Sebelum membahas Teknologi Sel Bahan Bakar atau biasa disebut Technology Fuel Cell. kita bahas duhulu unsur unsur yang termasuk.
Hidrogen adalah unsur paling sederhana dan paling berlimpah di alam semesta. Ini adalah komponen utama air, minyak, gas alam, dan semua benda hidup. Terlepas dari kesederhanaan dan kelimpahannya, hidrogen jarang muncul secara alami sebagai gas di Bumi. Itu hampir selalu dikombinasikan dengan elemen lain. Ini dapat dihasilkan dari minyak, gas alam, dan biomassa atau dengan memisahkan air menggunakan energi surya atau listrik yang terbarukan.
Setelah hidrogen diproduksi sebagai molekul hidrogen, energi yang ada di dalam molekul dapat dilepaskan, dengan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan air. Ini dapat dicapai baik dengan mesin pembakaran internal tradisional, atau dengan perangkat yang disebut Teknologi Fuel Cell. Dalam Teknologi Fuel Cell, energi hidrogen dikonversi langsung menjadi listrik dengan efisiensi tinggi dan kehilangan daya rendah.
Hidrogen, oleh karena itu, adalah pembawa energi, yang digunakan untuk memindahkan, menyimpan, dan mengirimkan energi yang dihasilkan dari sumber lain.
NASA menggunakan bahan bakar hidrogen untuk meluncurkan pesawat ulang-alik.
Sebab Hidrogen merupakan elemen paling sederhana. Atom hidrogen hanya terdiri dari satu proton dan satu elektron. Itu juga elemen paling berlimpah di alam semesta. Terlepas dari kesederhanaan dan kelimpahannya, hidrogen tidak muncul secara alami sebagai gas di Bumi - hidrogen selalu dikombinasikan dengan unsur-unsur lain. Air, misalnya, adalah kombinasi hidrogen dan oksigen (H 2 O).
Hidrogen juga ditemukan dalam banyak senyawa organik, terutama hidrokarbon yang membentuk banyak bahan bakar kita, seperti bensin, gas alam, metanol, dan propana. Hidrogen dapat dipisahkan dari hidrokarbon melalui penerapan panas - suatu proses yang dikenal sebagai reformasi . Saat ini, sebagian besar hidrogen dibuat dengan cara ini dari gas alam. Arus listrik juga dapat digunakan untuk memisahkan air menjadi komponen oksigen dan hidrogen. Proses ini dikenal sebagai elektrolisis . Beberapa ganggang dan bakteri, menggunakan sinar matahari sebagai sumber energinya, bahkan mengeluarkan hidrogen dalam kondisi tertentu.
Hidrogen berenergi tinggi, namun mesin yang membakar hidrogen murni hampir tidak menghasilkan polusi. NASA telah menggunakan hidrogen cair sejak 1970-an untuk mendorong pesawat ulang-alik dan roket lain ke orbit. Teknologi Fuel Cell hidrogen memberi tenaga pada sistem listrik pesawat ulang-alik, menghasilkan produk sampingan yang bersih - air murni, yang diminum oleh kru.
Teknologi Fuel Cell menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk menghasilkan listrik, panas, dan air. Teknologi Fuel Cell sering dibandingkan dengan baterai. Keduanya mengubah energi yang dihasilkan oleh reaksi kimia menjadi daya listrik yang dapat digunakan. Namun, Teknologi Fuel Cell akan menghasilkan listrik selama bahan bakar (hidrogen) dipasok, tidak pernah kehilangan dayanya.
Teknologi Fuel Cell adalah teknologi yang menjanjikan untuk digunakan sebagai sumber panas dan listrik untuk bangunan, dan sebagai sumber daya listrik untuk motor penggerak kendaraan listrik. Teknologi Fuel Cell beroperasi paling baik pada hidrogen murni. Tetapi bahan bakar seperti gas alam, metanol, atau bahkan bensin dapat direformasi untuk menghasilkan hidrogen yang dibutuhkan untuk Teknologi Fuel Cell. Beberapa Teknologi Fuel Cell bahkan dapat dipicu langsung dengan metanol, tanpa menggunakan reformer.
Di masa depan, hidrogen juga bisa bergabung dengan listrik sebagai pembawa energi yang penting. Pembawa energi bergerak dan memberikan energi dalam bentuk yang dapat digunakan untuk konsumen. Sumber energi terbarukan, seperti matahari dan angin, tidak dapat menghasilkan energi sepanjang waktu. Tetapi mereka dapat, misalnya, menghasilkan energi listrik dan hidrogen, yang dapat disimpan sampai dibutuhkan. Hidrogen juga dapat diangkut (seperti listrik) ke lokasi yang membutuhkannya.
Teknologi Fuel Cell merupakan perangkat yang mengubah energi potensial kimia (energi yang disimpan dalam ikatan molekul) menjadi energi listrik. Sel PEM (Proton Exchange Membrane) menggunakan gas hidrogen (H 2 ) dan gas oksigen (O 2 ) sebagai bahan bakar. Produk dari reaksi dalam sel adalah air, listrik, dan panas. Ini merupakan peningkatan besar dibandingkan mesin pembakaran internal, pembangkit listrik tenaga batu bara, dan pembangkit listrik tenaga nuklir, yang semuanya menghasilkan produk sampingan yang berbahaya.
Karena O 2 sudah tersedia di atmosfer, kita hanya perlu memasok Teknologi Fuel Cell dengan H 2 yang dapat berasal dari proses elektrolisis (lihat Elektrolisis Alkaline atau elektrolisis PEM).
Ada empat elemen dasar dari PEM Fuel Cell:
Anoda, pos negatif dari Teknologi Fuel Cell, memiliki beberapa pekerjaan. Ini melakukan elektron yang dibebaskan dari molekul hidrogen sehingga mereka dapat digunakan dalam sirkuit eksternal. Ini memiliki saluran terukir di dalamnya yang menyebarkan gas hidrogen secara merata di atas permukaan katalis.
Katoda, pos positif Teknologi Fuel Cell, memiliki saluran terukir di dalamnya yang mendistribusikan oksigen ke permukaan katalis. Ia juga menghantarkan elektron kembali dari sirkuit eksternal ke katalis, di mana mereka dapat bergabung kembali dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.
Elektrolit adalah membran penukar proton. Bahan yang dirawat secara khusus ini, yang terlihat seperti bungkus plastik dapur biasa, hanya menghasilkan ion bermuatan positif. Membran memblokir elektron. Untuk PEMFC, membran harus terhidrasi agar berfungsi dan tetap stabil.
Katalis adalah bahan khusus yang memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen. Biasanya terbuat dari platinum nanopartikel yang dilapisi dengan sangat tipis pada kertas atau kain karbon. Katalisnya kasar dan keropos sehingga luas permukaan maksimum platinum dapat terpapar dengan hidrogen atau oksigen. Sisi katalis yang dilapisi platina menghadap ke PEM.
Seperti namanya, Cell Heart adalah membran penukar proton. Ini memungkinkan proton melewatinya hampir tanpa hambatan, sementara elektron diblokir. Jadi, ketika H 2 mengenai katalis dan membelah menjadi proton dan elektron (ingat, proton sama dengan ion H +) proton langsung masuk ke sisi katoda, sedangkan elektron dipaksa untuk melakukan perjalanan melalui sirkuit eksternal. Sepanjang jalan mereka melakukan pekerjaan yang bermanfaat, seperti menyalakan bohlam atau mengendarai motor, sebelum bergabung dengan proton dan O 2 di sisi lain untuk menghasilkan air.
Sementara itu, di sisi katoda Fuel Cell, gas oksigen (O 2 ) dipaksa melalui katalis, di mana ia membentuk dua atom oksigen. Masing-masing atom ini memiliki muatan negatif yang kuat. Muatan negatif ini menarik dua ion H + melalui membran, di mana mereka bergabung dengan atom oksigen dan dua elektron dari sirkuit eksternal untuk membentuk molekul air (H 2 O).
Semua reaksi ini terjadi dalam tumpukan sel. Keahlian kemudian juga melibatkan pengaturan sistem lengkap di sekitar komponen inti yaitu tumpukan sel.
Tumpukan akan tertanam dalam modul termasuk bahan bakar, manajemen air dan udara, perangkat keras dan perangkat lunak kontrol pendingin. Modul ini kemudian akan diintegrasikan dalam sistem yang lengkap untuk digunakan dalam berbagai aplikasi.
Karena kandungan hidrogen yang tinggi dan efisiensi tinggi Teknologi Fuel Cell (55%), teknologi hebat ini dapat digunakan dalam banyak aplikasi seperti transportasi (mobil, bus, forklift, dll) dan daya cadangan untuk menghasilkan listrik selama kegagalan jaringan listrik.
Emisi langsung dari kendaraan Fuel Cell hanyalah air dan sedikit panas. Ini adalah peningkatan besar atas litani gas rumah kaca mesin pembakaran internal.
Teknologi Fuel Cell tidak memiliki bagian yang bergerak. Karena itu mereka jauh lebih dapat diandalkan daripada mesin tradisional.
Hidrogen dapat diproduksi dengan cara yang ramah lingkungan, sedangkan ekstraksi dan pemurnian minyak sangat merusak.
Hidrogen adalah unsur paling sederhana dan paling berlimpah di alam semesta. Ini adalah komponen utama air, minyak, gas alam, dan semua benda hidup. Terlepas dari kesederhanaan dan kelimpahannya, hidrogen jarang muncul secara alami sebagai gas di Bumi. Itu hampir selalu dikombinasikan dengan elemen lain. Ini dapat dihasilkan dari minyak, gas alam, dan biomassa atau dengan memisahkan air menggunakan energi surya atau listrik yang terbarukan.
Setelah hidrogen diproduksi sebagai molekul hidrogen, energi yang ada di dalam molekul dapat dilepaskan, dengan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan air. Ini dapat dicapai baik dengan mesin pembakaran internal tradisional, atau dengan perangkat yang disebut Teknologi Fuel Cell. Dalam Teknologi Fuel Cell, energi hidrogen dikonversi langsung menjadi listrik dengan efisiensi tinggi dan kehilangan daya rendah.
Hidrogen, oleh karena itu, adalah pembawa energi, yang digunakan untuk memindahkan, menyimpan, dan mengirimkan energi yang dihasilkan dari sumber lain.
NASA menggunakan bahan bakar hidrogen untuk meluncurkan pesawat ulang-alik.
Sebab Hidrogen merupakan elemen paling sederhana. Atom hidrogen hanya terdiri dari satu proton dan satu elektron. Itu juga elemen paling berlimpah di alam semesta. Terlepas dari kesederhanaan dan kelimpahannya, hidrogen tidak muncul secara alami sebagai gas di Bumi - hidrogen selalu dikombinasikan dengan unsur-unsur lain. Air, misalnya, adalah kombinasi hidrogen dan oksigen (H 2 O).
Hidrogen juga ditemukan dalam banyak senyawa organik, terutama hidrokarbon yang membentuk banyak bahan bakar kita, seperti bensin, gas alam, metanol, dan propana. Hidrogen dapat dipisahkan dari hidrokarbon melalui penerapan panas - suatu proses yang dikenal sebagai reformasi . Saat ini, sebagian besar hidrogen dibuat dengan cara ini dari gas alam. Arus listrik juga dapat digunakan untuk memisahkan air menjadi komponen oksigen dan hidrogen. Proses ini dikenal sebagai elektrolisis . Beberapa ganggang dan bakteri, menggunakan sinar matahari sebagai sumber energinya, bahkan mengeluarkan hidrogen dalam kondisi tertentu.
Hidrogen berenergi tinggi, namun mesin yang membakar hidrogen murni hampir tidak menghasilkan polusi. NASA telah menggunakan hidrogen cair sejak 1970-an untuk mendorong pesawat ulang-alik dan roket lain ke orbit. Teknologi Fuel Cell hidrogen memberi tenaga pada sistem listrik pesawat ulang-alik, menghasilkan produk sampingan yang bersih - air murni, yang diminum oleh kru.
Teknologi Fuel Cell menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk menghasilkan listrik, panas, dan air. Teknologi Fuel Cell sering dibandingkan dengan baterai. Keduanya mengubah energi yang dihasilkan oleh reaksi kimia menjadi daya listrik yang dapat digunakan. Namun, Teknologi Fuel Cell akan menghasilkan listrik selama bahan bakar (hidrogen) dipasok, tidak pernah kehilangan dayanya.
Teknologi Fuel Cell adalah teknologi yang menjanjikan untuk digunakan sebagai sumber panas dan listrik untuk bangunan, dan sebagai sumber daya listrik untuk motor penggerak kendaraan listrik. Teknologi Fuel Cell beroperasi paling baik pada hidrogen murni. Tetapi bahan bakar seperti gas alam, metanol, atau bahkan bensin dapat direformasi untuk menghasilkan hidrogen yang dibutuhkan untuk Teknologi Fuel Cell. Beberapa Teknologi Fuel Cell bahkan dapat dipicu langsung dengan metanol, tanpa menggunakan reformer.
Di masa depan, hidrogen juga bisa bergabung dengan listrik sebagai pembawa energi yang penting. Pembawa energi bergerak dan memberikan energi dalam bentuk yang dapat digunakan untuk konsumen. Sumber energi terbarukan, seperti matahari dan angin, tidak dapat menghasilkan energi sepanjang waktu. Tetapi mereka dapat, misalnya, menghasilkan energi listrik dan hidrogen, yang dapat disimpan sampai dibutuhkan. Hidrogen juga dapat diangkut (seperti listrik) ke lokasi yang membutuhkannya.
Teknologi Fuel Cell merupakan perangkat yang mengubah energi potensial kimia (energi yang disimpan dalam ikatan molekul) menjadi energi listrik. Sel PEM (Proton Exchange Membrane) menggunakan gas hidrogen (H 2 ) dan gas oksigen (O 2 ) sebagai bahan bakar. Produk dari reaksi dalam sel adalah air, listrik, dan panas. Ini merupakan peningkatan besar dibandingkan mesin pembakaran internal, pembangkit listrik tenaga batu bara, dan pembangkit listrik tenaga nuklir, yang semuanya menghasilkan produk sampingan yang berbahaya.
Karena O 2 sudah tersedia di atmosfer, kita hanya perlu memasok Teknologi Fuel Cell dengan H 2 yang dapat berasal dari proses elektrolisis (lihat Elektrolisis Alkaline atau elektrolisis PEM).
Ada empat elemen dasar dari PEM Fuel Cell:
Anoda, pos negatif dari Teknologi Fuel Cell, memiliki beberapa pekerjaan. Ini melakukan elektron yang dibebaskan dari molekul hidrogen sehingga mereka dapat digunakan dalam sirkuit eksternal. Ini memiliki saluran terukir di dalamnya yang menyebarkan gas hidrogen secara merata di atas permukaan katalis.
Katoda, pos positif Teknologi Fuel Cell, memiliki saluran terukir di dalamnya yang mendistribusikan oksigen ke permukaan katalis. Ia juga menghantarkan elektron kembali dari sirkuit eksternal ke katalis, di mana mereka dapat bergabung kembali dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.
Elektrolit adalah membran penukar proton. Bahan yang dirawat secara khusus ini, yang terlihat seperti bungkus plastik dapur biasa, hanya menghasilkan ion bermuatan positif. Membran memblokir elektron. Untuk PEMFC, membran harus terhidrasi agar berfungsi dan tetap stabil.
Katalis adalah bahan khusus yang memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen. Biasanya terbuat dari platinum nanopartikel yang dilapisi dengan sangat tipis pada kertas atau kain karbon. Katalisnya kasar dan keropos sehingga luas permukaan maksimum platinum dapat terpapar dengan hidrogen atau oksigen. Sisi katalis yang dilapisi platina menghadap ke PEM.
Seperti namanya, Cell Heart adalah membran penukar proton. Ini memungkinkan proton melewatinya hampir tanpa hambatan, sementara elektron diblokir. Jadi, ketika H 2 mengenai katalis dan membelah menjadi proton dan elektron (ingat, proton sama dengan ion H +) proton langsung masuk ke sisi katoda, sedangkan elektron dipaksa untuk melakukan perjalanan melalui sirkuit eksternal. Sepanjang jalan mereka melakukan pekerjaan yang bermanfaat, seperti menyalakan bohlam atau mengendarai motor, sebelum bergabung dengan proton dan O 2 di sisi lain untuk menghasilkan air.
Bagaimana cara kerjanya?
Gas hidrogen bertekanan (H 2 ) memasuki Fuel Cell di sisi anoda. Gas ini dipaksa melalui katalis oleh tekanan. Ketika molekul H 2 bersentuhan dengan platinum pada katalis, ia terbelah menjadi dua ion H + dan dua elektron (e-). Elektron dilakukan melalui anoda, di mana mereka berjalan melalui sirkuit eksternal (melakukan pekerjaan yang bermanfaat seperti memutar motor) dan kembali ke sisi katoda Fuel Cell.Sementara itu, di sisi katoda Fuel Cell, gas oksigen (O 2 ) dipaksa melalui katalis, di mana ia membentuk dua atom oksigen. Masing-masing atom ini memiliki muatan negatif yang kuat. Muatan negatif ini menarik dua ion H + melalui membran, di mana mereka bergabung dengan atom oksigen dan dua elektron dari sirkuit eksternal untuk membentuk molekul air (H 2 O).
Semua reaksi ini terjadi dalam tumpukan sel. Keahlian kemudian juga melibatkan pengaturan sistem lengkap di sekitar komponen inti yaitu tumpukan sel.
Tumpukan akan tertanam dalam modul termasuk bahan bakar, manajemen air dan udara, perangkat keras dan perangkat lunak kontrol pendingin. Modul ini kemudian akan diintegrasikan dalam sistem yang lengkap untuk digunakan dalam berbagai aplikasi.
Karena kandungan hidrogen yang tinggi dan efisiensi tinggi Teknologi Fuel Cell (55%), teknologi hebat ini dapat digunakan dalam banyak aplikasi seperti transportasi (mobil, bus, forklift, dll) dan daya cadangan untuk menghasilkan listrik selama kegagalan jaringan listrik.
Keuntungan Teknologi Fuel Cell:
Dengan mengubah energi potensial kimia langsung menjadi energi listrik, sel bahan bakar / Teknologi Fuel Cell menghindari “bottleneck termal” (konsekuensi dari 2 nd hukum termodinamika) dan karena itu inheren lebih efisien daripada mesin pembakaran, yang pertama kali harus mengubah energi potensial kimia menjadi panas, dan lalu kerja mekanik.Emisi langsung dari kendaraan Fuel Cell hanyalah air dan sedikit panas. Ini adalah peningkatan besar atas litani gas rumah kaca mesin pembakaran internal.
Teknologi Fuel Cell tidak memiliki bagian yang bergerak. Karena itu mereka jauh lebih dapat diandalkan daripada mesin tradisional.
Hidrogen dapat diproduksi dengan cara yang ramah lingkungan, sedangkan ekstraksi dan pemurnian minyak sangat merusak.