Produksi Hidrogen Hijau – Krisis iklim memerlukan peningkatan penggunaan sumber energi terbarukan seperti matahari dan angin, tetapi dengan ketersediaan yang tidak menentu, penyimpanan energi yang skalabel merupakan tantangan.
Hidrogen – terutama hidrogen hijau bebas karbon – telah muncul sebagai pembawa energi bersih yang menjanjikan dan pilihan penyimpanan untuk energi terbarukan seperti matahari dan angin. Ini tidak menambahkan emisi karbon ke atmosfer, tetapi saat ini mahal dan rumit untuk dibuat.
Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen hijau adalah pemisahan air elektrokimia. Proses ini melibatkan aliran listrik melalui air dengan adanya katalis (zat peningkat reaksi) untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen.
Para peneliti di Georgia Institute of Technology dan Georgia Tech Research Institute (GTRI) telah mengembangkan proses dan bahan pemisahan air baru yang memaksimalkan efisiensi produksi hidrogen hijau, menjadikannya pilihan yang terjangkau dan dapat diakses oleh mitra industri yang ingin mengkonversi ke hidrogen hijau. untuk penyimpanan energi terbarukan daripada konvensional, produksi hidrogen emisi karbon dari gas alam.
Temuan Georgia Tech muncul saat para ahli iklim sepakat bahwa hidrogen akan menjadi penting bagi sektor industri top dunia untuk mencapai tujuan emisi nol bersih mereka. Musim panas lalu, Administrasi Biden menetapkan tujuan untuk mengurangi biaya hidrogen bersih hingga 80% dalam satu dekade. Dijuluki Hidrogen Shot, inisiatif yang dipimpin Departemen Energi berusaha untuk memotong biaya hidrogen “bersih” atau hijau menjadi $ 1 per kilogram pada tahun 2030.
Para ilmuwan berharap untuk mengganti gas alam dan batu bara, yang saat ini digunakan untuk menyimpan energi listrik ekstra di tingkat jaringan, dengan hidrogen hijau karena tidak berkontribusi pada emisi karbon, menjadikannya sarana yang lebih ramah lingkungan untuk menyimpan listrik terbarukan. Fokus penelitian mereka adalah elektrolisis, atau proses menggunakan listrik untuk memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen.
Lebih Murah, Bahan Lebih Tahan Lama
Tim peneliti Georgia Tech berharap untuk membuat hidrogen hijau lebih murah dan lebih tahan lama dengan menggunakan bahan hibrida untuk elektrokatalis. Saat ini, proses tersebut bergantung pada komponen logam mulia yang mahal seperti platinum dan iridium, katalis yang lebih disukai untuk memproduksi hidrogen melalui elektrolisis dalam skala besar. Unsur-unsur ini mahal dan langka, yang telah menghentikan langkah untuk menggantikan gas untuk tenaga berbasis hidrogen. Faktanya, hidrogen hijau menyumbang kurang dari 1% dari produksi hidrogen tahunan pada tahun 2020, sebagian besar karena biaya ini, menurut firma riset pasar Wood Mackenzie.
“Pekerjaan kami akan mengurangi penggunaan logam mulia tersebut, meningkatkan aktivitasnya serta opsi pemanfaatannya,” kata peneliti utama studi Seung Woo Lee, profesor di Sekolah Teknik Mesin George W. Woodruff, dan ahli penyimpanan energi elektrokimia serta sistem konversi.
Dalam penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Applied Catalysis B: Environmental and Energy & Environmental Science, Lee dan timnya menyoroti interaksi antara nanopartikel logam dan oksida logam untuk mendukung desain katalis hibrida berkinerja tinggi.
“Kami merancang kelas katalis baru di mana kami menemukan substrat oksida yang lebih baik yang menggunakan lebih sedikit unsur mulia,” kata Lee. “Katalis hibrida ini menunjukkan kinerja yang unggul untuk oksigen dan hidrogen (pembelahan).”
Analisis Skala Nanometer
Pekerjaan mereka mengandalkan komputasi dan pemodelan dari mitra penelitian, Korea Institute of Energy Research, dan pengukuran sinar-X dari Kyungpook National University dan Oregon State University, yang memanfaatkan sinkrotron negara itu, sinar-X super seukuran lapangan sepak bola.
“Dengan menggunakan sinar-X, kami dapat memantau perubahan struktural pada katalis selama proses pemisahan air, pada skala nanometer,” jelas Lee. “Kami dapat menyelidiki keadaan oksidasi atau konfigurasi atom mereka di bawah kondisi operasi.”
Jinho Park, seorang ilmuwan peneliti di GTRI dan penyelidik utama penelitian tersebut, mengatakan penelitian ini dapat membantu menurunkan hambatan biaya peralatan yang digunakan dalam produksi hidrogen hijau. Selain mengembangkan katalis hibrida, para peneliti telah menyempurnakan kemampuan untuk mengontrol bentuk katalis serta interaksi logam. Prioritas utama adalah mengurangi penggunaan katalis dalam sistem dan pada saat yang sama, meningkatkan daya tahannya karena katalis merupakan bagian utama dari biaya peralatan.
“Kami ingin menggunakan katalis ini untuk waktu yang lama tanpa menurunkan kinerjanya,” katanya. “Penelitian kami tidak hanya terfokus pada pembuatan katalis baru, tetapi juga pada pemahaman mekanisme reaksi di baliknya. Kami percaya bahwa upaya kami akan membantu mendukung pemahaman mendasar tentang reaksi pemisahan air pada katalis dan akan memberikan wawasan yang signifikan kepada peneliti lain di lapangan ini,” kata Park.
Bentuk Katalis Penting
Temuan kunci, menurut Park, adalah peran bentuk katalis dalam memproduksi hidrogen. “Struktur permukaan katalis sangat penting untuk menentukan apakah itu dioptimalkan untuk produksi hidrogen. Itu sebabnya kami mencoba untuk mengontrol bentuk katalis serta interaksi antara logam dan bahan substrat,” katanya.
Park mengatakan beberapa aplikasi utama yang diposisikan untuk mendapatkan keuntungan pertama termasuk stasiun hidrogen untuk kendaraan listrik sel bahan bakar, yang saat ini hanya beroperasi di negara bagian California, dan microgrids, pendekatan komunitas baru untuk merancang dan mengoperasikan jaringan listrik yang mengandalkan cadangan berbasis energi terbarukan.
Sementara penelitian sedang berlangsung untuk XYZ, tim saat ini bekerja dengan mitra untuk mengeksplorasi bahan baru untuk produksi hidrogen yang efisien menggunakan kecerdasan buatan (AI).
(Materials provided by Georgia Institute of Technology)
***
Solo, Jumat, 21 Januari 2020. 9:38 pm
‘salam sehat penuh cinta’
Suko Waspodo
suka idea
antologi puisi suko
ilustr: FuelCellsWorks
