Penelitian tentang produksi hidrogen hijau berkembang pesat saat ini, karena negara-negara di seluruh dunia berebut untuk membangun menjadi pemain pasar global yang sangat besar untuk bahan bakar bersih.
Membuat hidrogen hijau dari air laut lebih sulit daripada menggunakan air tawar; ada korosi yang harus dipikirkan, serta banyak kotoran dan mikro-organisme. Memerlukan lokasi pesisir yang dekat dengan energi terbarukan terutama turbin angin atau panel solar.
Manfaatnya cukup besar; tidak hanya pasokan air gratis saat menggunakan air laut, tidak hanya menghasilkan hidrogen tapi juga menghasilkan bonus air desalinasi.
Oleh karena itu, saat ini banyak tim yang mengerjakan teknik elektrolisis yang menghasilkan hidrogen hijau dari air laut. Pada bulan Desember ada perangkat China yang efisien menggunakan perbedaan tekanan uap untuk secara spontan menguapkan air murni dari air laut, dan kemudian mengelektrolisisnya.
Pada tahun 2021, Ada metode yang sangat menarik dari Arab Saudi yang tidak hanya menangkap hidrogen, tetapi jumlah klorin dan lithium fosfat tingkat baterai yang dapat dijual, yang akan mengatasi masalah global dan menjanjikan potensi bisnis.
Hari ini, para ilmuwan di RMIT Australia mengumumkan pendekatan lain dengan potensi besar untuk pembangkitan hidrogen hijau berbiaya rendah dan sangat efisien langsung dari air laut, tanpa menghasilkan klorin.
“Hambatan terbesar dalam menggunakan air laut adalah klorin, yang dapat diproduksi sebagai produk sampingan.” kata Dr Nasir Mahmood, peneliti utama pada sebuah makalah yang baru saja diterbitkan dalam jurnal peer-review Wiley Small.
“Jika kita memenuhi kebutuhan hidrogen dunia [menggunakan air laut] tanpa menyelesaikan masalah ini terlebih dahulu, kita akan menghasilkan 240 juta ton klorin per tahun setiap tahun – yang berarti tiga hingga empat kali kebutuhan dunia akan klorin. Tidak ada gunanya menggantikan hidrogen yang dibuat oleh bahan bakar fosil dengan produksi hidrogen yang dapat merusak lingkungan kita dengan cara yang berbeda. Proses kami tidak hanya menghilangkan karbon dioksida, tetapi juga tidak menghasilkan klorin.”
Perangkat RMIT menggunakan katalis baru yang terbuat dari lembaran nikel molibdenum fosfida (NiMo3P) yang didoping nitrogen. Sepanjang setiap lapisan lembaran, ada pori-pori besar – yah, besar pada skala nano – yang dirancang untuk mempercepat aktivitas katalitik dan transfer massa.
Doping nitrogen, kata tim, melakukan sejumlah fungsi, termasuk meningkatkan konduktivitas, mengoptimalkan densitas elektronik dan kimia permukaan, dan menciptakan situs aktif baru untuk katalisis air di lembaran.
Sifat elektro-negatif yang muncul ketika ikatan nitrogen dengan logam permukaan membantu menghentikan ion dan molekul yang tidak diinginkan agar tidak menyentuh permukaan katalis, dan keberadaan ion fosfat, sulfat, nitrat, dan hidroksil pada permukaan berfungsi untuk memblokir chorine dan mencegah korosi.
Secara eksperimental, tim menemukan katalis ini menunjukkan efisiensi yang luar biasa, dan benar-benar menekan pembentukan klorin. “Lembaran N-NiMo3P menunjukkan nilai overpotensial HER [reaksi evolusi hidrogen] yang luar biasa sebesar 23 dan 35 mV pada 10 mA cm−2 masing-masing dalam elektrolit basa dan air laut,” tulis penelitian tersebut.
“Selain itu, untuk pemisahan air penuh, hanya membutuhkan 1,52 dan 1,55 V untuk mencapai 10 mA cm−2 masing-masing dalam elektrolit alkalin dan air laut. Hasil luar biasa ini menunjukkan bahwa hidrogen berbiaya rendah dapat dihasilkan dari air laut dengan mengatur struktur dan komposisi dari bahan 2D.”
“Katalis baru ini membutuhkan energi yang sangat sedikit untuk bekerja dan dapat digunakan pada suhu ruangan,” jelas Mahmood dalam siaran pers. Mereka juga harus relatif murah dan mudah diproduksi dalam skala besar yang diperkirakan akan diminati oleh pasar hidrogen hijau.
“Agar benar-benar berkelanjutan,” kata Mahmood, “hidrogen yang kami gunakan harus 100% bebas karbon di seluruh siklus hidup produksi dan tidak boleh memotong cadangan air tawar dunia yang berharga. Metode kami untuk menghasilkan hidrogen langsung dari air laut sangatlah sederhana, skalabel dan jauh lebih hemat biaya daripada pendekatan hidrogen hijau mana pun yang saat ini ada di pasar. Dengan pengembangan lebih lanjut, kami berharap ini dapat memajukan pembentukan industri hidrogen hijau yang berkembang pesat di Australia.”
Tim akan bergerak untuk meningkatkan saat penelitian berlanjut. Langkah selanjutnya adalah membangun prototipe sistem pengelektrolisis yang menjalankan tumpukan lembaran katalis ini, untuk menghasilkan hidrogen dalam jumlah besar dan mulai mengoptimalkan efisiensi tingkat sistem dalam skala besar.
Mahmood yakin teknologi ini dapat membantu mencapai tujuan pemerintah Australia untuk produksi hidrogen hijau sebesar AU$2/kg (US$1,40/kg), tingkat di mana biayanya menjadi kompetitif dengan hidrogen kotor yang diproduksi menggunakan bahan bakar fosil.
Pada akhirnya, itulah metrik utama di sini; bagi perusahaan untuk berinvestasi besar-besaran dalam produksi hidrogen hijau skala besar, mereka perlu mengetahui bahwa mereka dapat melakukannya secara menguntungkan, dan bersaing dengan sumber hidrogen dan bahan bakar lainnya.
Mari kita lihat bagaimana semuanya berguncang, tetapi kami tentu berharap beberapa inovasi pemecah air laut ini bekerja dengan baik di neraca seperti yang mereka lakukan di lab.
