Apakah Sel Bahan Bakar Hidrogen Masa Depan EV?

Adopsi kendaraan listrik berbaterai (BEV) di Amerika Utara tampaknya mengalami kendala.  Dengan nilai jual kembali yang rendah, biaya perbaikan yang mahal, dan infrastruktur yang tertinggal, penjualan melambat – secara signifikan.  Bahkan ada pembalikan keputusan oleh perusahaan penyewaan besar seperti Hertz yang memutuskan untuk menjual sebagian besar EV dalam armadanya, kembali ke kendaraan berbahan bakar internal combustion engine (ICE) mereka.

Walaupun ini mungkin terjadi, akan gila jika berpikir bahwa peralihan dari sesuatu yang begitu meluas seperti ICE akan terjadi dengan mulus.  Selalu akan ada kemunduran, dan selalu akan ada pertanyaan valid yang diajukan sepanjang perjalanan mengenai keunggulan EV.

The bottom line is that the shift toward EVs isn’t just a desire by the few; it is a need by the many in the fight against climate change.  However, if the current generation of EVs isn’t up to the task, what other options do we have?  For many, the answer is one that has been mulled over for many years now and has recently seen critical advancements – Hydrogen Electric Vehicles (HEVs).

Meningkatkan Daya Tahan Sel Bahan Bakar Hidrogen

Dalam sebuah studi¹ terbaru, tim riset gabungan yang terdiri dari ilmuwan dari Universitas Harvard dan Universitas Nasional Incheon merinci pendekatan baru untuk membangun sel bahan bakar hidrogen yang akan menghasilkan peningkatan daya tahan dan umur pakai.

Lebih spesifik lagi, studi tersebut melihat pengembangan “kategori membran elektrolit tahan kelelahan, yang terdiri dari jaringan interpenetrasi Nafion dan perfluoropolyether (PFPE).” Ketika digunakan, dicatat bahwa kelelahan tipikal, yang muncul sebagai retakan stres yang terjadi selama penggunaan reguler sel bahan bakar, dapat berkurang secara signifikan.

Dengan mengintegrasikan material tersebut ke dalam membran elektrolit dalam sebuah sel bahan bakar, studi menunjukkan bahwa hal itu meningkatkan “…ambang kelelahan sebesar 175% dan memperpanjang umur sel bahan bakar sebesar 1,7 kali. Selain itu, membran Nafion yang tidak dimodifikasi menunjukkan umur pakai 242 jam, sedangkan membran komposit diamati memiliki umur pakai 410 jam.”

Walaupun tim mencatat bahwa pengenalan material ini sedikit menurunkan kinerja sel bahan bakar, peningkatan luar biasa dalam daya tahan/umur pakai jelas merupakan pertukaran yang berharga.  Ke depan, jika sel bahan bakar hidrogen diharapkan menggantikan rekan mereka yang menggunakan paket baterai di sektor EV, inilah jenis kemajuan yang perlu dilakukan.  Namun, penting diingat bahwa teknologi terbaik tidak selalu menang.  Keunggulan pelopor memang nyata, dan EV berbasis baterai jelas memimpin, meskipun ada penurunan pasar baru-baru ini.

Apa Itu Kendaraan Listrik Hidrogen (HEV)?

Kendaraan listrik adalah kendaraan yang mengandalkan motor yang digerakkan oleh listrik bukan mesin yang digerakkan oleh bahan bakar yang terbakar. Saat ini, mayoritas besar kendaraan listrik menggunakan paket baterai berat untuk menyimpan dan menyampaikan listrik guna menggerakkan motor tersebut. Seperti yang disebutkan, ada pendekatan lain untuk EV yang tampaknya semakin populer – sel bahan bakar hidrogen.

Dalam Kendaraan Listrik Hidrogen (HEV), yang kadang disebut Kendaraan Listrik Sel Bahan Bakar (FCEV), listrik yang diperlukan untuk menggerakkan motor diberikan melalui reaksi elektrokimia yang memisahkan hidrogen, yang disimpan sebagai cairan atau gas terkompresi, menjadi proton dan elektron. Seluruh proses bekerja sebagai berikut:

1. Hidrogen yang disimpan dalam tangki bertekanan tinggi dilepaskan sesuai permintaan ke sel bahan bakar.
2. Hidrogen yang masuk ke sel bahan bakar dipisahkan menjadi proton dan elektron.
3. Elektron digunakan untuk menggerakkan motor, yang kemudian menggerakkan roda.
4. Proton bergabung dengan oksigen di udara, menghasilkan dua produk sampingan: panas & uap air.

Menariknya, beberapa HEV hibrida menggunakan paket baterai yang lebih kecil untuk menangkap energi yang hilang melalui pengereman regeneratif, menggabungkan keunggulan keduanya.

Apa Daya Tarik Hidrogen?

Generasi dan Penyimpanan: Paket baterai biasanya terdiri dari material yang diperoleh melalui operasi penambangan besar dan invasif yang merusak bumi, menentang anggapan bahwa penggunaannya baik bagi lingkungan.  Hidrogen, di sisi lain, dapat ditangkap melalui cara seperti elektrolisis berkelanjutan dan berpotensi cadangan alami.

Selain itu, Hidrogen dapat dengan mudah dikompresi menjadi cairan dan diangkut dalam jumlah besar tanpa masalah.  Ia tidak memerlukan jalur transmisi dari titik penciptaan, menjadikan prosesnya lebih fleksibel.

Kinerja: Dari sudut pandang kinerja, tidak ada perbedaan besar antara HEV dan BEV.  Kedua jenis kendaraan menggunakan motor untuk menggerakkan roda penggerak, artinya keduanya akan mendapat manfaat dari torsi instan dan output yang identik dengan teknologi ini.

Emisi: Dari sisi emisi, Hidrogen dapat dikatakan lebih baik.  Meskipun secara teknis merupakan emisi sekunder, ini hanya melibatkan uap air yang keluar dari knalpot.  Sementara itu, BEV tidak menghasilkan emisi sama sekali.  Keunggulan Hidrogen terletak pada proses manufakturnya, karena paket baterai yang dihindari memerlukan penambangan ekstensif untuk dibuat, merusak bumi dalam prosesnya.

Pengisian Ulang: Pengisian ulang adalah salah satu daya tarik terbesar Hidrogen, karena ini adalah faktor yang akan dihadapi pengguna secara langsung secara rutin.  Sementara BEV biasanya memerlukan waktu pengisian yang lama dan infrastruktur khusus, HEV dapat mengisi ulang secepat kendaraan bensin/diesel biasa.

Jarak Tempuh: Walaupun teknologi baterai terus berkembang, agar BEV memiliki jarak tempuh yang sama dengan ICE tradisional, diperlukan paket baterai yang sangat besar.  Hal ini menyebabkan waktu pengisian yang lebih lama, jejak lingkungan yang lebih besar, dan kehilangan efisiensi karena berat.  Hidrogen, di sisi lain, memiliki jarak tempuh yang biasanya setara dengan ICE, menghilangkan kecemasan jarak tempuh sepenuhnya.

Iklim Dingin: Sebagian kecemasan jarak tempuh yang menghantui pemilik BEV disebabkan oleh wilayah.  Sangat sedikit tempat yang memiliki kondisi iklim ideal untuk BEV, sehingga menghasilkan penurunan jarak tempuh yang drastis bagi banyak pelanggan.  Meskipun Hidrogen kehilangan sedikit jarak tempuh dalam cuaca dingin, penurunan tersebut tidak sedramatis itu, menjadikannya pilihan yang lebih menarik bagi banyak orang.

Seperti yang Anda lihat, ada berbagai bidang kritis di mana HEV dapat mengungguli varian paket baterai mereka.  Namun, mereka mulai tertinggal dalam hal kompleksitas, kebutuhan untuk memodifikasi infrastruktur pengisian ulang yang ada, dan kemungkinan munculnya baterai solid-state.

Pemain Industri yang Mengembangkan Solusi Hidrogen

Industri EV mungkin mengalami beberapa hambatan saat ini, namun jelas bahwa mereka adalah masa depan transportasi.  Yang belum jelas adalah bentuk apa yang akan diambil EV.  Akankah mereka berbasis baterai? Atau akan mengandalkan sel bahan bakar hidrogen?  Pasangan perusahaan berikut mengandalkan yang terakhir dan telah mulai merencanakan masa depan seperti itu.

*Angka yang diberikan di bawah ini akurat pada saat penulisan dan dapat berubah.  Setiap investor potensial harus memverifikasi metrik*

1. Toyota

Sebagai produsen mobil terbesar di dunia, tidak mengherankan bahwa Toyota telah merambah ke bidang HEV.  Menariknya, meskipun perusahaan ini aktif mengembangkan solusi baterai solid-state, Toyota menolak EV berbasis baterai saat ini.  Sebaliknya, Toyota menyatakan bahwa ia percaya masa depan yang lebih cerah terletak pada HEV bahkan mesin Pembakaran Hidrogen.

Secara khusus, Toyota mulai mengembangkan teknologi HEV pada tahun 1992, yang berujung pada peluncuran ‘Mirai’ – sebuah sedan dengan pengisian ulang 5 menit, jarak tempuh 650 km, dan nol emisi berbahaya.

2. Plug Power

PLUG Grafik Harga

Plug Power Inc. (PLUG ), yang didirikan pada tahun 1997 dan berkantor pusat di Latham, New York, tetap menjadi pemain kunci dalam mengembangkan teknologi sel bahan bakar hidrogen.  Secara khusus, Plug Power tidak hanya fokus pada mobil dan truk; perusahaan ini merancang dan memproduksi sistem tersebut untuk instalasi kecil yang menggunakan motor listrik.

Dalam beberapa tahun terakhir, Plug Power telah memperluas fokusnya di luar sel bahan bakar untuk penanganan material dan mulai menargetkan pasar yang lebih luas.  Ini mencakup sistem tenaga stasioner, armada kendaraan pengiriman, bahkan potensi aplikasi di bidang penerbangan.  Akuisisi strategis perusahaan, seperti United Hydrogen dan Giner ELX, semakin memperkuat posisinya dalam ekonomi hidrogen dengan meningkatkan kemampuan dalam produksi, likuidasi, dan distribusi hidrogen.

Kata Penutup

Dengan EV berbasis baterai mengalami kemunduran, lebih banyak fokus diberikan pada alternatif potensial.  Saat ini, solusi hidrogen berada di garis depan, dan meskipun mudah untuk menolak teknologi ini pada pandangan pertama, ingatlah bahwa bukan hanya Toyota yang mendorong hidrogen.  Kemitraan dan pengembangan solusi hidrogen yang melibatkan perusahaan seperti Honda, GM, Hyundai, dan lainnya sudah ada.

Dengan akses yang semakin meningkat ke hidrogen yang bersumber secara berkelanjutan setiap hari, masa depan EV mungkin terlihat sedikit berbeda dari yang banyak orang sadari.

Studi yang Dirujuk:

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, D. Y., Lee, W. Y., Choi, W., Kim, D. J., Lee, S. H., Jeong, S. K., Park, J. H., Park, S., & Kim, J. Y. (2024). Membran Elektrolit Tahan Kelelahan untuk Sel Bahan Bakar Membran Elektrolit Polimer yang Tahan Lama. Advanced Materials, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}