Sebuah metode baru untuk produksi hidrogen efisien yang memisahkan produksi oksigen dan hidrogen, yang dikembangkan oleh para peneliti di Swedia, menghilangkan risiko ledakan dan kebutuhan akan logam langka Bumi, dengan tingkat efisiensi 99 persen. Inovasi ini menjanjikan integrasi yang lebih mudah dengan energi terbarukan dan memiliki potensi signifikan untuk penerapan komersial.
Para ilmuwan di Swedia telah mengembangkan metode inovatif untuk menghasilkan energi hidrogen dengan peningkatan efisiensi. Proses ini memisahkan air menjadi oksigen dan hidrogen, menghilangkan kemungkinan berbahaya dari penggabungan kedua gas tersebut.
Dikembangkan di KTH Royal Institute of Technology di Stockholm, metode baru ini memisahkan proses elektrolisis standar untuk menghasilkan gas hidrogen, yang memecah molekul air dengan menerapkan arus listrik. Berbeda dengan sistem yang ada, sistem ini menghasilkan gas oksigen dan hidrogen secara terpisah dan bukan secara bersamaan dalam sel yang sama, sehingga keduanya harus dipisahkan melalui penghalang membran.
Pemisahan tersebut menghilangkan kemungkinan pencampuran gas yang menimbulkan risiko ledakan, kata peneliti Esteban Toledo, Ph.D. mahasiswa di KTH yang ikut menulis makalah yang diterbitkan hari ini di Kemajuan Ilmu Pengetahuan bersama Joydeep Dutta, profesor fisika terapan di KTH. Hal ini juga menghilangkan kebutuhan akan logam tanah jarang.
Kedua peneliti mematenkan sistem tersebut dan sebuah perusahaan, Caplyzer AB, dibentuk melalui KTH Innovation untuk meningkatkan skala teknologinya.
Rekan penulis Esteban Toledo, mahasiswa PhD di KTH Royal Institute of Technology, bekerja dengan prototipe pemisahan air yang dipisahkan di Stockholm, Swedia. Kredit: David Callahan
Kelayakan dan Efisiensi Komersial
Dutta mengatakan efisiensi gas hidrogen Faradaic terbukti mencapai 99 persen. Para peneliti juga melaporkan bahwa uji laboratorium tidak menunjukkan adanya degradasi elektroda yang nyata sebagai hasil pengujian jangka panjang, yang penting untuk aplikasi komersial.
Memproduksi hidrogen dari air selalu menghasilkan oksigen. Elektroliser alkali tipikal memiliki elektroda positif dan negatif yang dipasangkan di dalam ruang berisi air alkali, dipisahkan oleh penghalang ion-permeabel. Ketika arus listrik dialirkan, air bereaksi di katoda dengan membentuk hidrogen dan ion hidroksida bermuatan negatif yang berdifusi melalui penghalang ke anoda untuk menghasilkan oksigen.
Namun penghalang tersebut menyebabkan resistensi dan jika muatan listrik berfluktuasi, risiko terjadinya campuran eksplosif antara oksigen dan hidrogen akan meningkat.
Toledo mengatakan bahwa mengkonsep ulang elektrolisis air akan membuka jalan bagi bentuk produksi energi ramah lingkungan yang lebih andal, dengan menggabungkan sumber-sumber yang bersifat intermiten seperti tenaga surya atau angin.
“Karena kami tidak mengambil risiko tercampurnya gas, kami dapat beroperasi pada rentang input daya yang lebih luas,” katanya. “Jauh lebih mudah untuk menggabungkan energi terbarukan yang umumnya menghasilkan daya yang bervariasi.”
Cara baru untuk menghasilkan gas hidrogen, secara sederhana dan aman, diterbitkan hari ini di Science Advances. Kredit: David Callahan
Produksi gas secara simultan dapat diatasi dengan mengganti salah satu elektroda dengan elektroda superkapasitif yang terbuat dari karbon. Elektroda ini secara bergantian menyimpan dan melepaskan ion, secara efektif memisahkan produksi hidrogen dan oksigen.
Ketika elektroda bermuatan negatif dan menghasilkan hidrogen, superkapasitor menyimpan ion hidroksida (OH) yang kaya energi. Ketika arah arus diubah, superkapasitor melepaskan OH yang diserap, dan oksigen diproduksi di elektroda yang sekarang positif.
“Satu elektroda melakukan evolusi oksigen dan hidrogen,” kata Dutta. “Ini seperti baterai isi ulang yang menghasilkan hidrogen – pengisian dan pengosongannya dilakukan secara bergantian. Ini semua tentang menyelesaikan sirkuit.”
Referensi: “Elektroliser superkapasitif terpisah untuk pemisahan air bebas membran” oleh Esteban A. Toledo-Carrillo, Mario Garcia-Rodriguez, Lorraine M. Sanchez-Moren dan Joydeep Dutta, 6 Maret 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adi3180
Penelitian ini sebagian didanai oleh Vinnova dan Åforsk.
