Kendaraan Hidrogen Mungkin Menjadi Masa Depan Transportasi – Apakah Ada Kekhawatiran tentang Keamanan?

Kendaraan hidrogen atau kendaraan berbasis sel bahan bakar yang digerakkan oleh hidrogen telah muncul sebagai fenomena sejak 2015. Meskipun masih terlalu dini untuk memprediksi masa depan Kendaraan Hidrogen, tidak dapat dipungkiri bahwa minat terhadapnya terasa nyata namun berfluktuasi. 

Antara tahun 2022 dan 2023, jumlah kendaraan listrik sel bahan bakar yang digerakkan oleh hidrogen mengalami penurunan, dari 20.704 menjadi 14.451. Penurunan tahunan tidak cukup untuk menetapkan tren minat konsumen terhadap kendaraan hidrogen. Namun terdapat perbincangan di kedua sisi. Sementara ada banyak keuntungan dari kendaraan hidrogen, diskusi tentang seberapa aman kendaraan hidrogen juga banyak. Pada segmen berikut, kami akan meninjau kedua aspek kendaraan hidrogen tersebut. 

Keunikan Kendaraan Hidrogen

Meskipun merupakan kendaraan listrik, Kendaraan Hidrogen tidak memerlukan baterai bawaan. Mereka memiliki pembangkit tenaga di dalamnya, yang mampu mengubah hidrogen dalam tangki bahan bakar menjadi listrik. Mobil hidrogen beroperasi dengan nol emisi lokal. 

Namun, keunggulan terbesar yang ditawarkannya – sejauh ini – adalah waktu pengisian bahan bakar yang singkat. Tidak seperti kendaraan listrik lainnya, pengisian kendaraan hidrogen bukanlah fungsi dari model kendaraan dan infrastruktur. Ia memiliki penyimpanan energi yang panjang, dan jangkauannya tidak bergantung pada suhu luar, sehingga menghilangkan kemungkinan penurunan performa di cuaca dingin. 

Hidrogen juga merupakan cara yang sangat efisien untuk menyimpan dan mengangkut energi terbarukan, dan adopsinya membantu mengurangi biaya dalam jangka panjang. 

Meskipun manfaatnya tersedia untuk semua orang, beberapa studi juga menunjukkan potensi risiko dan kerusakan. Kami akan secara khusus meninjau sebuah kasus hari ini di mana sebuah tim dari TU Graz telah menganalisis potensi risiko dan kerusakan kendaraan hidrogen di terowongan. Studi tersebut juga memberikan beberapa rekomendasi. 

Risiko dan Potensi Kerusakan Kendaraan Hidrogen: Cara Meminimalkan Risiko

Under its HyTRA project, the Graz University of Technology has investigated several aspects that could prove risky. The study assessed possible incident types, dangers to people, and the tunnel structure and recommended measures that could be taken to minimize these risks.

While researchers have determined that the probability of accidents involving hydrogen-powered vehicles in a tunnel is low, the high energy density of hydrogen and its substantial storage pressure render these FCEVs powered by hydrogen a significant risk for extensive damage.

The storage of hydrogen in car tanks at a pressure of 700 bar could lead to the rapid release of a great deal of energy. If ignited, the hydrogen might burn at temperatures over 2000 degrees Celsius. Manufacturers design the fuel tanks to be sturdy and well-protected against mechanical impact; however, they fall short in situations such as rear-end collisions with large trucks.

There are broadly three hazardous scenarios that might evolve as the outcome of such a collision.

In the first case, the thermal pressure relief device (TPRD) might activate when pressure increases due to a thermal impact, releasing hydrogen from the tank in a controlled jet. This mechanism helps sustain the pressure at a safe level, preventing the tank from rupturing. However, this can still pose a danger if the discharged hydrogen mixes with air and ignites. Nonetheless, the danger zone would remain confined.

This scenario worsens if the Thermal Pressure Relief Device fails, potentially leading to the tank exploding. The resulting blast wave could spread throughout the entire channel. The risk of death would extend up to approximately 30 meters, while the likelihood of serious internal injuries extends up to 300 meters. Further away, there still exists the risk of ruptured eardrums.

In the third scenario, the least likely of all, hydrogen is first released without igniting. Being the lightest element in the periodic table, the gas rises and accumulates as a cloud under the tunnel ceiling. If an ignition source, such as hot lamps or an electrical impulse, is present, it might trigger a hydrogen cloud explosion, generating a significant blast wave.

The risk scenario investigators proposed a host of mitigating strategies. The team suggested implementing stricter speed limits, monitored through section control. They also advised precise distance control strategies, supported by a robust signaling mechanism to alert drivers when they were following too closely.

While discussing the risks and damage potential of hydrogen vehicles, the TU Graz team did not forget to mention the context in which they operate and how their risk and damage potential are measured.

“Tangki hidrogen modern dibangun begitu aman sehingga banyak hal harus salah agar hidrogen dapat keluar.”

– Daniel Fruhwirt, Institut Termodinamika dan Sistem Propulsi Berkelanjutan di TU Graz

Dorongan Menuju Kendaraan Hidrogen

Researchers predict a significant uptick in adoption of Hydrogen Vehicles in the coming years. Industry researchers and analysts estimate that the number of hydrogen vehicles in service globally will exceed one million in 2027, up from just over 60,000 in 2022, representing a surge of more than 1,500%. The consumer market is expected to be the leading segment in the Hydrogen Vehicles space, accounting for more than 60% by 2027.

Ada inisiatif pemerintah yang mendukung kendaraan sel bahan bakar. Misalnya, Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan, unit di bawah Departemen Energi, meluncurkan H2USA pada tahun 2013. Dalam pernyataan resmi mereka, otoritas pemerintah menyatakan hal berikut tentang misi H2USA: 

“Misi H2USA adalah mempromosikan pengenalan dan adopsi luas kendaraan listrik sel bahan bakar di seluruh Amerika. Anggotanya meliputi lembaga federal, asosiasi perdagangan sel bahan bakar, produsen mobil, penyedia hidrogen, pengembang sel bahan bakar, laboratorium nasional, dan pemangku kepentingan tambahan. Kolaborasi ini menyediakan platform bagi Amerika Serikat yang serupa dengan kolaborasi publik-swasta di negara lain yang berfokus pada hidrogen, khususnya Jerman, Jepang, dan Inggris.”

Dilaporkan, H2USA kini memiliki lebih dari 30 peserta. 

Selain inisiatif pemerintah, terdapat banyak penelitian peningkatan kinerja yang sedang berlangsung yang membantu membangun minat dan kepercayaan di antara calon konsumen kendaraan sel bahan bakar hidrogen. 

Misalnya, sebuah studi terbaru yang dilakukan oleh tim peneliti dari Harvard dan Universitas Nasional Incheon merancang pendekatan untuk membangun sel bahan bakar yang memiliki skor tinggi dalam hal daya tahan dan umur panjang. Studi tersebut berfokus pada pengembangan kategori membran elektrolit tahan kelelahan yang terdiri dari jaringan interpenetrasi Nafion dan perfluoropolieter (PFPE). Tim mencatat sedikit penurunan kinerja sel bahan bakar sebagai pertukaran untuk ‘peningkatan luar biasa dalam daya tahan/umur panjang.’

Pengembangan menarik lainnya yang sangat menggembirakan bagi produsen adalah pengenalan enzim khusus ke dalam sumur minyak yang sudah habis. Enzim-enzim ini memecah hidrokarbon yang tersisa menjadi berbagai komponen, termasuk hidrogen. Kemajuan ini dapat menyebabkan banyak sumur minyak yang sudah habis dan ditinggalkan di seluruh dunia menjadi sumber bahan bakar yang lebih berkelanjutan dari kedalaman mereka—hidrogen.

Dorongan untuk kendaraan hidrogen sejalan dengan visi menciptakan alternatif transportasi yang lebih berkelanjutan untuk masa depan, berpotensi bahkan lebih berkelanjutan daripada kendaraan listrik (EV). Hal ini karena EV tidak sepenuhnya mencapai keberlanjutan; potensi emisinya tergantung pada cara listrik dihasilkan.

Banyak perusahaan mengembangkan solusi kendaraan hidrogen, mengantisipasi bahwa pemerintah dan otoritas transportasi akan semakin mendukung kendaraan hidrogen dibandingkan EV di masa depan. Pada segmen berikut, kami membahas beberapa perusahaan tersebut.

#1. Platform Ultium dan HYDROTEC Fuel Cell Power Cubes oleh General Motors

Teknologi Sel Bahan Bakar GM Hydrotec mengklaim sebagai solusi daya sel bahan bakar yang terjangkau untuk aplikasi darat, udara, dan laut. Pada tahun 2021, Wabtec Corporation (NYSE: WAB) dan General Motors (GM ) (NYSE: GM) mengumumkan kolaborasi untuk mengembangkan dan mengkomersialkan teknologi baterai Ultium GM serta sistem sel bahan bakar hidrogen HYDROTEC untuk lokomotif Wabtec.

While speaking about the value-add GM’s solutions were to bring for Wabtec, the CEO and President of Wabtec, Rafael Santana, had the following to say:

“Lokomotif FLXdrive kami, lokomotif pertama di dunia yang sepenuhnya bertenaga baterai, telah membuktikan potensinya untuk mengurangi emisi karbon hingga 30 persen saat beroperasi pada 6 MWh. Namun kami tidak berhenti di situ. Dengan bekerja sama dengan GM pada teknologi baterai Ultium dan sel bahan bakar hidrogen HYDROTEC, kami dapat mempercepat jalur industri kereta api menuju dekarbonisasi dan jalur menuju lokomotif nol emisi dengan memanfaatkan dua teknologi propulsi penting ini.”

Solusi Hydrotec GM menawarkan kubus daya sel bahan bakar yang kompak dan mudah dipaketkan untuk berbagai aplikasi, termasuk lokomotif. Ultium adalah teknologi baterai yang menambah fleksibilitas, efisiensi, daya, dan keandalan yang dibutuhkan rel.

Pada tahun 2021, General Motors juga menjalin kolaborasi dengan Liebherr-Aerospace untuk mengembangkan sistem demonstrator pembangkit listrik sel bahan bakar hidrogen untuk pesawat terbang. Tahun berikutnya, GM memutuskan untuk melampaui ruang kendaraan dan transportasi otomotif dengan solusi Hydrotec-nya.

Perusahaan tersebut mengumumkan rencananya untuk mengembangkan beberapa generator daya berbasis HYDROTEC yang ditenagai oleh kubus daya sel bahan bakar HYDROTEC Generasi 2 GM. Ini meliputi:

• Generator Daya Mobile (MPG) yang menawarkan kemampuan pengisian cepat untuk EV tanpa perlu memasang titik pengisian permanen.
• Pengisi daya cepat EMPOWER yang memungkinkan stasiun bahan bakar ritel menambahkan pengisian DC cepat yang terjangkau tanpa memperluas jaringan listrik.
• MPG Palet yang dapat secara tenang dan efisien menyediakan daya untuk kamp militer dan instalasi.

Untuk tahun keuangan 2023, GM melaporkan pendapatan sebesar $171,8 miliar, dengan laba bersih yang dapat dialokasikan kepada pemegang saham melampaui $10 miliar dan EBIT yang disesuaikan sebesar $12 miliar.

#2. Cellcentric: Kolaborasi Lima Puluh Lima Persen Antara Daimler dan Volvo

Cellcentric, usaha patungan 50:50 antara Volvo Group dan Daimler Truck (DTG.DE ) AG, bertujuan menjadi produsen sel bahan bakar terkemuka secara global untuk membantu dunia mencapai target memperkenalkan transportasi netral dan berkelanjutan pada tahun 2050.

Pada Mei 2024, Cellcentric mengumumkan sistem sel bahan bakar NextGen-nya, sebuah solusi yang disesuaikan untuk truk jarak jauh di Eropa dan Amerika Utara. Sistem ini merupakan paket solusi tunggal yang sangat terintegrasi, kompak, dan ringan yang dapat menghasilkan daya di atas 350 kW pada kinerja puncaknya.

Menurut perkiraan Cellcentric, solusi tersebut diharapkan memberikan penghematan konsumsi sebesar 20 persen dibandingkan generasi BZA150. Sistem NextGen juga menawarkan peningkatan kepadatan daya sebesar 30 persen dibandingkan generasi saat ini dan pengurangan panas buang sebesar 40 persen pada beban puncak, berkat desain sistem yang canggih dan kinerja optimal. Solusi ini juga mengurangi kebutuhan pendinginan, meningkatkan tingkat kebugaran produk. 

Untuk tahun penuh 2023, Volvo meningkatkan penjualan bersihnya hampir SEK 80 miliar menjadi SEK 553 miliar dan pendapatan operasional yang disesuaikan menjadi SEK 77,6 miliar (50,5), dengan margin operasional yang disesuaikan sebesar 14,0% (10,7). Pendapatan Grup Daimler meningkat 10% ke tingkat rekor €55,9 miliar pada tahun 2023.

Masa Depan Kendaraan Sel Bahan Bakar Hidrogen

Secara keseluruhan, masa depan kendaraan hidrogen tampak menjanjikan karena ada kebutuhan global yang meningkat untuk solusi transportasi berkelanjutan. Namun, untuk menjadi lebih efisien dan aman, produsen serta peneliti teknologi harus bekerja pada semua aspek mobil listrik sel bahan bakar hidrogen, termasuk tumpukan sel, pengisi bahan bakar, tangki bahan bakar, kontroler, dan sistem termal. 

Kendaraan ini menawarkan beberapa manfaat, termasuk torsi instan dan fitur daya yang halus serta konsisten, kebutuhan perawatan yang rendah, manfaat pengisian bahan bakar cepat, nol emisi, dan lainnya. Namun, produsen harus lebih banyak bekerja pada aspek biaya.

Akuisisi mobil sel bahan bakar dapat lebih mahal dibandingkan mobil konvensional berukuran serupa. Namun, beberapa insentif tersedia di ekonomi maju, seperti rebate $4.500 ($7.500 untuk pembeli yang memenuhi syarat pendapatan) dari Proyek Rebate Kendaraan Bersih California dan lainnya. Meskipun insentif ini akan meningkatkan adopsi dan visibilitas dalam jangka pendek, keberhasilan jangka panjang hanya akan didorong oleh standar keamanan dan kinerja yang ditawarkan.

Klik di sini untuk mempelajari apa yang membuat hidrogen kembali menjadi sumber energi yang menarik.