Hidrogen sudah lama dikembangkan sebagai salah satu kandidat pengganti sumber energi yang ramah lingkungan. Selain digunakan sebagai baterai kendaraan listrik lewat teknologi fuel cell, hidrogen juga bisa digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin kendaraan seperti bahan bakar minyak (BBM).
Jepang merupakan salah satu negara yang percaya bahwa kendaraan berbasis hidrogen jauh lebih unggul dibandingkan dengan kendaraan listrik berbasis baterai seperti Lithium Iron Phospat (LFP) atau Nickel Manganese Cobalt (NMC). Di tulisan sebelumnya, kami pernah membahas kenapa pengembangan kendaraan listrik di Jepang lambat dan kalah dari China.
Beberapa keunggulan dari kendaraan berbasis hidrogen adalah tidak membutuhkan waktu lama untuk pengisian tangki bahan bakarnya. Toyota Corolla yang sedang diuji coba dengan menggunakan mesin 3 cylinder, butuh waktu kurang dari 2 menit untuk pengisian ulang. Selain itu hasil pembakaran yang dialirkan lewat knalpot hanya berupa air.
Pada tulisan ini kami akan membahas kelebihan dan kekurangan dari hidrogen cair yang digunakan sebagai bahan bakar gas. Dari sisi volume, hidrogen cair pada temperature minus 253-degree Celsius punya density sekitar 70 g/L sementara dalam bentuk gas pada tekanan 10 ribu psi punya density sekitar 40 g/L.
Artinya untuk satu liter tangki bahan bakar, hidrogen yang dapat tersimpan sebesar 70 g dalam bentuk cair setara dengan 40 g dalam bentuk gas bertekanan. Dengan kata lain, untuk tangki yang sama, hydrogen cair menyediakan 75% lebih banyak energi dibandingkan dalam bentuk gas bertekanan.
Dengan tekanan yang sangat tinggi ini, tangki untuk hidrogen dalam fasa gas dibuat lebih tebal sehingga lebih berat dibandingkan dengan tangki hidrogen cair. Tapi jangan salah, dengan berbagai tambahan peralatan untuk mengelola hidrogen cair, mobil dengan hidrogen dalam fasa gas ternyata bisa lebih ringan.
Tantangan ketiga dari hidrogen cair adalah dari sisi boil off gas atau gas yang berubah fasa dengan sendirinya akibat temperatur luar yang lebih panas. Sampai hari ini belum ada tangki hidrogen cair yang mampu mengisolasi panas dari luar secara sempurna. Akibatnya hidrogen cair yang bersuhu minus 253-degree Celsius menjadi gas didalam tangki dan menaikan tekanan tangki. Supaya tangki tidak meledak, maka gas ini harus dialirkan keluar (vent off).
Menurut studi yang dilakukan BMW, dalam waktu 10 sampai 12 hari semua hidrogen cair ini akan habis. Bayangkan mobil diparkir di garasi selama 10-12 hari tiba-tiba tidak punya bahan bakar lagi karena gas sudah menguap semua.
Begitulah seluk beluk hidrogen cair jika digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Tidak mudah dan penuh tantangan.
Dari sisi keamanan, hidrogen dalam fasa gas masih menjadi bahan perdebatan karena tangkinya yang bertekanan sangat tinggi (10 ribu psi). Resiko tangki bisa meledak kalau terjadi kecelakaan harus dicarikan obatnya.. Sebagai pembanding, tekanan ban mobil hanya sekitar 35 psi.
Dari data diatas, kecenderungan untuk menggunakan hidrogen cair untuk kendaraan bermotor menjadi lebih terbuka. Tangki bahan bakarnya hanya bertekanan 14.7 psi seperti tangki BBM, tapi harus mampu menyimpan hidrogen cair dalam suhu minus 253-degree Celsius. Nah dengan suhu sedingin ini tentu tidak mudah untuk mengelolanya.
Beberapa tantangan dalam penggunaan hidrogen cair diantaranya :
Pertama dari sisi fuel pump (pompa bahan bakar) yang memompakan hidrogen cair ke pemanas untuk mengubahnya menjadi fasa gas. Komponen pompa seperti piston akan mengkerut bila kena suhu 253-degree Celsius, sehingga menyulitkan untuk membuat seal antara piston dan cylinder pompa. Dengan keadaan seal seperti ini maka akan terjadi leaking (bocor halus) yang membuat fuel pump tidak bekerja dengan baik.
Selain itu, gesekan antara piston dan cylinder di fuel pump perlu diberi lubrikasi. Disini muncul masalah baru lagi. Kalau menggunakan minyak pelumas maka hidrogen cair yang dipompakan akan terkontaminasi. Akibatnya desainer memutuskan untuk tidak menggunakan lubrikasi sewaktu terjadi gesekan antara piston dan cylinder di fuel pump.
Dengan mengembang dan mengkerutnya piston dalam waktu singkat ditambah dengan tidak adanya lubrikasi maka umur fuel pump menjadi pendek dan harus diganti secara berkala.
Toyota sudah mampu membuat mesin dengan bahan bakar hidrogen cair untuk “racing”. Untuk uji ketahanan selama 24 jam, fuel pump harus diganti 2 kali dan butuh waktu 3,5 jam setiap penggantian.
Tantangan kedua dari hidrogen cair adalah dari sisi jarak tempuh. Untuk standard tangki bahan bakar mobil formula 1 yang memuat sekitar 150 liter BBM, jarak yang mampu tempuh sekitar 300 km. Bagaimana dengan mobil hidrogen ? Dengan volume tangki yang sama, hidrogen hanya mampu menempuh jarak 65 km. Jadi setiap 65 km harus ke station pengisian.
*) Arcandra Tahar, Menteri Energi Sumber Daya Mineral (ESDM) tahun 2016 dan Wakil Menteri ESDM periode 2016-2019
