Penerapan
Teknologi Fuel Cell
Energi Hijau Berlimbah Uap Air
Meningkatnya penguasaan ruang, waktu, dan materi menuntut
semakin besarnya sumber energi yang diperlukan. Sebut saja alat transportasi
seperti mobil atau bus, alat komunikasi seperti laptop, handphone dan televisi,
peralatan rumah tangga, sampai eskalator atau lift di gedung bertingkat. Semua
benda tadi memerlukan energi. Tanpa pasokan energi, segala jenis teknologi
tersebut tidak akan berfungsi. Teknologi konvensional menggunakan minyak
bumi sebagai sumber energi dipandang kurang efisien serta menimbulkan polusi
udara. Pembakaran minyak bumi menghasilkan karbon monoksida (CO) dan
karbondioksida (CO2) yang berbahaya. Sebagai solusi, baru-baru ini telah
dikembangkan teknologi fuel
cell yang terus mengalami
riset dan pengembangan di beberapa negara maju. Teknologi fuel cell ini dipandang lebih efisien, tidak
menimbulkan polusi seperti halnya pembangkit energi tenaga minyak bumi.
Beberapa negara maju seperti Jepang, Amerika Serikat,
Jerman, Inggris, dan Prancis sudah mulai menerapkan teknologi fuel cell pada pembangkit energi di
gedung-gedung bertingkat dan rumah tangga, bus, mobil, atau alat-alat
elektronik seperti PDA dan handphone dalam bentuk prototipe. Bahkan, beberapa
pihak sudah mengomersialkan teknologi ini seperti yang dilakukan pabrikan
Toyota dan Mercedes benz. Dana yang dibutuhkan dalam mengembangkan
dan mewujudkan teknologi energi yang ramah lingkungan membutuhkan investasi
yang sangat besar. Baru-baru ini pemerintah Cina bekerja sama dengan UNDP
(United Nations Development Program) dan GEF (Global Environment Fund) akan
memesan enam unit bus tenaga fuel
cell sebagai bentuk
kepedulian pemerintah Cina dalam meminimalkan polusi udara. Total investasi
yang dikeluarkan sekira 33 juta dolar AS. Bus ini akan mengalami uji coba,
layaknya di negara-negara maju yang telah mencoba prototipe bus fuel cellselama lima tahun.
Teknologi sederhana
fuel cell adalah alat
konversi energi elektrokimia yang akan mengubah hidrogen dan oksigen menjadi
air, secara bersamaan menghasilkan energi listrik dan panas dalam prosesnya. fuel cell merupakan suatu bentuk teknologi
sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar untuk mendapatkan
energinya kembali, dalam hal ini yang menjadi bahan bakar adalah oksigen dan
hidrogen. Layaknya sebuah baterai, segala jenis fuel cell memiliki elektroda positif dan negatif
atau disebut juga katoda dan anoda. Reaksi kimia yang menghasilkan listrik
terjadi pada elektroda. Selain elektroda, satu unit fuel cell terdapat elektrolit yang akan membawa
muatan-muatan listrik dari satu elektroda ke elektroda lain, serta katalis yang
akan mempercepat reaksi di elektroda. Umumnya yang membedakan jenis-jenis fuel cell adalah material elektrolit yang
digunakan. Arus listrik serta panas yang dihasilkan setiap jenis fuel cell merupakan produk samping reaksi kimia
yang terjadi di katoda dan anoda.
Karena energi yang diproduksi fuel cell merupakan reaksi kimia pembentukan
air, alat konversi energi elektrokimia ini tidak akan menghasilkan efek samping
yang berbahaya bagi lingkungan seperti alat konversi energi konvensional
(misalnya proses pembakaran pada mesin mobil). Sedangkan dari segi efisiensi
energi, penerapan fuel cell pada baterai portable seperti pada
handphone atau laptop akan sepuluh kali tahan lebih lama dibandingkan dengan
baterai litium. Dan untuk mengisi kembali energi akan lebih cepat karena energi
yang digunakan bukan listrik, tetapi bahan bakar berbentuk cair atau gas. Cara
kerja suatu unit fuel cell dapat diilustrasikan dengan jenis
PEMFC (proton exchange membrane fuel
cell). Jenis ini adalah jenis fuel
cell yang menggunakan reaksi
kimia paling sederhana. PEMFC memiliki empat elemen dasar seperti kebanyakan
jenis fuel cell.
Pertama, anoda sebagai kutub negatif fuel cell. Anoda merupakan
elektroda yang akan mengalirkan elektron yang lepas dari molekul hidrogen
sehingga elektron tersebut dapat digunakan di luar sirkuit. Pada materialnya
terdapat saluran-saluran agar gas hidrogen dapat menyebar ke seluruh permukaan
katalis. Kedua, katoda sebagai kutub elektroda positif fuel cell yang juga memiliki saluran yang akan
menyebarkan oksigen ke seluruh permukaan katalis. Katoda juga berperan dalam
mengalirkan elektron dari luar sirkuit ke dalam sirkuit sehingga elektron-elektron
tersebut dapat bergabung dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air. Ketiga,
elektrolit. Yang digunakan dalam PEMFC adalah membran pertukaran proton (proton
exchange membrane/PEM). Material ini berbentuk seperti plastik pembungkus yang
hanya dapat mengalirkan ion bermuatan positif. Sedangkan elektron yang
bermuatan negaif tidak akan melalui membran ini. Dengan kata lain, membran ini
akan menahan elektron.
Keempat, katalis yang digunakan untuk memfasilitasi reaksi
oksigen dan hidrogen. Katalis umumnya terbuat dari lembaran kertas karbon yang
diberi selapis tipis bubuk platina. Permukaan katalis selalu berpori dan kasar
sehingga seluruh area permukaan platina dapat dicapai hidrogen dan oksigen.
Lapisan platina katalis berbatasan langsung dengan membran penukar ion positif,
PEM. Pada ilustrasi cara kerja PEMFC, diperlihatkan gas hidrogen
yang memiliki tekanan tertentu memasuki fuel
cell di kutub anoda. Gas
hidrogen ini akan bereaksi dengan katalis dengan dorongan dari tekanan. Ketika
molekul H2 kontak dengan platinum pada katalis, molekul akan terpisah menjadi
dua ion H+ dan dua elektron (e-). Elektron akan mengalir melalui anoda,
elektron-elektron ini akan membuat jalur di luar sirkuit fuel cell dan melakukan kerja listrik, kemudian
mengalir kembali ke kutub katoda pada fuel
cell.