- Ilmuwan China mengembangkan sistem 250 kilowatt yang memproduksi hidrogen dan air tawar dari air laut.
- Efisiensi penggunaan listrik sistem ini meningkat 14,4% dibandingkan elektrolisis air alkali konvensional.
- Sistem mampu memproduksi air tawar secukupnya untuk elektrolizer, serta merekayasa kembali sumber daya laut.
- Peneliti berencana memperbaiki katalis dan merekayasa panas limbah elektrolizer.
Ilmuwan China telah mengembangkan sistem berdaya 250 kilowatt yang mampu memproduksi hidrogen dan air tawar dari air laut, sambil merekayasa kembali sumber daya laut yang berharga. Berdasarkan penelitian terbaru, efisiensi penggunaan listrik perangkat ini meningkat 14,4% dibandingkan elektrolisis air alkali konvensional. Penelitian ini dipimpin oleh Deng Dehui dan Liu Yanting dari Institut Fisika Kimia Dalian, Akademi Ilmu Pengetahuan China, bertujuan mengatasi masalah utama dalam produksi hidrogen dari air laut. Peneliti menggabungkan proses elektrolisis dan desalinisasi, sehingga panas yang biasanya terbuang saat produksi hidrogen dapat dimanfaatkan kembali.
Hidrogen yang diproduksi menggunakan tenaga terbarukan dieksplorasi sebagai sumber energi yang lebih bersih. Penggunaan air laut menyediakan sumber air yang melimpah, namun elektrolisis air laut langsung menimbulkan berbagai masalah teknis. Ion klorida dalam air laut dapat bereaksi di anoda dan mengorosi elektroda, sedangkan ion kalsium dan magnesium dapat membentuk endapan mineral di katoda, menurunkan kinerjanya seiring waktu. Metode kedua adalah menghilangkan garam dari air laut terlebih dahulu, lalu menggunakan air tawar hasilnya untuk elektrolisis. Osmosis terbalik dan distilasi dapat menghasilkan air yang sesuai, namun desalinisasi menambah kebutuhan peralatan dan meningkatkan kebutuhan listrik.
Gabungan Teknologi Elektrolisis dan Desalinisasi
Berdasarkan metode ini, peneliti mencari cara merekayasa energi yang biasanya hilang dalam proses. Sistem elektrolisis komersial beroperasi pada suhu sekitar 176 hingga 194 derajat Fahrenheit (80 hingga 90 derajat Celsius). Pada suhu ini, sekitar 30% listrik dapat berubah menjadi panas limbah berkualitas rendah. Peneliti menghubungkan elektrolizer dengan unit desalinisasi untuk menangkap panas ini. Panas limbah dialirkan ke menara distilasi vakum, membantu air laut mendidih dan menguap pada suhu hanya 104 hingga 122 derajat Fahrenheit (40 hingga 50 derajat Celsius), dan uap yang dihasilkan dikondensasi menjadi air tawar.
Akademi Ilmu Pengetahuan China menyatakan, sistem ini mampu memproduksi air secukupnya untuk mengisi elektrolizer, sambil menyisakan air tawar tambahan yang dapat digunakan. Air laut yang terkonsentrasi juga dapat diproses lebih lanjut untuk merekayasa garam, uranium, bromin, dan sumber daya laut lainnya.
Kinerja dan Produksi Sistem
Penelitian ini dibangun di atas unit 25 kilowatt yang dikembangkan tim pada 2023. Sistem tersebut menggunakan teknologi desalinisasi yang sama, dan mendapat penilaian "internasional terdepan" dari Federasi Industri Minyak dan Kimia China. Peneliti kini telah memperluas desain hingga 250 kilowatt, fasilitas skala lebih besar ini setiap tahunnya dapat memproduksi 380.000 meter kubik standar (sekitar 13,4 juta kaki kubik standar) hidrogen, dengan kemurnian hidrogen mencapai 99,99%. Fasilitas ini setiap tahunnya juga dapat memproduksi 256 ton metrik (sekitar 282 ton AS) air tawar.
Selama pengujian, sistem beroperasi selama 40 hari dengan kondisi mulai dan berhenti setiap hari, tanpa penurunan kinerja yang signifikan.
Penelitian menemukan efisiensi pemanfaatan listrik sistem terintegrasi ini meningkat 14,4% dibandingkan elektrolisis air alkali konvensional. Peneliti juga menilai daya saing sistem ini berpotensi lebih tinggi dibandingkan desalinisasi air laut konvensional diikuti elektrolisis. Ketika harga listrik dari tenaga angin darat adalah HK$0,033 per kilowatt-jam, biaya produksi hidrogen diperkirakan US$2,10 per kilogram (sekitar HK$16); sedangkan ketika biaya listrik surya HK$0,049 per kilowatt-jam, biaya naik menjadi US$2,90 per kilogram (sekitar HK$22).
Angka-angka ini dibandingkan dengan harga jual hidrogen saat ini sekitar US$3,90 per kilogram (sekitar HK$30). Deng Dehui menyatakan, pekerjaan mendatang harus fokus pada katalis yang lebih baik, peningkatan pemulihan panas limbah elektrolizer, serta optimalisasi parameter operasi berbasis kecerdasan buatan, untuk lebih meningkatkan efisiensi sistem. Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Nature Energy.
Item Spesifikasi Daya 250 kilowatt Produksi Tahunan Hidrogen 380.000 meter kubik standar Produksi Tahunan Air Tawar 256 ton metrik Kemurnian Hidrogen 99,99%
Terobosan dan Tantangan Teknologi Elektrolisis Air Laut
Sistem elektrolisis air laut 250 kilowatt yang dikembangkan ilmuwan China menunjukkan potensi penggabungan teknologi elektrolisis dan desalinisasi, mampu memanfaatkan sumber daya air laut secara efektif untuk memproduksi hidrogen dan air tawar. Teknologi ini tidak hanya meningkatkan efisiensi penggunaan listrik, tetapi juga merekayasa kembali sumber daya laut, memiliki arti penting bagi penyelesaian masalah kelangkaan energi dan sumber daya air. Namun, elektrolisis air laut tetap menghadapi tantangan teknis, seperti korosi ion klorida dan endapan mineral. Penelitian mendatang perlu berkonsentrasi pada perbaikan katalis dan optimalisasi operasi sistem, untuk lebih meningkatkan daya saing komersialnya.