Dapatkah Biochar Mengurangi Biaya Hidrogen Hijau?

Menemukan Katalis Hidrogen yang Tepat

Secara teori, hidrogen dapat menjadi bahan bakar yang sempurna untuk menyimpan energi dan aplikasi tenaga yang sulit dielistrikkan. Hal ini karena ia memiliki beberapa karakteristik yang hampir ideal:

– Sel bahan bakar menghasilkan listrik tanpa menghasilkan karbon dioksida di titik penggunaan.
– Hidrogen dapat menyediakan suhu tinggi yang diperlukan oleh metalurgi dan proses industri lain yang sulit dielistrikkan.
– Elektrolisis dapat menghasilkan hidrogen dari air menggunakan listrik terbarukan.
– Hidrogen tidak mengandung karbon, meskipun dampak lingkungan keseluruhannya tergantung pada cara produksi dan penggunaannya.

Namun, pertumbuhan ekonomi berbasis hidrogen terhambat oleh kesulitan memproduksi hidrogen secara biaya-efektif. Hal ini karena hidrogen hijau umumnya diproduksi melalui elektrolisis, proses yang biaya dan efisiensinya sebagian bergantung pada material elektrodanya. Elektroda PEM mengandalkan logam kelompok platinum yang langka dan mahal, terutama platinum dan iridium, sementara sistem alkali dapat menggunakan katalis berbasis nikel yang lebih melimpah.

Jadi selama belum ada metode produksi hidrogen yang lebih baik, kecil kemungkinannya kita dapat melihatnya menggantikan bahan bakar fosil secara skala besar.

Itulah mengapa banyak alternatif sedang dieksplorasi oleh para ilmuwan untuk material katalis, seperti nanorod besi, karbida silikon, atau kobalt-tungsten.

Opsi lain untuk memproduksi hidrogen hijau dapat berupa material katalis berbasis karbon, yang ironisnya dapat menjadi solusi solid untuk mengurangi emisi karbon.

Sebuah tinjauan baru oleh peneliti India di Swami Rama Himalayan University dan Graphic Era (Deemed to be University) meneliti penggunaan nanomaterial karbon turunan biochar untuk tujuan ini. Biochar diproduksi dengan menguraikan biomassa secara termal dalam kondisi terbatas oksigen melalui proses seperti pirolisis. Hal ini karena nanomaterial karbon turunan biochar, termasuk kemungkinan nanotube karbon (CNT), grafena, dan titik kuantum karbon, nanosheet, serta nanoflake, menawarkan luas permukaan tinggi, struktur yang dapat disesuaikan, konduktivitas listrik yang luar biasa, dan sifat elektrokatalitik yang menguntungkan.

Mereka mempublikasikan temuan mereka di Next Energy¹, dengan judul “Nanomaterial karbon turunan biochar untuk produksi hidrogen berkelanjutan: Sintesis, kinerja elektrokatalitik, dan perspektif masa depan.”

Meningkatkan Produksi Hidrogen

Jika atom hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta, di Bumi mereka umumnya terikat pada unsur lain. Jadi gas H2 murni harus diproduksi, dengan opsi yang biasanya dipilih adalah melalui elektrolisis air (H2O). Namun proses ini dibatasi oleh tegangan tinggi yang diperlukan untuk mengatasi hambatan kinetik pemisahan air.

Mengatasi batasan tegangan ini merupakan peran utama material elektrokatalis.

Skala produksi yang diperlukan untuk ekonomi hidrogen yang berfungsi menuntut katalis tersebut dibuat dari unsur yang melimpah dan murah. Dari perspektif ini, nanomaterial karbon yang berasal dari biomassa menjadi kandidat yang menjanjikan karena dapat menggabungkan bahan baku yang relatif melimpah dengan luas permukaan tinggi, konduktivitas listrik, stabilitas kimia, dan sifat elektrokimia yang dapat disesuaikan.

Namun, ini bukan proses yang sederhana, karena mengubah biomassa menjadi biochar yang dapat digunakan dan kemudian menjadi katalis tidak hanya sekadar menggunakan pirolisis, melainkan juga memerlukan perlakuan mekanik, termal, dan kimia yang ekstensif.

Sumber: Next Energy

Sayangnya, meskipun ada kemajuan, cara mengubah biomassa mentah menjadi nanomaterial karbon secara konsisten dan pada skala industri masih belum sepenuhnya dipahami.

“Meskipun minat semakin meningkat, masih terdapat kekurangan pemahaman sistematis tentang cara merancang dan mengoptimalkan nanostruktur karbon berbasis biochar sebagai elektrokatalis yang efisien dan terjangkau untuk produksi hidrogen.”

Memahami Penelitian Biochar

Tinjauan Literatur

Kurangnya analisis yang terstruktur tentang topik ini menjadi alasan para peneliti mengumpulkan literatur ilmiah yang dipublikasikan dari Januari 2020 hingga Februari 2026, dengan penekanan pada beberapa tema:

• Produksi biochar dan sifat prekursor.
• Sintesis dan pemrosesan skala nano material karbon berbasis biochar.
• Sifat fisik, kimia, dan struktural.
• Inkorporasi/hibridisasi dengan katalis logam/material katalis lainnya.
• Proses elektrokatalitik Reaksi Evolusi Hidrogen (HER) dan Reaksi Evolusi Oksigen (OER).
• Kinerja elektrokimia.
• Stabilitas, skalabilitas, dan perspektif masa depan produksi hidrogen ramah lingkungan.

Produksi Biochar

Biochar adalah material kaya karbon yang dihasilkan dengan memanaskan biomassa, termasuk residu pertanian, limbah kayu, dan kotoran, dalam kondisi terbatas oksigen. Suhu pirolisis bervariasi tergantung pada bahan baku dan sifat yang diinginkan, dengan tinjauan ini menggambarkan kondisi proses yang melampaui satu rentang suhu.

Selain pirolisis, proses ini juga dapat digunakan untuk mengubah biomassa tanaman menjadi biochar, misalnya melalui gasifikasi dan karbonisasi hidrotermal.

Selain potensi aplikasinya di industri, biochar juga semakin digunakan untuk memperbaiki tanah pertanian dan menangkap karbon.

Sumber: Discover Soil

Biochar dapat diproses menjadi nanomaterial karbon yang cocok untuk penelitian produksi hidrogen. Beberapa katalis yang diusulkan bebas logam, sementara yang lain menggabungkan karbon yang berasal dari biochar dengan kobalt, besi, molibdenum, atau bahan katalitik lainnya. Pendekatan ini dapat mengubah biomassa bernilai rendah menjadi material bernilai lebih tinggi, meskipun manfaat karbon keseluruhan bergantung pada sumber bahan baku, energi proses, perlakuan kimia, dan siklus hidup material akhir.

Sumber: Next Energy

Aktivasi untuk Produksi Hidrogen

Langkah pertama dalam perlakuan biochar adalah metode fisik. Ini diperlukan untuk memperkecil dimensi partikel sekaligus memperbesar ukuran pori dan topografi permukaan. Hal ini dapat dilakukan dengan berbagai metode, seperti microwave, ultrasonik, serta penghancuran mekanik (kompresi, penggilingan, penghalusan, pemotongan, dan torrefaksi).

Kemudian, uap bertekanan tinggi pada suhu sangat tinggi digunakan untuk memecah matriks lignoselulosa berbasis tumbuhan yang kompleks menjadi struktur yang lebih sederhana.

Zat kimia juga menjadi bagian dari proses. Perlakuan asam dapat digunakan untuk meningkatkan kegunaan selulosa. Perlakuan ini dapat memakai asam seperti sulfat, klorida, nitrat, asetat, oksalat, dan fosfat, dengan reagen dan konsentrasi yang dipilih memengaruhi material yang dihasilkan. Di sisi lain spektrum pH, senyawa alkali seperti amonia hidroksida (NH4OH), natrium hidroksida (NaOH), dan kalsium hidroksida (Ca(OH)2) digunakan untuk melarutkan ikatan kimia antara polimer dan lignin.

Proses-proses ini juga dapat dipadukan dengan modifikasi struktur kimia biochar atau penambahan elemen lain untuk “menyuntikkan” potensi elektrokimia.

“Kelompok fungsi permukaan yang mengandung oksigen seperti hidroksil, karbonil, dan karboksil meningkatkan sifat hidrofilik, kontak antarmuka dengan elektrolit, dan reaktivitas permukaan. Kelompok ini juga dapat berpartisipasi dalam reaksi redoks dan memfasilitasi proses transfer muatan.”

Sumber: Next Energy

Meningkatkan Produksi Hidrogen

Langkah-langkah sebelumnya dilakukan agar nanostruktur biochar dimodifikasi sehingga mengandung lebih banyak nanostruktur karbon: nanofiber karbon, grafena, nanotube karbon, titik karbon, dan nanosheet karbon.

Dengan cara ini, biochar dioptimalkan untuk beberapa fitur utama:

• Konduktivitas listrik tinggi, yang memungkinkan aliran elektron bebas
• Stabilitas kimia dan area permukaan berpori tinggi
• Karakteristik adsorpsi dan desorpsi hidrogen yang sesuai, yang memengaruhi reaksi evolusi hidrogen.

Sumber: Next Energy

Membuat Biochar Hidrogen Menguntungkan

Salah satu hambatan yang menghentikan hidrogen menjadi bahan bakar yang umum digunakan adalah biaya. Sebagian, hal ini telah lama disebabkan oleh katalis mahal yang menggunakan logam langka dan berharga.

Dalam kasus katalis berbasis karbon, biaya lain memengaruhi potensi kelayakan ekonomi masa depan proses ini:

• Budidaya biomassa, pengumpulan, transportasi, dan penyimpanan
• Pirolisis dan perlakuan uap, yang sangat intensif energi.
• Peningkatan biochar dengan proses kimia dan mekanik, dengan biaya peralatan serta potensi polusi yang harus dipertimbangkan.

Isu lain yang belum ditangani dengan baik oleh literatur ilmiah saat ini, yang berfokus pada hasil yang diperoleh di lingkungan laboratorium, adalah daya tahan dan kemampuan regenerasi biochar.

Meskipun beberapa studi laboratorium melaporkan stabilitas elektrokimia yang menjanjikan, tinjauan ini menemukan bahwa daya tahan jangka panjang, resistensi terhadap fouling, potensi regenerasi, dan kinerja dalam kondisi industri yang realistis masih kurang diteliti.

Kekhawatiran lain yang belum terpecahkan adalah kurangnya homogenitas dalam karakteristik biochar. Hampir tak terhitung variasi ada, yang berasal dari bahan sumber biomassa yang berbeda, kondisi pirolisis, dan perlakuan pasca biochar.

Jadi meskipun beberapa formula menjanjikan, metode pengujian yang jelas atau proses sertifikasi yang menjamin kualitas produk akhir masih belum ada dan akan diperlukan untuk aplikasi industri berskala besar.

“Mengatasi kesulitan ini memerlukan inisiatif kolaboratif yang mencakup legislasi pemerintah, investasi industri, dan riset akademik. Pembuat kebijakan harus menyediakan kerangka pendukung yang mendorong inovasi, komersialisasi, dan penggunaan jangka panjang biochar di sektor energi, lingkungan, dan pertanian.”

Namun, potensi untuk sekaligus meningkatkan biomassa bernilai rendah, menangkap karbon, dan menurunkan biaya hidrogen hijau, tanpa memerlukan elemen langka, menjadikan teknologi ini sangat menarik.

Studi laboratorium telah menunjukkan potensi teknis nanomaterial karbon yang berasal dari biochar, tetapi hasilnya tidak selalu dapat dibandingkan secara langsung karena kondisi pengujian dan metode pelaporan yang berbeda. Langkah selanjutnya adalah menstandarisasi produksi dan pengujian kinerja, memvalidasi daya tahan jangka panjang, menyelesaikan penilaian siklus hidup dan techno-ekonomi, serta mengembangkan kandidat terkuat ke dalam proyek percontohan industri.

Investasi dalam Hidrogen Hijau

Plug Power

Plug Power (PLUG ) menyediakan sel bahan bakar, elektroliser, peralatan penyimpanan hidrogen, infrastruktur pengisian, dan layanan produksi hidrogen. Perusahaan menyatakan telah memasang lebih dari 74.000 sistem sel bahan bakar dan lebih dari 280 stasiun pengisian, sementara elektrolisernya telah tersebar di enam benua.

Plug juga tetap menjadi investasi spekulatif. Perusahaan telah memperluas operasi produksi hidrogen dan elektrolisernya namun terus menghadapi risiko keuangan, pelaksanaan, pendanaan, dan komersialisasi. Kemajuan yang menurunkan biaya produksi hidrogen dapat mendukung pasar yang dapat dijangkau, namun hal itu tidak akan menyelesaikan tantangan keuangan perusahaan secara otomatis.

Sumber: Plug Power

Relevansinya dengan riset ini terutama berasal dari bisnis elektrolisernya. Plug memproduksi elektroliser membran pertukaran proton, sebuah teknologi yang saat ini bergantung pada katalis logam kelompok platina. Jika material yang berasal dari biochar atau hibrida karbon-logam terkait pada akhirnya mengurangi kebutuhan katalis, meningkatkan kinerja elektroda, atau menurunkan biaya sistem, produsen elektroliser dapat memperoleh manfaat dari perbaikan tersebut.

Namun, material biochar yang ditinjau masih berada pada tahap laboratorium, dan tidak ada indikasi bahwa Plug Power saat ini menggunakan atau berencana menggunakannya. Oleh karena itu, perusahaan harus dipandang sebagai eksposur hilir terhadap perluasan hidrogen hijau secara lebih luas, bukan eksposur langsung terhadap katalis yang berasal dari biochar.

Sumber: Plug Power

(Anda dapat membaca lebih lanjut tentang Plug Power dalam laporan investasi khusus kami tentang perusahaan tersebut.)

Berita dan Perkembangan Saham Plug Power (PLUG) Terbaru

Studi yang Dirujuk

^{1. Vishal Rajput. Material nano karbon yang berasal dari biochar untuk produksi hidrogen berkelanjutan: Sintesis, kinerja elektrokatalitik, dan perspektif masa depan. Next Energy. Volume 13, Oktober 2026, 100995. https://doi.org/10.1016/j.nxener.2026.100995}