Apakah Sel Bahan Bakar Hidrogen Masa Depan Kendaraan Listrik?

Penerapan kendaraan listrik baterai (BEV) di Amerika Utara tampaknya menemui hambatan. Dengan nilai jual kembali yang buruk, biaya perbaikan yang mahal, dan infrastruktur yang tertinggal, penjualan melambat – secara nyata. Bahkan ada pembalikan keputusan oleh perusahaan rental besar seperti Hertz yang memutuskan untuk melakukan hal tersebut membongkar sebagian besar kendaraan listrik di armadanya, kembali ke mesin pembakaran internal (ICE).

Meskipun hal ini mungkin terjadi, rasanya gila jika berpikir bahwa transisi dari sesuatu yang ada di mana-mana seperti ICE akan terjadi dengan mulus. Akan selalu ada kemunduran, dan akan selalu ada pertanyaan valid yang diajukan seputar manfaat kendaraan listrik.

Intinya, peralihan ke kendaraan listrik bukan hanya keinginan segelintir orang; melainkan kebutuhan banyak orang dalam perjuangan melawan perubahan iklim. Namun, jika generasi kendaraan listrik saat ini tidak mampu memenuhi kebutuhan tersebut, apa pilihan lain yang kita miliki? Bagi banyak orang, jawabannya adalah sesuatu yang telah dipertimbangkan selama bertahun-tahun dan baru-baru ini mengalami kemajuan yang signifikan – Kendaraan Listrik Hidrogen (HEV).

Meningkatkan Daya Tahan Sel Bahan Bakar Hidrogen

Dalam terakhir belajar¹, tim peneliti gabungan yang terdiri dari ilmuwan dari Universitas Nasional Harvard dan Incheon merinci pendekatan baru untuk membangun sel bahan bakar hidrogen yang akan menghasilkan peningkatan daya tahan dan masa pakai.

Lebih khusus lagi, penelitian ini melihat perkembangan a “kategori membran elektrolit tahan lelah, terdiri dari jaringan interpenetrasi Nafion dan perfluoropolyether (PFPE).” Ketika digunakan, diketahui bahwa kelelahan yang khas, yang muncul sebagai fraktur stres yang terjadi selama penggunaan sel bahan bakar secara rutin, dapat sangat berkurang.

Dengan memasukkan bahan tersebut ke dalam membran elektrolit di dalam sel bahan bakar, penelitian menunjukkan bahwa hal itu meningkatkan “…ambang batas kelelahan sebesar 175% dan memperpanjang umur sel bahan bakar sebesar 1.7 kali lipat. Selain itu, membran Nafion yang tidak dimodifikasi menunjukkan umur 242 jam, sedangkan membran komposit diamati memiliki umur 410 jam.”

Meskipun tim mencatat bahwa pengenalan material ini sedikit menurunkan kinerja sel bahan bakar, peningkatan daya tahan/umur panjang yang signifikan jelas merupakan kompensasi yang sepadan. Ke depannya, jika sel bahan bakar hidrogen diharapkan dapat menggantikan baterai di sektor kendaraan listrik, kemajuan seperti inilah yang perlu dicapai. Namun, penting untuk diingat bahwa teknologi terbaik tidak selalu menang. Keunggulan pelopor memang nyata, dan kendaraan listrik bertenaga baterai jelas memimpin, meskipun pasarnya sedang lesu baru-baru ini.

Apa Itu Kendaraan Listrik Hidrogen (HEV)?

Kendaraan listrik adalah kendaraan yang mengandalkan motor bertenaga listrik dibandingkan mesin yang bertenaga bahan bakar pembakaran. Saat ini, sebagian besar kendaraan listrik menggunakan baterai yang berat untuk menyimpan dan menyalurkan listrik untuk menggerakkan motornya. Seperti disebutkan, ada pendekatan lain terhadap kendaraan listrik yang tampaknya mulai mendapat perhatian – sel bahan bakar hidrogen.

Dalam Kendaraan Listrik Hidrogen (HEV), terkadang disebut Kendaraan Listrik Sel Bahan Bakar (FCEV), listrik yang dibutuhkan untuk menggerakkan motor disediakan melalui reaksi elektrokimia yang menghasilkan hidrogen, yang disimpan dalam bentuk cair atau gas terkompresi, dipecah menjadi proton dan elektron. Seluruh proses bekerja sebagai berikut:

1. Hidrogen yang disimpan dalam tangki bertekanan tinggi dilepaskan sesuai permintaan ke sel bahan bakar.
2. Hidrogen yang dimasukkan ke sel bahan bakar dipecah menjadi proton dan elektron.
3. Elektron digunakan untuk menggerakkan motor, yang kemudian menggerakkan roda.
4. Proton bergabung dengan oksigen di udara, menghasilkan dua produk sampingan: panas dan uap air.

Menariknya, beberapa HEV hybrid terpilih menggunakan baterai yang lebih kecil untuk menangkap energi yang hilang melalui pengereman regeneratif, yang menggabungkan yang terbaik dari kedua dunia.

Apa Daya Tarik Hidrogen?

Daya tarik di balik HEV beragam namun substansial, begitu pula dengan kendaraan listrik bertenaga baterai. Jadi, meskipun varian bertenaga baterai saat ini mendominasi pasar, mereka sama sekali tidak dinyatakan sebagai pendekatan yang unggul. Faktanya, masing-masing faktor berikut menunjukkan bahwa HEV lebih unggul dalam beberapa hal.

Pembuatan dan Penyimpanan: Paket baterai biasanya terdiri dari bahan-bahan yang dikumpulkan oleh operasi penambangan besar dan invasif yang mendatangkan malapetaka di bumi, sehingga melemahkan anggapan bahwa penggunaannya baik bagi lingkungan. Hidrogen, di sisi lain, dapat ditangkap melalui cara-cara seperti elektrolisis berkelanjutan dan secara potensial cadangan yang terjadi secara alami.

Selain itu, Hidrogen dapat dengan mudah dikompresi menjadi cairan dan diangkut tanpa masalah dalam jumlah besar. Tidak memerlukan jalur transmisi dari titik pembuatannya, sehingga prosesnya lebih fleksibel.

Kinerja: Dari sudut pandang kinerja, tidak ada perbedaan besar antara HEV dan BEV. Kedua jenis kendaraan ini memanfaatkan motor untuk menggerakkan roda penggeraknya, yang berarti keduanya akan mendapatkan keuntungan dari torsi instan dan output yang identik dengan teknologi tersebut.

Emisi: Dari segi emisi, Hidrogen bisa dibilang lebih baik. Meskipun secara teknis merupakan penghasil emisi sekunder, ini hanya melibatkan uap air yang keluar dari pipa knalpot. Sedangkan BEV tidak mengeluarkan emisi sama sekali. Proses pemisahan Hidrogen terjadi pada proses pembuatannya, karena paket baterai yang dibuang memerlukan penambangan ekstensif untuk membuatnya, sehingga merusak Bumi dalam prosesnya.

Pengisian bahan bakar: Pengisian bahan bakar adalah salah satu daya tarik terbesar bagi Hidrogen, karena ini adalah faktor yang sering ditangani langsung oleh pengguna akhir. Meskipun BEV biasanya memerlukan waktu pengisian daya yang lama dan infrastruktur khusus, HEV dapat mengisi bahan bakar secepat kendaraan berbahan bakar bensin/diesel biasa.

Range: Meskipun teknologi baterai semakin maju, agar BEV dapat memiliki jangkauan yang sama dengan ICE tradisional, diperlukan baterai yang besar. Hal ini mengakibatkan waktu pengisian daya lebih lama, lebih banyak dampak lingkungan, dan hilangnya efisiensi karena bobot. Hidrogen, di sisi lain, memiliki angka jangkauan yang biasanya setara dengan ICE, menghilangkan kekhawatiran akan jangkauan sepenuhnya.

Iklim Dingin: Salah satu kekhawatiran yang melanda pemilik BEV adalah wilayah tersebut. Sangat sedikit tempat yang memiliki kondisi iklim ideal untuk BEV, sehingga mengakibatkan berkurangnya jangkauan secara drastis bagi banyak pelanggan. Meskipun Hidrogen kehilangan jangkauannya dalam cuaca dingin, namun hal ini tidak sedramatis ini, sehingga menjadikannya pilihan yang lebih menarik bagi banyak orang.

Seperti yang Anda lihat, ada berbagai area penting di mana HEV dapat mengungguli varian paket baterainya. Ketertinggalan mereka terletak pada kompleksitasnya, kebutuhan untuk memperbaiki infrastruktur pengisian bahan bakar yang ada, dan potensi munculnya baterai solid-state.

Pelaku Industri Mengembangkan Solusi Hidrogen

Industri kendaraan listrik mungkin sedang mengalami beberapa kendala saat ini, tetapi tetap jelas bahwa mereka adalah masa depan transportasi. Yang belum jelas adalah seperti apa bentuk kendaraan listrik nantinya. Apakah akan bertenaga baterai? Atau akankah mereka mengandalkan sel bahan bakar hidrogen? Dua perusahaan berikut mengandalkan yang terakhir dan telah mulai merencanakan masa depan tersebut.

*Angka-angka yang diberikan di bawah ini akurat pada saat penulisan dan dapat berubah sewaktu-waktu. Setiap calon investor harus memverifikasi metrik*

1. Toyota

Sebagai produsen mobil terbesar di dunia, tak heran jika Toyota merambah ranah HEV. Menariknya, meskipun perusahaan sedang aktif mengembangkan solusi baterai solid-state, Toyota justru menentang EV bertenaga baterai yang ada saat ini. Sebaliknya, Toyota justru menyatakan keyakinannya bahwa masa depan yang lebih cerah terletak pada HEV, bahkan mesin pembakaran hidrogen.

Khususnya, Toyota mulai mengembangkan teknologi HEV pada tahun 1992, menjelang peluncuran 'Mirai' – sedan yang mampu mengisi bahan bakar hanya dalam waktu 5 menit, menempuh jarak 650 km, dan tanpa emisi berbahaya.

2. Colokkan daya

(PLUG )

Plug Power Inc., didirikan pada tahun 1997 dan berkantor pusat di Latham, New York, tetap menjadi pemain kunci dalam memajukan teknologi sel bahan bakar hidrogen. Khususnya, Plug Power tidak hanya berfokus pada mobil dan truk; perusahaan merancang dan memproduksi sistem tersebut untuk instalasi kecil yang menggunakan motor listrik.

Dalam beberapa tahun terakhir, Plug Power telah memperluas fokusnya melampaui sel bahan bakar untuk penanganan material dan mulai menyasar pasar yang lebih luas. Ini mencakup sistem tenaga stasioner, armada kendaraan pengiriman, dan bahkan aplikasi potensial di bidang penerbangan. Akuisisi strategis perusahaan, seperti United Hydrogen dan Giner ELX, semakin memperkuat posisinya dalam ekonomi hidrogen dengan meningkatkan kemampuannya dalam pembangkitan, pencairan, dan distribusi hidrogen.

Final Word

Dengan tersendatnya kendaraan listrik bertenaga baterai, lebih banyak fokus diberikan pada alternatif potensial. Saat ini, solusi hidrogen adalah yang terdepan, dan meskipun teknologi ini mungkin mudah diabaikan pada pandangan pertama, ingatlah bahwa bukan hanya Toyota yang mendorong hidrogen. Kemitraan dan pengembangan solusi hidrogen yang melibatkan perusahaan seperti Honda, GM, Hyundai, dan lainnya sudah ada.

Dengan meningkatnya akses terhadap sumber hidrogen berkelanjutan setiap hari, masa depan kendaraan listrik mungkin terlihat sedikit berbeda dari yang diperkirakan banyak orang.

Studi yang dirujuk:

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, DY, Lee, WY, Choi, W., Kim, DJ, Lee, SH, Jeong, SK, Park, JH, Park, S., & Kim, JY (2024). Membran Elektrolit Tahan Lelah untuk Sel Bahan Bakar Membran Elektrolit Polimer Tahan Lama. Bahan Lanjutan, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}