Hidrogen

Hidrogen adalah pengubah permainan. Hidrogen berpotensi mengubah planet ini dengan memasok dan menyimpan energi hijau. Hidrogen bisa dipakai untuk menggerakkan truk, kapal, pesawat, bahkan kota. Tapi agar revolusi hidrogen jadi nyata, manusia harus mengatasi beberapa tantangan teknis dan ekonomi. Jadi bersiaplah untuk menjelajah sampai tingkat atom dan melihat apakah hidrogen benar-benar punya kemampuan untuk mengubah dunia!

Kalau kamu membuka buku tentang alam semesta, kamu akan menemukan hidrogen di bab pertama. Soalnya, hidrogen adalah salah satu bahan pembentuk alam semesta. Hidrogen membentuk 90% atom di bintang ^[1-4] dan di Bumi, hidrogen adalah salah satu komponen utama air, tumbuhan, bahkan DNA semua makhluk hidup ^[4-7].

Hidrogen juga bahan bakar yang sangat bertenaga, itulah kenapa NASA memakainya untuk menggerakkan roket dalam penjelajahan antariksa ^[8,9,10]. Jelas, hidrogen sudah membawa manusia ke ketinggian baru. Dan yang paling keren, hidrogen tidak menghasilkan CO₂!

Jadi kenapa hidrogen bukan pilihan energi utama di seluruh dunia? Yah, tidak sesederhana itu.

Hidrogen sulit diambil dari Bumi dalam bentuk murni, walaupun ada endapan alaminya ^[11-17]. Biasanya hidrogen bergabung dengan unsur lain untuk membentuk senyawa. Misalnya, saat bergabung dengan oksigen, hidrogen membentuk air atau H₂O. Hidrogen juga bisa bergabung dengan karbon untuk membentuk gas fosil, yang juga dikenal sebagai metana atau CH₄.

Jadi untuk mendapatkan hidrogen murni, hidrogen harus dipisahkan dari unsur apa pun yang berpasangan dengannya. Saat hidrogen diambil dari air, oksigen akan terlepas. Saat dipisahkan dari gas fosil, karbon akan terlepas. Jadi apakah memakai hidrogen sebagai bahan bakar baik atau buruk bagi planet ini bergantung pada cara hidrogen itu diproduksi.

Saat ini, ada tiga cara utama untuk menghasilkan bahan bakar hidrogen, yang dibagi menjadi abu-abu, biru, dan hijau: ^[18-21]

Saat ini, sebagian besar dibuat dari bahan bakar fosil ^[22-28] dan jenis yang paling umum adalah hidrogen abu-abu, yang dibuat dari gas fosil. Tapi entah kamu memakai gas, batu bara, atau minyak, menghasilkan hidrogen dari bahan bakar fosil melepaskan banyak CO₂ ke atmosfer ^{[19,26,27,28]}. Sayangnya, jenis-jenis ini menyumbang lebih dari 99% dari seluruh produksi hidrogen ^[23,24,28]. Aduh!

Bahkan, produksi hidrogen abu-abu saja menghasilkan lebih banyak CO₂ daripada gabungan Inggris dan Australia ^[28,29]!

Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan teknologi yang dikenal sebagai penangkapan dan penyimpanan karbon memungkinkan pembangkit listrik menangkap emisi CO₂ mereka dan menyimpannya di bawah tanah ^[30,31,32]. Saat digabungkan dengan produksi hidrogen, hasilnya disebut hidrogen biru ^[33,34].

Tapi meski cara ini mengurangi emisi CO₂, saat ini cara ini rentan membocorkan metana (CH₄) ^[34-37] yang bisa lebih dari 80 kali lebih buruk bagi atmosfer selama periode 20-tahun ^[38,39,40]. Sebuah penelitian bahkan menemukan bahwa jika dilakukan dengan salah, kenaikan emisi CH₄ bisa begitu tinggi sehingga lebih baik langsung membakar bahan bakar fosil sejak awal ^[35].

Yang sebenarnya dicari para ilmuwan, El Dorado energi bersih, disebut hidrogen hijau. Hidrogen ini dibuat dari air lewat proses kimia yang dikenal sebagai elektrolisis: ^[41-45]

Bayangkan sebuah tangki besar berisi air, atau H₂O. Untuk mendapatkan hidrogennya, pertama-tama kamu harus memutus ikatannya dengan oksigen. Untuk melakukannya, kamu memakai listrik untuk memecah ikatan dalam molekul air, lalu menghasilkan gas hidrogen yang berharga. Gampang!

Semua ini bisa ditenagai energi terbarukan seperti matahari dan angin dengan emisi yang nyaris nol ^[41-45].

Hidrogen hijau ini berpotensi membentuk ulang dunia ^{[21,28,43,44,45]}. Industri seperti produksi petrokimia dan pembuatan baja ^[44-47], yang menyumbang sekitar 3,6% dan 7,2% emisi global ^[48], mulai dibersihkan dengan memakai hidrogen hijau alih-alih bahan bakar fosil. Beberapa negara berinvestasi di dalamnya untuk mendekarbonisasi produksi amonia, senyawa yang dipakai dalam pupuk, yang akan memangkas lagi 1-2% emisi global ^{[44-46,49-53]}.

Para ahli juga sedang meneliti penggunaannya dalam sistem transportasi. Mobil jadi prioritas rendah karena kendaraan listrik sudah sangat efektif, tapi truk jarak-jauh, pelayaran internasional, dan pesawat jarak-jauh menjadi prioritas lebih tinggi. Karena tidak bisa memakai baterai berat sebagai tenaga, hidrogen hijau adalah pilihan ideal ^{[21,28,44,45,54]}.

Secara teori (dan selama dibuat secara berkelanjutan), satu-satunya emisi langsung dari penggunaan bahan bakar hidrogen adalah air. Bahkan, air ini dipakai di pesawat ulang-alik NASA, dan para astronaut benar-benar meminumnya! ^[55,56]

Jadi apa masalahnya?

Yah, kalau kamu langsung membakar hidrogen, nitrogen di udara juga bisa bereaksi dan menghasilkan nitrogen oksida, polutan udara yang berbahaya ^[57-61].

Ini masih lebih bersih daripada membakar bahan bakar fosil, tapi pilihan paling bersih adalah tidak membakarnya sama sekali dan memakai sel bahan bakar hidrogen, yang langsung mengubah energi kimia hidrogen menjadi listrik ^[62-65]. Bukan cuma lebih efisien, cara ini juga menghasilkan nol emisi nitrogen oksida dan tentu saja nol CO₂! ^{[57-59,63-65]}

Terdengar bagus, kan? Jadi kenapa kurang dari 1% hidrogen yang diproduksi saat ini adalah hijau? ^[23,24,28] Kenapa tidak semua orang memilih versi ramah-lingkungan ini?

Saat ini, hidrogen mahal dan butuh banyak listrik untuk diproduksi ^[66-69]. Kalau kamu mau menyalakan ponselmu dengan hidrogen hijau alih-alih langsung mengisinya dengan energi terbarukan, kamu harus lebih dulu mengubah listrik dari sumber terbarukan menjadi hidrogen lalu memakai sel bahan bakar untuk mengubahnya kembali menjadi listrik. Melakukan ini bisa kehilangan sampai 70% energi yang akan kamu dapatkan jika sejak awal langsung mengisi ponselmu dengan panel surya! ^[70,71,72]

Sepertinya hidrogen hijau tidak memberi banyak hasil sebanding dengan uangmu. Jadi kenapa orang harus memakainya untuk menyalakan rumah dan kota mereka?

Jawabannya ada pada salah satu sifat hidrogen yang paling kuat… Kemampuannya menyimpan energi dalam jumlah besar untuk dipakai nanti.

Karena turbin angin butuh angin dan panel surya butuh sinar matahari, gas dan batu bara sering harus turun tangan pada hari yang gelap dan tanpa angin agar listrik tetap menyala-dan-berjalan. Tapi ada ide yang lebih hijau:

Kamu menyalakan rumah dengan energi terbarukan lewat jaringan listrik pintar yang fleksibel, dan membangun cukup banyak ladang angin dan surya untuk menghasilkan surplus energi. Listrik berlebih lalu bisa dialirkan ke pabrik hidrogen hijau untuk membuat hidrogen. Hidrogen ini kemudian bisa disimpan dan dipakai untuk menghasilkan listrik saat matahari dan angin tidak bisa memenuhi permintaan ^[73-76].

Dan kalau itu belum cukup, hidrogen bisa disimpan dalam jumlah besar di bawah tanah untuk waktu lama, di tambang tua, gua garam, atau bahkan cadangan minyak dan gas yang sudah habis ^[77-80]. Artinya, hidrogen bisa dipakai sepanjang-tahun, bahkan pada bulan-bulan musim dingin yang dingin.

Ini disebut penyimpanan antarmusim dan banyak negara sudah berinvestasi di dalamnya ^{[23,81,82,83]}. Suatu hari, ini bahkan bisa membantu menghapus ketergantungan pada bahan bakar fosil. Lebih bagus lagi, pasokan hidrogen besar ini memberi negara lebih banyak kemandirian energi, membuat mereka tidak terlalu bergantung pada impor energi sehingga mereka tidak perlu mengandalkan negara lain agar lampu tetap menyala ^[84,85,86].

Tapi bukankah baterai bisa melakukan hal yang sama?

Tidak juga. Jumlah baterai yang dibutuhkan untuk menyimpan cadangan energi selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan bagi sebuah kota akan jauh, jauh lebih mahal ^[87-90]. Hidrogen, di sisi lain, bisa sangat murah untuk disimpan dalam skala besar dan bisa menyelesaikan masalah penyimpanan energi ini ^[91,92].

Jadi bisakah hidrogen berperan dalam mendekarbonisasi planet ini? Yah, hanya jika itu hidrogen hijau yang dibuat dari energi terbarukan ^[93], dan hanya jika biayanya masuk akal ^[66-69]. Untuk mewujudkannya, kita perlu memperluas dan memperbarui infrastruktur, serta menerapkan energi terbarukan dalam skala besar.

Tapi ada kabar baik! Tenaga angin dan surya sekarang lebih murah daripada bahan bakar fosil ^[27,94-97]. Dan berkat kemajuan teknologi terbaru pada elektroliser, harga produksi hidrogen hijau juga turun dengan cepat ^[98-102].

Jadi asalkan manusia mendukung teknologi yang sedang berkembang ini, hidrogen hijau bisa menjadi salah satu bintang terang yang sudah lama kita tunggu-tunggu.