Kemajuan Produksi Hidrogen dengan Elektroda Berbasis Nikel

Melangkah Maju dengan Elektrolysis untuk Produksi Hidrogen

Hydrogen dianggap sebagai kandidat serius untuk menggantikan bahan bakar fosil. Hal ini berlaku dalam transportasi, berkat sel bahan bakar, dan dalam proses industri di mana suhu pembakaran tinggi hidrogen dapat menggantikan batu bara & gas alam ketika elektrifikasi bukan pilihan.

Masalahnya, hidrogen tidak sering ditemukan dalam deposit alam yang mudah diakses seperti gas alam. Sebaliknya, hidrogen harus dihasilkan secara buatan, dengan elektrolysis menjadi metode yang paling umum digunakan.

Elektrolisis adalah proses memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Di antara masalah pada cara elektrolisis saat ini adalah efisiensi rendah (membuang energi) dan biaya tinggi, terutama karena katalis mahal seperti platinum.

Sebuah tim riset dari Korea mungkin telah menemukan cara untuk meningkatkan efisiensi sekaligus menggantikan katalis mahal dengan nikel yang jauh lebih terjangkau dan melimpah.

Nanoarray Nikel Meningkatkan Produksi Hidrogen

Peneliti tim Profesor Jong Kyu Kim di Departemen Ilmu dan Teknik Material di POSTECH (Universitas Pohang, Korea) telah berupaya menyelesaikan masalah utama pada elektrolisis hidrogen.

Sumber: POSTECH

Masalahnya adalah ketika diproduksi, hidrogen tetap “menempel” pada katalis, menghalangi katalis untuk menjangkau lebih banyak air dan terus berfungsi. Hal ini menurunkan efisiensi, meningkatkan energi yang dibutuhkan, dan pada akhirnya memerlukan katalis yang lebih mahal daripada yang diperlukan.

Sebaliknya, Prof. Jong Kyu Kim dan timnya telah menciptakan tonjolan nanorod nikel yang halus, tidak sepenuhnya vertikal. Nanostruktur dan sudut miring batang nikel menampilkan apa yang disebut “super-aerofobik“, menyebabkan gelembung hidrogen terlepas lebih mudah.

Hal ini, pada gilirannya, membuka ruang bagi air untuk mencapai katalis dan meningkatkan efisiensi elektrolisis.

Sumber: POSTECH

Hal ini dapat meningkatkan efisiensi proses secara dramatis, dengan peningkatan efisiensi produksi hidrogen yang luar biasa sebesar 55 kali dibandingkan dengan jumlah nikel yang setara dalam struktur film tipis tradisional.

Memperluas Penggunaan di Luar Katalis Nikel

Teknologi ini menggunakan nanorod nikel tetapi tidak harus terbatas pada logam ini. Bahkan, nanorod miring yang mengurangi adhesi hidrogen secara teoritis dapat digunakan dengan katalis lain apa pun. Jadi, apa artinya bagi prospek hidrogen?

Elektrolisis yang Lebih Baik

Saat ini, sebagian besar hidrogen yang diproduksi di dunia dibuat dari gas alam. Ini secara ekonomi lebih menguntungkan tetapi bertentangan dengan tujuan produksi hidrogen untuk mengurangi emisi karbon.

Untuk mendapatkan hidrogen yang benar-benar netral karbon, memproduksinya dari listrik yang dihasilkan oleh energi terbarukan adalah jalannya, biasanya disebut “hidrogen hijau”.

Setiap metode yang dapat mengurangi biaya keseluruhan rantai pasokan hidrogen hijau mendekatkan kita pada menjadikannya alternatif yang layak bagi bahan bakar fosil.

Hal ini dapat berlaku untuk katalis platinum “klasik” yang berefisiensi tinggi namun berbiaya tinggi, mungkin dalam kombinasi dengan batang nikel.

Hal ini juga mungkin dapat diterapkan pada katalis elektrolisis lain yang baru-baru ini ditemukan dengan biaya efektif, seperti rutenium, silikon, dan tungsten (RuSiW) yang kami bahas dalam artikel kami “Hidrogen Hijau Siap Menggantikan Hidrogen Abu-abu karena Elektrokatalis Baru Membuat Produksi Lebih Efisien”.

Rantai Pasokan Hidrogen yang Lebih Baik

Elektrolisis juga hanya salah satu langkah yang dapat ditingkatkan untuk menjadikan hidrogen sebagai pilar utama sistem energi kita.

Misalnya, sel bahan bakar yang lebih baik dapat menjadikan kendaraan hidrogen pesaing kuat bagi kendaraan listrik, sesuatu yang kami bahas dalam artikel kami “Apakah Sel Baterai Hanya Pendahuluan untuk Sel Bahan Bakar Hidrogen? Generasi Selanjutnya yang Sebenarnya dari Kendaraan Listrik?”.

Dan solusi penyimpanan skala besar yang lebih efisien dapat membuat hidrogen jauh lebih mudah ditangani dan didistribusikan, sesuatu yang kami bahas dalam artikel kami “Hidrogen Baru Saja Menjadi Lebih Menarik sebagai Sumber Energi Melalui Terobosan Penahanan”.

Potensi Aplikasi Lain

Penggunaan nanorod miring untuk menciptakan super-aerofobik dapat memiliki aplikasi di luar hidrogen.

Efek pertama adalah bahwa dengan produksi hidrogen yang murah dan efisien, produksi amonia yang sama efisiennya juga muncul. Amonia memiliki beberapa keunggulan signifikan dibandingkan hidrogen untuk aplikasi seperti bahan bakar kapal, sesuatu yang kami bahas dalam “Decarbonizing Global Shipping Lanes through Green Ammonia”.

Profesor Jong Kyu Kim juga menyebutkan bahwa teknologi nanorod dapat menguntungkan proses kimia lain yang melibatkan gas.

“Dengan meningkatkan efisiensi proses elektrolisis air untuk produksi hidrogen hijau, kami bergerak menuju ekonomi hidrogen dan masyarakat netral karbon.

Terobosan ini menguntungkan elektrolisis air dan menjanjikan berbagai aplikasi energi terbarukan lain di mana reaksi permukaan memainkan peran penting, seperti reduksi karbon dioksida dan sistem konversi energi cahaya.”

Jadi inovasi ini dapat melampaui hidrogen, dan dapat memiliki dampak serius pada penangkapan karbon dan fotosintesis buatan, sebuah ide yang kami mulai jelajahi dalam “Artificial Photosynthesis and Biodegradability: Combating Plastic Menace with Sustainability in Mind”.

Perusahaan Solusi Hidrogen

1. Aker Horizons ASA

Penemuan cara menggunakan nanorod nikel hanyalah yang terbaru dalam rangkaian inovasi yang meningkatkan prospek hidrogen sebagai bahan bakar alternatif dan solusi penyimpanan energi. Jadi mungkin menguntungkan memiliki eksposur yang beragam ke semua tahap rantai pasokan hidrogen.

Aker Horizons adalah anak perusahaan grup Aker, yang berfokus pada energi hijau. Grup Aker adalah konglomerat Norwegia penting yang menitikberatkan pada energi terbarukan serta bisnis kelautan/offshore. Aker Horizon adalah perusahaan induk bagi beberapa anak perusahaan, termasuk penangkap karbon, hidrogen hijau, dan energi terbarukan.

Sumber: Aker

Perusahaan ini secara khusus sangat aktif dalam produksi hidrogen dan amonia hijau, dengan tujuan mendekarbonisasi pengiriman di Arktik, terutama di Norwegia.

Aker Horizons dapat menangani seluruh integrasi vertikal hidrogen hijau & amonia, mulai dari turbin angin lepas pantai hingga produksi hidrogen hingga produksi amonia hijau.

Selain itu, perusahaan ini sedang mengerjakan proyek seperti waste-to-energy di Prancis, pembangkit biomassa di Jerman, dan penangkap karbon di Timur Tengah (Arab Saudi dan UEA).

Hal ini menjadikannya saham yang baik bagi investor yang mencari eksposur ke sektor energi hijau secara luas, dengan posisi kuat pada amonia hijau & pengiriman, tetapi juga energi hijau lainnya, serta diversifikasi geografis.

2.  Ballard Power Systems Inc.

Kami belum yakin apa pasar utama untuk hidrogen. Mungkin akan menjadi pembangkit listrik dan bahan bakar mobil, tetapi juga mungkin tetap terbatas pada tugas berat yang lebih sulit untuk di‑elektrifikasi.

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

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

Sel bahan bakar untuk truk diperkirakan akan terus tumbuh dan mewakili pasar sebesar $7,5 Miliar pada tahun 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 seperti elektrolisis yang ditingkatkan dan lebih murah.

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 catenary untuk kereta api dan bus listrik.

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 mengambil alih pasar mobil dengan cepat, kendaraan yang lebih berat lebih sulit untuk didekarbonisasi.

Dengan kepemimpinan yang mapan di sektor ini, Ballard akan menjadi penerima manfaat utama dari dorongan kebijakan menuju ekonomi hidrogen, serta penurunan cepat biaya produksi hidrogen dari elektrolisis berbasis nikel.