Mesin hidrogen: cara kerjanya dan mengapa merupakan kunci masa depan
Mesin hidrogen terus menjadi salah satu taruhan paling menjanjikan bagi masa depan otomotif berkelanjutan. Meskipun ada beberapa tantangan teknis dan logistik, teknologi ini telah meningkatkan minat terhadap merek-merek besar seperti Toyota, BMW, Mazda, Hyundai dan Ford, yang telah menginvestasikan sumber daya yang signifikan dalam pengembangan sistem ini. Saat ini, kami membedakan dua jenis utama mesin hidrogen di industri: mesin pembakaran internal hidrogen dan mesin sel bahan bakar.
Pada artikel ini, kami akan menjelaskan pengoperasian mesin hidrogen, karakteristik utamanya, kelebihan dan kekurangan masing-masing sistem, dan pengaruhnya terhadap masa depan transportasi.
Bagaimana cara kerja mesin pembakaran hidrogen?
Mesin pembakaran internal hidrogen cara kerjanya sangat mirip dengan mesin pembakaran bensin atau solar tradisional, namun dengan satu perbedaan signifikan: mesin ini menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, bukan produk minyak bumi. Dalam hal ini, hidrogen bercampur dengan oksigen di dalam ruang bakar dan tersulut oleh percikan api, sama persis seperti pada mesin konvensional. Proses ini melepaskan energi yang menggerakkan piston dan menghasilkan gerakan mekanis.
Salah satu keuntungan utama dari mesin jenis ini adalah, alih-alih menghasilkan karbon dioksida (CO2), ia malah mengeluarkan emisi uap air sebagai produk sampingan. Namun, karena suhu tinggi yang dicapai selama pembakaran, nitrogen oksida (NOx) dihasilkan, yang terus menimbulkan polusi. Untuk mengurangi masalah ini, beberapa solusi termasuk menyuntikkan air ke dalam sistem pemasukan, sebuah teknik yang telah terbukti mengurangi pembentukan NOx secara signifikan.
Namun, mesin pembakaran hidrogen juga menghadapi tantangan terkait kepadatan energi hidrogen, yang lebih rendah dibandingkan bahan bakar cair lainnya. Artinya, diperlukan lebih banyak hidrogen untuk melakukan kerja yang sama seperti mesin bensin. Meskipun mereka dapat beroperasi dengan bahan bakar alternatif seperti CNG atau LPG, penyimpanannya masih menjadi kendala, karena hidrogen harus disimpan pada tekanan yang sangat tinggi, umumnya 700 bar, yang memerlukan penggunaan tangki khusus yang sangat mahal.
Contoh mesin hidrogen
Contoh penting dari mesin hidrogen adalah bmw750hl, yang merupakan salah satu kendaraan pertama yang menggunakan hidrogen cair sebagai bahan bakar. Model ini memerlukan suhu yang sangat rendah (-253ºC) untuk menyimpan hidrogen secara efisien dalam tangki khusus. Meskipun dilampaui oleh desain-desain baru, hal ini merupakan tonggak sejarah dalam pengembangan teknologi ini.
Kasus lainnya adalah mesin hidrogen aquarius, dikembangkan oleh perusahaan Israel. Mesin ini menonjol karena tidak memerlukan oli pelumas sehingga memudahkan perawatannya. Selain itu, sistem inovatifnya meminimalkan emisi NOx, dan karena ringan dan berbiaya rendah, sistem ini disajikan sebagai pilihan yang layak untuk kendaraan dan generator energi.
Cara kerja mesin hidrogen sel bahan bakar
Berbeda dengan mesin pembakaran, mesin pembakaran sel bahan bakar Mereka mengubah hidrogen menjadi listrik melalui proses elektrokimia yang disebut elektrolisis terbalik. Ketika hidrogen yang disimpan dalam tangki digabungkan dengan oksigen dalam sel bahan bakar, listrik dihasilkan untuk menggerakkan motor listrik, sedangkan produk sampingannya hanyalah air murni.
Proses ini jauh lebih efisien dibandingkan pembakaran hidrogen, dan yang terpenting, tidak mengeluarkan polutan. Namun tingginya biaya produksi sel bahan bakar menjadi kendala utama. Saat ini, platinum digunakan sebagai katalis dalam proses tersebut, namun beberapa peneliti mencari alternatif yang lebih terjangkau, seperti ferroalloy, untuk mengurangi biaya.
Contoh bagus dari teknologi sel bahan bakar adalah Toyota mirai, yang menarik perhatian karena kinerjanya dan kemampuannya menempuh jarak hingga 650 km dengan muatan hidrogen. Jenis teknologi ini ideal untuk kendaraan yang melakukan perjalanan jarak jauh, seperti truk atau bus, karena otonomi yang ditawarkan lebih besar dibandingkan mobil listrik konvensional.
Kelebihan dan kekurangan mesin hidrogen
Mesin hidrogen, baik pembakaran maupun sel bahan bakar, menawarkan serangkaian keuntungan y tantangan, yang harus dipertimbangkan sebelum diadopsi secara luas:
- Manfaat:
- Waktu pengisian bahan bakar hidrogen jauh lebih singkat (kurang dari 5 menit) dibandingkan dengan pengisian baterai listrik.
- Emisinya jauh lebih rendah atau nol, bergantung pada sistem yang digunakan.
- Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta, menjadikannya pilihan berkelanjutan jangka panjang.
- Kendaraan hidrogen dapat memurnikan udara di mana mereka bersirkulasi, seperti Hyundai Nexo, yang berkontribusi terhadap perbaikan lingkungan perkotaan.
- Kekurangan:
- Biaya produksi sel bahan bakar dan infrastruktur penyimpanan hidrogen masih tinggi.
- Infrastruktur pengisian bahan bakar hidrogen terbatas, hanya terdapat sedikit stasiun di sebagian besar negara.
- Proses produksi hidrogen tidak selalu bersih, apalagi jika berasal dari sumber yang tidak terbarukan.
Otonomi dan keselamatan pada kendaraan hidrogen
Kendaraan hidrogen menonjol karena mereka otonomi, mencapai angka yang sebanding dengan mobil berbahan bakar bensin. Model seperti Hyundai nexo Mereka menawarkan otonomi hingga 666 km, sedangkan Toyota Mirai melebihi 650 km. Hal ini membuat kendaraan hidrogen sangat kompetitif dalam hal mobilitas jarak jauh.
Sebagai keamanan, tangki hidrogen telah dirancang untuk tahan terhadap tekanan yang sangat tinggi dan bahkan tembakan peluru, seperti yang dijamin Toyota dalam model Mirai-nya. Standar infrastruktur dan keselamatan untuk kendaraan hidrogen telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, sehingga menghasilkan kendaraan yang sama amannya dengan kendaraan berbahan bakar bensin atau solar.
Masa depan hidrogen dalam industri otomotif terus berkembang. Dengan kemajuan teknologi pembakaran internal dan sel bahan bakar, serta pembangunan infrastruktur yang lebih efisien, kita kemungkinan akan melihat peningkatan penggunaan kendaraan bertenaga hidrogen.