pusat. Juga, kembali Pada bulan Juli, perusahaan tersebut mendapatkan kesepakatan penting dengan Oracle dan mengisyaratkan lebih kesepakatan semacam itu di masa mendatang.

Perusahaan ini memiliki EPS (TTM) sebesar 0.11 dan P/E (TTM) sebesar 495.23.

Untuk keuangan, sayat melaporkan peningkatan pendapatan sebesar 19.5% YoY menjadi $401.2 juta untuk kuartal kedua yang berakhir pada 30 Juni 2025. Margin kotor untuk periode tersebut adalah 26.7% dan margin kotor non-GAAP adalah 28.2%. Kerugian operasional adalah $3.5 juta, dan laba operasional non-GAAP adalah $28.6 juta.

"Seiring dengan semakin jelasnya kekuatan di tempat, mengingat pesatnya pertumbuhan AI, daya tarik pasar untuk produk Bloom belum pernah sebaik ini. Berbeda dengan alternatif lainnya, produk kami dirancang khusus untuk revolusi digital."

– Pendiri dan CEO KR Sridhar

Bloom Energy Corp Terbaru (MENJADI) Berita dan Perkembangan Saham

Kesimpulan

Unsur paling sederhana dan paling melimpah di alam semesta, hidrogen, menjanjikan sebuah jalan menuju Masa depan yang lebih hijau. Bagaimanapun, elemen ini berpotensi menjembatani intermittensi energi terbarukan dan mendekarbonisasi sektor-sektor yang sulit dikurangi. Namun, mewujudkan janji tersebut membutuhkan investasi, inovasi, dan kolaborasi lintas industri.

Terobosan terbaru dalam katalis dan elektrolisis dapat membantu meningkatkan efisiensi produksi hidrogen, sehingga mempercepat transisi menuju ekonomi energi berkelanjutan.

Referensi:

1. Zhao, Y., Wan, J., Ling, C., dkk. Reduksi oksigen asam dengan katalis Fe atom tunggal pada penyangga lengkung. Alam, 644, 668–675, diterbitkan 13 Agustus 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09364-6
2.  Wang, Y., Qin, Y., Liu, S., Zhao, Y., Liu, L., Zhang, D., Zhao, S., Liu, J., Wang, J., Liu, Y., Wu, H., Jia, B., Qu, X., Li, H., Qin, M. Partikel kristal tunggal mesopori sebagai katalis evolusi oksigen asam yang kuat dan efisien. Jurnal American Chemical Society, 147(16), 13345–13355, diterbitkan 8 April 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.4c18390
3. Huang, J., Wang, Z., Liang, J., Li, XY., Pietryga, J., Ye, Z., Smith, PT, Kulaksizoglu, A., McCormick, CR, Kim, J., Peng, B., Liu, Z., Xie, K., Torrisi, SB, Montoya, JH, Wu, G., Sargent, EH, Mirkin, California Mempercepat laju penemuan katalis reaksi evolusi oksigen melalui megabrari. Journal of American Chemical Society, 147(34), diterbitkan 19 Agustus 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c08326