Hidrogen muncul sebagai pemain kunci dalam pembangunan sistem energi masa depan yang bersih dan berkelanjutan. Bukan sekadar bahan bakar, hidrogen adalah pembawa energi (energy carrier) yang unik, mampu menyimpan dan mengirimkan energi yang dihasilkan dari berbagai sumber, termasuk yang terbarukan.

Teknologi hidrogen sebagai sumber energi alternatif menawarkan potensi revolusioner untuk mendekarbonisasi sektor-sektor sulit diatasi seperti industri berat, transportasi jarak jauh, dan penyimpanan energi berskala besar.

Bagaimana Hidrogen Bekerja sebagai Sumber Energi?

Hidrogen (H2) adalah elemen paling melimpah di alam semesta, tetapi ia jarang ditemukan dalam bentuk murni di Bumi. Ia selalu terikat dengan elemen lain, seperti dalam air (H2O), gas alam (CH4), atau biomassa. Oleh karena itu, hidrogen harus "diproduksi" dari senyawa-senyawa ini sebelum dapat digunakan sebagai sumber energi.

Setelah diproduksi, hidrogen dapat dimanfaatkan dalam dua cara utama:

1. Pembakaran (Combustion)

Hidrogen dapat dibakar seperti bahan bakar fosil lainnya. Ketika hidrogen dibakar, ia bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan energi panas serta air (H2O) sebagai produk sampingan. Jika hidrogen yang dibakar murni, emisi karbon dioksida (CO2) akan nol. Namun, jika dibakar di udara (yang mengandung nitrogen), pembakaran dapat menghasilkan nitrogen oksida (NOx), yang merupakan polutan udara.

2. Sel Bahan Bakar (Fuel Cell)

Ini adalah metode pemanfaatan hidrogen yang paling efisien dan ramah lingkungan. Sel bahan bakar hidrogen bekerja mirip baterai, tetapi tidak pernah habis selama pasokan hidrogen dan oksigen tersedia. Di dalam sel bahan bakar, hidrogen dan oksigen bereaksi secara elektrokimia untuk menghasilkan listrik, air, dan sedikit panas. Proses ini tidak menghasilkan emisi gas buang berbahaya sama sekali. Sel bahan bakar digunakan untuk menggerakkan kendaraan listrik sel bahan bakar (FCEV), menyediakan daya cadangan, atau pembangkit listrik stasioner.

Jenis-Jenis Hidrogen Berdasarkan Metode Produksi

Warna sering digunakan untuk mengklasifikasikan hidrogen berdasarkan metode produksinya dan jejak karbonnya:

1. Hidrogen Abu-abu (Grey Hydrogen)

• Metode Produksi: Paling umum saat ini, dihasilkan dari reformasi uap metana (Steam Methane Reforming/SMR) menggunakan gas alam.

• Jejak Karbon: Menghasilkan emisi CO2 signifikan yang dilepaskan ke atmosfer.

2. Hidrogen Biru (Blue Hydrogen)

• Metode Produksi: Sama seperti hidrogen abu-abu (SMR dari gas alam), tetapi dilengkapi dengan teknologi Penangkapan, Pemanfaatan, dan Penyimpanan Karbon (CCUS). Emisi CO2 yang dihasilkan ditangkap dan disimpan secara permanen di bawah tanah.

• Jejak Karbon: Lebih rendah dari abu-abu, tetapi masih bergantung pada bahan bakar fosil.

3. Hidrogen Hijau (Green Hydrogen)

• Metode Produksi: Dihasilkan melalui elektrolisis air, di mana listrik digunakan untuk memisahkan molekul air (H2O) menjadi hidrogen (H2) dan oksigen (O2). Listrik yang digunakan berasal 100% dari sumber energi terbarukan seperti surya, angin, atau hidro.

• Jejak Karbon: Nol emisi karbon selama proses produksi, menjadikannya bentuk hidrogen paling bersih dan berkelanjutan. Ini adalah tujuan akhir dari ekonomi hidrogen.

4. Hidrogen Turunan Lainnya

• Hidrogen Merah Muda/Kuning: Dari tenaga nuklir.

• Hidrogen Turkuois: Dari pirolisis metana, menghasilkan karbon padat.

• Hidrogen Putih: Hidrogen alami yang ditemukan di bawah tanah.

• Hidrogen Hitam/Coklat: Dari gasifikasi batu bara (sangat tinggi emisi).

Baca Juga : Turbin Gas Bertenaga Hidrogen Murni

Keunggulan dan Potensi Aplikasi Teknologi Hidrogen

Teknologi hidrogen menawarkan berbagai keunggulan sebagai energi alternatif:

1. Bebas Emisi di Titik Penggunaan

Ketika digunakan dalam sel bahan bakar, hidrogen hanya menghasilkan air, tanpa polutan udara atau gas rumah kaca. Bahkan jika dibakar, emisi CO2 bisa nol jika hidrogen murni.

2. Penyimpanan Energi Jangka Panjang dan Skala Besar

Hidrogen dapat diproduksi saat ada kelebihan listrik dari sumber terbarukan (misalnya, saat angin bertiup kencang atau matahari bersinar terang) dan disimpan dalam volume besar untuk jangka waktu yang lama (minggu, bulan, bahkan musiman). Ini sangat penting untuk menyeimbangkan jaringan listrik dan mengatasi sifat intermiten energi terbarukan.

3. Fleksibilitas Aplikasi (Versatility)

• Transportasi: Digunakan dalam FCEV (mobil, bus, truk, kereta api, kapal, bahkan pesawat terbang).

• Industri: Sebagai bahan bakar industri (misalnya, pada produksi baja hijau, semen), bahan baku kimia (misalnya, amonia untuk pupuk), atau untuk pemanasan.

• Pembangkit Listrik: Dalam sel bahan bakar untuk pembangkit listrik stasioner, sebagai cadangan daya, atau dicampur dengan gas alam dalam turbin gas.

• Pemanasan: Bisa digunakan untuk memanaskan bangunan.

4. Kepadatan Energi Massa yang Tinggi

Hidrogen memiliki energi per unit massa tertinggi dibandingkan bahan bakar lainnya. Satu kilogram hidrogen murni mengandung energi sekitar tiga kali lipat dari satu kilogram bensin.

Baca Juga : Mengenal Potensi Plastik Menjadi Sumber Hidrogen

Tantangan dalam Implementasi Teknologi Hidrogen

Meskipun potensinya besar, teknologi hidrogen masih menghadapi sejumlah tantangan signifikan yang perlu diatasi untuk adopsi luas:

1. Biaya Produksi yang Tinggi (Terutama Hidrogen Hijau)

Saat ini, hidrogen hijau masih jauh lebih mahal untuk diproduksi dibandingkan hidrogen abu-abu atau bahkan biru. Biaya elektroliser dan listrik dari energi terbarukan masih menjadi faktor utama.

2. Penyimpanan dan Transportasi

• Kepadatan Energi Volumetrik Rendah: Meskipun padat energi berdasarkan massa, hidrogen memiliki kepadatan energi yang sangat rendah per unit volume. Ini berarti hidrogen gas membutuhkan tangki bertekanan tinggi yang besar (350-700 bar) atau harus dicairkan pada suhu kriogenik (-253°C) untuk penyimpanan atau transportasi yang efisien. Kedua metode ini mahal dan intensif energi.

• Embrittlement Material: Hidrogen dapat menyebabkan kerapuhan pada material tertentu, menimbulkan tantangan dalam penggunaan infrastruktur pipa yang ada.

3. Infrastruktur yang Belum Matang

Kurangnya jaringan pipa hidrogen yang luas, stasiun pengisian bahan bakar hidrogen, dan fasilitas penyimpanan berskala besar adalah hambatan utama untuk adopsi. Membangun infrastruktur ini memerlukan investasi besar dan waktu.

4. Efisiensi End-to-End

Proses produksi, kompresi/pencairan, penyimpanan, dan konversi kembali hidrogen menjadi listrik (jika menggunakan sel bahan bakar) melibatkan kehilangan energi pada setiap tahap. Efisiensi keseluruhan dari energi terbarukan hingga energi yang digunakan di ujung masih menjadi tantangan.

5. Keamanan

Hidrogen sangat mudah terbakar. Meskipun teknologi penanganan hidrogen telah maju dan aman jika ditangani dengan benar, persepsi publik dan regulasi keamanan yang ketat tetap diperlukan.

Prospek Masa Depan Teknologi Hidrogen

Meskipun tantangan, masa depan teknologi hidrogen terlihat sangat menjanjikan dengan dukungan kuat dari pemerintah, investasi swasta, dan kemajuan teknologi.

• Penurunan Biaya Produksi: Inovasi dalam teknologi elektroliser (seperti elektroliser PEM dan SOEC yang lebih efisien) dan penurunan biaya energi terbarukan akan membuat hidrogen hijau semakin kompetitif.

• Pengembangan Infrastruktur: Investasi besar dalam pembangunan jaringan pipa hidrogen, stasiun pengisian, dan terminal ekspor/impor hidrogen akan terus berlanjut.

• Kemajuan Penyimpanan: Penelitian terus dilakukan pada metode penyimpanan hidrogen baru yang lebih padat dan aman, seperti solid-state storage (hidrida logam) atau liquid organic hydrogen carriers (LOHC).

• Aplikasi yang Meluas: Hidrogen akan memainkan peran yang semakin besar dalam dekarbonisasi industri berat (baja, semen, amonia), penerbangan, dan perkapalan, di mana elektrifikasi langsung sulit dilakukan.

• Peran dalam Keseimbangan Jaringan: Hidrogen akan menjadi komponen penting dalam sistem energi terintegrasi, bertindak sebagai penyimpan energi musiman yang menghubungkan sektor listrik, industri, dan transportasi.

Teknologi hidrogen sebagai sumber energi alternatif memiliki potensi transformatif untuk menciptakan masa depan energi yang bersih dan berkelanjutan. Dengan kemampuannya untuk menyimpan energi terbarukan, menyediakan mobilitas bebas emisi, dan mendekarbonisasi sektor-sektor industri yang sulit, hidrogen siap menjadi tulang punggung ekonomi hijau global.

Meskipun tantangan signifikan terkait biaya, infrastruktur, dan penyimpanan masih harus diatasi, investasi masif dan inovasi teknologi yang berkelanjutan menunjukkan bahwa hidrogen bukan lagi sekadar impian, melainkan kenyataan yang semakin dekat untuk mengatasi krisis iklim dan membangun sistem energi yang lebih tangguh dan bersih bagi generasi mendatang.