Elektroliser baru dapat mengubah cara kita memproduksi bahan bakar hidrogen dari air laut, mengatasi tantangan yang menghambat proses tersebut.

Dengan meningkatnya permintaan energi global dan meningkatnya kekhawatiran terhadap polusi dan perubahan iklim, peralihan menuju energi ramah lingkungan menjadi hal yang sangat penting. Meskipun nuklir, angin, dan surya merupakan alternatif pengganti bahan bakar fosil, energi hidrogen muncul sebagai pesaing kuat yang juga tidak menghasilkan karbon dioksida.

“Hidrogen adalah pembawa penting dalam transisi energi menuju netralitas karbon,” Leifeng Liu, seorang profesor di Laboratorium Bahan Danau Songshan di Tiongkok, menjelaskan melalui email. “Dia. Dia [could not] Ini hanya akan digunakan untuk dekarbonisasi sektor transportasi, […] Sel bahan bakar hidrogen mendapat manfaat, namun sel bahan bakar ini juga dapat diterapkan secara lebih luas di industri yang sulit dimitigasi seperti pembuatan baja, sintesis amonia/metanol, pemurnian logam, dan lain-lain, sehingga membantu mencapai emisi nol bersih di sektor-sektor ini.

Namun, betapapun bersihnya energi ini, metode tradisional untuk memproduksi hidrogen melalui gasifikasi batu bara dan reformasi uap (steam reforming) tetap berbahaya bagi lingkungan dan sangat mengurangi potensinya.

Bahan bakar hidrogen dari elektrolisis

Untungnya, hidrogen dapat dihasilkan dari air murni, yang molekulnya tersusun dari oksigen dan hidrogen, dengan cara yang lebih ramah lingkungan melalui proses elektrolisis.

Ini melibatkan kontak air dengan elektroda bermuatan positif, yang disebut anoda, di mana molekul air yang tidak bermuatan dipecah menjadi ion dan elektron. Komponen-komponen ini kemudian berjalan melalui berbagai jalur menuju elektroda bermuatan negatif yang dikenal sebagai katoda, di mana, di antara produk sampingan lainnya, komponen-komponen tersebut membentuk hidrogen murni.

“Elektrolisis air berbasis energi terbarukan kini diterima secara umum sebagai pendekatan yang menjanjikan terhadap produksi hidrogen ‘ramah lingkungan’, dan beberapa proyek ‘air terbarukan + elektrolisis air’ sedang berlangsung di banyak negara,” jelas Liu. “Namun, kekurangan air bersih dapat menjadi hambatan bagi penerapan alat analisa air listrik dalam skala besar di masa depan, terutama di Afrika dimana Uni Eropa berencana untuk menggunakan alat analisa air listrik sebesar 40 GW pada tahun 2030.”

Kekurangan ini mendorong Liu dan rekan-rekannya mencari alternatif lain. di dalam Studi mereka Diterbitkan di Bahan fungsional tingkat lanjutTim tersebut mengusulkan cara baru untuk menghasilkan hidrogen dari air laut, yang mewakili sekitar 96,5% dari total cadangan air di planet ini.

Air, air di mana-mana…

Tantangannya adalah air laut mengandung sejumlah besar senyawa yang disebut kalium hidroksida dan natrium klorida. Unsur-unsur ini juga terlibat dalam proses elektrolisis, yang meningkatkan konsumsi energi, namun tidak menghasilkan produksi hidrogen murni, sehingga menimbulkan korosi pada komponen elektroliser.

Untuk mengatasi kendala tersebut, Liu dan timnya mengusulkan untuk mencampurkan air laut dengan hidrazin, sebuah molekul yang terdiri dari nitrogen dan hidrogen, yang diketahui secara signifikan meningkatkan efisiensi pembangkitan hidrogen. Mereka juga melapisi elektroda dengan foil yang terbuat dari platinum dan telurium, yang bertindak sebagai katalis dalam elektrolisis, sehingga lebih mudah untuk dilanjutkan tanpa berpartisipasi dalam reaksi kimia.

Elektroliser menunjukkan hasil yang menjanjikan: ia mempertahankan stimulasi pada tegangan yang jauh lebih rendah di antara elektroda daripada yang dibutuhkan oleh stimulasi air laut konvensional, mengurangi reaksi samping yang tidak diinginkan, meningkatkan keandalan elektroliser, dan mencegah korosi.

Selain itu, perangkat baru ini menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsi, sehingga produksi hidrogen dapat dilakukan secara mandiri.

“Temuan paling penting dari penelitian kami adalah bahwa melalui desain rasional, elektrolisis air laut dapat dilakukan secara otomatis, yaitu dengan tenaga mandiri,” jelas Liu. “Artinya, jika seseorang memiliki air laut, maka ia dapat memproduksi hidrogen dari air laut menggunakan perangkat yang kami usulkan tanpa menggunakan listrik dari luar!”

“Perangkat kami dapat membantu mengurangi konsumsi energi elektrolisis air secara signifikan, menunjukkan potensi besar untuk mengurangi biaya produksi hidrogen. Selain itu, perangkat kami memungkinkan pengoperasian pada kepadatan arus rendah, memungkinkan fleksibilitas operasional elektroliser yang lebih besar, yang saat ini juga mewakili aspek teknis. rintangan dalam operasi dunia nyata.

Menjanjikan, namun diperlukan perbaikan lebih lanjut

Terlepas dari hasil yang mengesankan ini, para peneliti mengakui bahwa metode elektrolisis mereka memiliki kelemahan, dan para ilmuwan masih harus mengatasi beberapa kesulitan mendasar untuk mencapai produksi hidrogen yang benar-benar bersih dengan menggunakan metode tersebut.

“Kami masih perlu menggunakan platinum [metal] “Untuk mengkatalisis reaksi katodik dan anodik,” jelas Liu. “Selain biayanya, penambangan platina juga merupakan masalah lingkungan. “Kami bertujuan untuk mengembangkan non-…[platinum] Insentif di masa depan akan bergantung pada pengurangan biaya dan pengurangan ketergantungan pada kelangkaan ini [metal]”.

Selain itu, penggunaan reaksi oksidasi hidrazin menjadi kunci untuk mengurangi konsumsi energi pada elektrolisis, tutupnya.

“Namun, hidrazin sangat beracun dan penggunaannya secara luas dalam elektrolisis air dapat menimbulkan beberapa risiko terhadap lingkungan dan operator. Oleh karena itu, perlu dicari molekul alternatif untuk menggantikan hidrazin.”

Referensi: Ziping Yu, dkk., Produksi hidrogen bertenaga mandiri dari air laut dengan katalis nanosheet PtTe terkelupas trifungsional, Materi Fungsional Tingkat Lanjut (2024). doi: 10.1002/adfm.202403099

Kredit gambar: Geralt di Pixabay