Memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen menghadirkan alternatif selain bahan bakar fosil, tetapi air adalah sumber daya yang sangat berharga. Sebuah tim dari Universitas Stanford Amerika Serikat kini telah mengembangkan cara untuk memanfaatkan air laut – sumber bumi yang paling berlimpah – untuk energi terbarukan.
Peneliti Stanford telah menemukan cara untuk menghasilkan bahan bakar hidrogen menggunakan tenaga surya dan elektroda dari air asin San Francisco Bay.
Temuan ini, diterbitkan 18 Maret 2019 lalu di Prosiding National Academy of Sciences, menunjukkan cara baru untuk memisahkan gas hidrogen dan oksigen dari air laut melalui listrik. Metode pemisahan air yang mengandalkan air tawar, sangat mahal apalagi air merupakan sumber daya yang sangat berharga.
“ Secara teoritis, untuk memberi pasokan energi pada kota-kota dan mobil, Anda membutuhkan banyak sekali hidrogen sehingga tidak mungkin menggunakan air murni,” kata Hongjie Dai, J.G. Jackson dan C.J. Wood, Profesor bidang kimia di Stanford’s School of Humanities and Sciences dan co-writter paper tersebut. ” Kami hampir tidak memiliki air yang cukup untuk kebutuhan saat ini di California.”
Hidrogen adalah pilihan yang menarik untuk bahan bakar karena tidak menghasilkan karbon dioksida, kata Dai. Pembakaran hidrogen hanya menghasilkan air dan dapat meringankan masalah perubahan iklim yang semakin memburuk.
Dai mengatakan lab nya menunjukkan bukti konsep dengan demo, tetapi para peneliti akan menyerahkan hasil penelitian tersebut kepada produsen untuk meningkatkan dan memproduksi secara massal desain pemisahan air laut.
Mengatasi korosi
Sebagai sebuah konsep, pemisahan air menjadi hidrogen dan oksigen dengan listrik – yang disebut elektrolisis – adalah ide yang sederhana dan lama: Listrik terhubung ke dua elektroda yang ditempatkan di dalam air. Ketika listrik menyala, gelembung gas hidrogen keluar dari ujung negatif – disebut katoda – dan oksigen muncul di ujung positif – anoda.
Tetapi klorida yang bermuatan negatif dalam garam air laut dapat merusak ujung positifnya, sehingga membatasi umur sistem. Dai dan timnya ingin menemukan cara untuk menghentikan komponen-komponen air laut dari merusak anoda.
Para peneliti menemukan bahwa jika mereka melapisi anoda dengan lapisan-lapisan yang kaya muatan negatif, lapisan-lapisan itu menolak klorida dan memperlambat peluruhan logam yang melapisinya.
Mereka melapisi nikel-besi hidroksida di atas nikel sulfida, yang menutup inti nikel. Busa nikel bertindak sebagai konduktor – mengangkut listrik dari sumber listrik – dan hidroksida besi-nikel memicu elektrolisis, memisahkan air menjadi oksigen dan hidrogen. Selama elektrolisis, nikel sulfida berevolusi menjadi lapisan bermuatan negatif yang melindungi anoda. Sama seperti ujung negatif dari dua magnet yang saling berhadapan, lapisan bermuatan negatif mencegah klorida mencapai logam inti.
Tanpa lapisan bermuatan negatif, anoda hanya bekerja selama sekitar 12 jam di air laut, menurut Michael Kenney, seorang mahasiswa pascasarjana di laboratorium Dai dan co-lead penulis paper. “Seluruh elektroda menjadi hancur,” kata Kenney. “Tapi dengan lapisan ini, elektroda bisa berumur lebih dari seribu jam.”
Studi sebelumnya yang mencoba memisah air laut untuk bahan bakar hidrogen telah memakai arus listrik rendah, karena korosi terjadi pada arus yang lebih tinggi. Tetapi Dai, Kenney dan rekan mereka mampu menghantarkan listrik hingga 10 kali lebih banyak melalui perangkat multi-layer mereka, yang membantunya menghasilkan hidrogen dari air laut dengan laju yang lebih cepat.
“Saya pikir kita menetapkan rekor pada saat ini untuk pemisahan air laut,” kata Dai.
Anggota tim melakukan sebagian besar tes mereka dalam kondisi laboratorium terkontrol, di mana mereka dapat mengatur jumlah listrik yang masuk ke sistem. Tetapi mereka juga merancang mesin demonstrasi bertenaga surya yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen dari air laut San Francisco Bay.
Tanpa risiko korosi dari garam, perangkat cocok dengan teknologi saat ini yang menggunakan air murni. “Hal yang mengesankan tentang studi ini adalah bahwa kami dapat beroperasi pada arus listrik yang sama dengan apa yang digunakan dalam industri saat ini,” kata Kenney.
Sangat sederhana
Melihat ke belakang, Dai dan Kenney dapat melihat kesederhanaan desain mereka. “Jika kita memiliki bola kristal tiga tahun lalu, itu akan bertahan sebulan,” kata Dai. Tetapi sekarang setelah resep dasar dibuat untuk elektrolisis air laut, metode baru ini jadi pintu pembuka untuk meningkatkan ketersediaan bahan bakar hidrogen dengan memakai energi surya atau angin.
Di masa depan, teknologi tersebut dapat digunakan untuk tujuan di luar menghasilkan energi. Karena proses ini juga menghasilkan oksigen, penyelam atau kapal selam dapat membawa perangkat ke laut dan menghasilkan oksigen di bawah tanpa harus muncul ke permukaan untuk mencari udara.
Dalam hal mentransfer teknologi seseorang hanya dapat menggunakan elemen-elemen ini dalam sistem electrolyzer yang ada dan itu bisa sangat cepat, kata Dai. “Ini tidak seperti mulai dari nol – lebih seperti mulai dari 80 atau 90 persen,”ujarnya.
Sumber: https://news.stanford.edu
