Menghasilkan Hidrogen dengan Memecah Air Menggunakan Swarf Tersemat

Biaya Hidrogen dan Elektrolisis

Hydrogen adalah bahan bakar yang menjanjikan untuk ekonomi hijau, mulai dari transportasi hingga penyimpanan energi, dan mungkin satu-satunya bahan bakar alternatif bebas karbon yang realistis untuk banyak industri seperti pelayaran dan penerbangan.

Salah satu faktor kunci yang menahan munculnya ekonomi hidrogen adalah biaya, terutama biaya produksi hidrogen.

Hidrogen hijau (dari energi terbarukan) terutama diproduksi melalui elektrolisis, yang memerlukan banyak energi dan katalis. Katalis semacam itu cenderung mahal, biasanya bergantung pada logam seperti platinum. Semakin banyak platinum yang digunakan, semakin mahal elektrolisernya.

Tidak hanya logam seperti platinum mahal, tetapi juga sangat langka dan akan mengalami kekurangan pasokan jika hidrogen diadopsi secara massal sebagai sumber energi.

Jadi, berita penting muncul ketika peneliti mengumumkan pengurangan drastis kebutuhan katalis untuk elektrolisis.

“Kami dapat menghasilkan hidrogen dari air dengan hanya seperseratus jumlah pemuatan platinum dibandingkan dengan katalis komersial terkini.” – Dr Madasamy Thangamuthu, Postdoctoral Researcher at the University of Nottingham.

Elektrolisis Murah dengan Swarf (Logam Bekas)

Penemuan ini dibuat oleh peneliti di University of Nottingham, Inggris, dan dipublikasikan dalam Journal of Material Chemistry, dengan judul “Dari logam bekas ke elektroda yang sangat efisien: memanfaatkan permukaan nano-tekstur swarf untuk pemanfaatan efektif Pt dan Co dalam produksi hidrogen”.

Temuan awal berasal dari analisis swarf pada skala nano. Swarf adalah spiral logam bekas yang dihasilkan sebagai limbah saat memproses logam seperti stainless steel, titanium, atau paduan nikel. Industri di Inggris saja menghasilkan jutaan ton limbah logam setiap tahun.

Sumber: Nottingham University

Saat menganalisis swarf ini dengan mikroskop elektron, peneliti menemukan bahwa jauh dari halus, produk limbah logam ini memiliki alur dan punggungan yang hanya berukuran puluhan nanometer lebar.

Struktur yang sangat kompleks dan permukaan kontak yang luas ini akan menjadi substrat ideal untuk elektrokatalis yang digunakan dalam elektrolisis produksi hidrogen.

Sumber: Journal Of Material Chemistry

Hujan Platinum Magnetik pada Swarf

Untuk menambahkan atom platinum ke swarf, peneliti menggunakan teknik yang disebut magnetron sputtering. Ini adalah teknik yang digunakan dalam produksi semikonduktor untuk mengendapkan lapisan logam ultra-tipis, berkat medan magnet yang kuat.

Sumber: Korvus Tech

Metode ini “menurunkan” atom platinum pada swarf, dan mengendapkannya di alur serta punggungan berukuran nanometer.

“Dengan menyebarkan hanya 28 mikrogram logam berharga tersebut pada 1 cm² swarf, kami dapat membuat elektroliser skala laboratorium yang beroperasi dengan efisiensi 100% dan menghasilkan 0,5 liter gas hidrogen per menit hanya dari satu potongan swarf.” – Dr Madasamy Thangamuthu, Postdoctoral Researcher at the University of Nottingham.

Metode ini memungkinkan pembuatan 2 jenis elektrokatalis penghasil hidrogen:

• Swarf titanium dengan atom platinum sebagai katalis, untuk reaksi evolusi hidrogen(HES).
• Swarf nikel dengan atom kobalt sebagai katalis, untuk reaksi evolusi oksigen(OER)

Sumber: Journal Of Material Chemistry

Peneliti Nottingham kini bekerja sama dengan perusahaan AqSorption untuk memperbesar skala teknologi ini.

Menyatukan Inovasi Hidrogen

Paradigma Katalis Baru

Pembangunan ekonomi hidrogen akan membutuhkan setiap langkah dalam rantai produksi dan distribusi hidrogen menjadi seefisien mungkin.

Sampai baru-baru ini, kelangkaan dan biaya tinggi katalis berbasis platinum dan kobalt membuat perlu menemukan katalis alternatif. Misalnya, kami membahas kemungkinan menggunakan nanorod nikel dalam “Kemajuan Produksi Hidrogen dengan Elektrolisis Berbasis Nikel” dan katalis alternatif seperti ruthenium, silikon, dan tungsten (RuSiW) dalam “Hidrogen Hijau Siap Menggantikan yang Abu-abu karena Elektrokatalis Baru Membuat Produksi Lebih Efisien”.

Penemuan penggunaan swarf dapat menghilangkan kebutuhan akan katalis baru tersebut.

Mungkin inovasi ini dapat digabungkan untuk menciptakan jenis katalis baru yang lebih efisien. Sebagai alternatif, kini karena jumlah platinum yang diperlukan dapat dikurangi 10 kali lipat, penggunaan nanorod platinum untuk mencapai tingkat efisiensi katalisis yang sangat tinggi dapat menjadi pilihan.

Teknologi Hidrogen yang Meningkat & Amonia

Hal ini kemungkinan akan digabungkan dengan inovasi lain, seperti penyimpanan hidrogen yang lebih efisien seperti yang dibahas dalam “Hidrogen Baru Saja Menjadi Lebih Menarik sebagai Sumber Energi Melalui Terobosan Penahanan”. Konversi hidrogen menjadi energi yang efisien seperti yang dibahas dalam “Apakah Sel Baterai Hanya Pendahuluan untuk Sel Bahan Bakar Hidrogen? Generasi Selanjutnya yang Sebenarnya dari EV?”.

Akhirnya, elektrolisis hidrogen yang berefisiensi tinggi dan biaya rendah, penyimpanan, serta pemanfaatannya dapat digabungkan dengan penggunaan amonia secara massal sebagai bahan bakar, transportasi, dan bentuk penyimpanan jangka panjang hidrogen, seperti yang dibahas dalam “Menurunkan Karbon Jalur Pengiriman Global melalui Amonia Hijau” dan “Produksi Amonia Sangat Merugikan Lingkungan – Insinyur Baru Saja Mengembangkan Metode yang Lebih Bersih”.

Perusahaan yang Fokus pada Hidrogen

1. Sibanye Stillwater

Penggunaan swarf untuk produksi hidrogen dapat secara dramatis meningkatkan kelayakan adopsi massal hidrogen hijau dengan membuat elektrolisis berbasis platinum secara ekonomi layak.

Hal ini dapat menjadi dorongan besar bagi pasar platinum, yang telah berada di bawah tekanan dalam beberapa tahun terakhir.

Bagian kunci dari kinerja rendah platinum disebabkan oleh ketergantungannya yang kuat pada permintaan untuk konverter katalitik pada mobil dan truk berbahan bakar. Dengan dunia beralih ke kendaraan listrik, hal ini menimbulkan pertanyaan tentang kelayakan permintaan logam ini.

Sumber: Sibanye Stillwater [securities_stock_price_tag symbol="SBSW" exchange="NYSE"]

Sebagai alternatif, jika elektrolisis berbasis platinum yang menggunakan logam bekas dari industri dirgantara menjadi pusat ekonomi hidrogen, permintaan platinum untuk dekade-dekade mendatang akan terjamin.

Sibanye Stillwater asal Afrika Selatan adalah salah satu produsen platinum terbesar di dunia. Negara tersebut menghasilkan 80% platinum dunia, dan Sibanye Stillwater bertanggung jawab atas seperempat produksi tersebut.

Sumber: Mining Technology

Perusahaan ini juga memproduksi elemen kelompok logam platinum seperti palladium, rhodium, dan ruthenium. Saat ini sedang melakukan diversifikasi untuk memasuki pasar emas dan logam baterai.

Sumber: Sibanye Stillwater

Pasar platinum telah dipengaruhi oleh perdebatan mengenai adopsi kendaraan listrik versus ICE (mesin pembakaran dalam). Dengan inovasi cepat dalam penggunaan elektrolisis hidrogen berbasis platinum dan elemen kelompok logam platinum lainnya, hal ini mungkin berubah.

Platinum juga diperlukan dalam sebagian besar desain sel bahan bakar yang mengubah hidrogen menjadi listrik. Jadi secara keseluruhan, kemajuan yang dicapai dalam teknologi hidrogen, termasuk elektrolisis berbasis swarf namun tidak terbatas pada itu, seharusnya menguntungkan penambang yang fokus pada platinum seperti Sibanye Stillwater.

2. Ballard Power Systems Inc.

Ballard adalah produsen sel bahan bakar, dan pelopor teknologi ini dengan bus sel bahan bakar pertamanya diproduksi pada tahun 1993.

Perusahaan ini fokus pada pasar kendaraan berat: bus, truk, kereta/tram, kapal, pertambangan/konstruksi, dan tenaga listrik. Meskipun bus menjadi inti bisnis, perusahaan memperkirakan bahwa pada tahun 2025 truk akan menjadi segmen bisnis utama. Mereka juga memperkirakan Eropa tetap menjadi pasar utama (50-60%), diikuti oleh Amerika Utara (25%).

Sel bahan bakar untuk truk diperkirakan akan terus tumbuh dan mewakili pasar senilai $7,5 miliar pada 2030 (dari TAM $195 miliar), hampir sebesar semua aplikasi hidrogen/sel bahan bakar lainnya digabungkan. Pertumbuhan ini dapat dipercepat jika harga produksi hidrogen turun berkat teknologi baru.

Sumber: Ballard

Karena kebutuhan daya yang lebih tinggi, dan kebutuhan pengisian cepat, kendaraan berat telah menjadi pasar yang baik untuk hidrogen dan sel bahan bakar dibandingkan kendaraan ringan seperti mobil. Hal ini juga mengurangi kebutuhan kabel katena untuk kereta dan bus troli, serta pengisian cepat untuk pengangkutan jarak jauh.

Sumber: Ballard

Perusahaan ini juga tidak asing dengan amonia, misalnya kontrak terbaru  dengan Amogy untuk menyediakan sel bahan bakar bagi “platform amonia-ke-tenaga yang mengandalkan teknologi pemecahan amonia unik”.

Sementara kendaraan listrik memiliki peluang yang wajar untuk dengan cepat mengambil alih pasar mobil, kendaraan yang lebih berat lebih sulit didekarbonisasi. Dengan kepemimpinan yang mapan di sektor ini, Ballard akan menjadi penerima manfaat utama dari dorongan kebijakan menuju ekonomi hidrogen.

Produksi hidrogen menjadi lebih murah dengan cepat berkat kemajuan dalam katalis yang secara mekanis mengurangi biaya bahan bakar kendaraan berbasis hidrogen. Dengan harga minyak yang naik karena ketegangan geopolitik dan pajak karbon yang meningkat, hal ini dapat menggeser keseimbangan ke arah hidrogen, terutama untuk kendaraan yang membutuhkan banyak daya dan menempuh jarak jauh (truk, bus, dll.).