Dengan penurunan harga energi terbarukan, minat untuk menemukan cara menghematnya secara ekonomis semakin meningkat. Baterai dapat menangani lonjakan produksi jangka pendek, tetapi mungkin tidak dapat menangani kekurangan jangka panjang atau variasi musiman dalam produksi listrik. Hidrogen adalah salah satu dari beberapa opsi yang sedang dipertimbangkan yang berpotensi menjadi jembatan jangka panjang antara periode produktivitas energi terbarukan yang tinggi.
Tetapi hidrogen memiliki masalah tersendiri. Memperolehnya dengan memecah air cukup tidak efisien dari sudut pandang energi, dan menyimpannya untuk waktu yang lama bisa jadi sulit. Sebagian besar katalis penghasil hidrogen juga bekerja paling baik dengan air bersih – belum tentu jenis yang tersedia, karena perubahan iklim meningkatkan intensitas kekeringan.
Sekelompok peneliti di China telah mengembangkan perangkat yang dapat menghasilkan hidrogen dari air laut – sebenarnya, itu harus berada di air laut agar perangkat dapat bekerja. Konsep utama di balik karyanya akan akrab bagi siapa saja yang memahami cara kerja sebagian besar pakaian tahan air.
Pakaian tahan air dan bernapas bergantung pada membran dengan pori-pori yang terstruktur dengan cermat. Membran terbuat dari bahan yang menolak air. Ini memiliki pori-pori, tetapi terlalu kecil untuk membiarkan air cair masuk. Tapi mereka cukup besar sehingga molekul air individu dapat melewatinya. Akibatnya, air di bagian luar pakaian akan tetap berada di sana, tetapi keringat di bagian dalam yang menguap akan tetap mengalir melalui kain dan mengalir ke dunia luar. Akibatnya, kain bernafas.
Selaput semacam itu sangat penting untuk berfungsinya perangkat baru. Itu tidak melewatkan air cair melalui membran, tetapi melewatkan uap air. Perbedaan besar adalah air cair berada di kedua sisi membran.
Di luar - air laut dengan standar garam. Di dalamnya terdapat larutan pekat dari satu garam - dalam hal ini kalium hidroksida (KOH) - yang kompatibel dengan proses elektrolisis yang menghasilkan hidrogen. Dibenamkan dalam larutan KOH adalah satu set elektroda yang menghasilkan hidrogen dan oksigen di kedua sisi pemisah, menjaga aliran gas tetap bersih.
Apa yang terjadi setelah peralatan mulai bekerja? Saat air di dalam perangkat terbelah untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen, penurunan permukaan air meningkatkan konsentrasi larutan garam kaustik (yang awalnya jauh lebih pekat daripada air laut). Ini membuatnya hemat energi untuk memindahkan air melalui membran air laut untuk mengencerkan KOH. Dan berkat pori-porinya, hal ini dimungkinkan, tetapi hanya jika air bergerak dalam bentuk uap.
Alhasil, saat berada di dalam membran, air tetap dalam keadaan uap untuk waktu yang singkat, lalu dengan cepat berubah menjadi cairan begitu masuk ke perangkat. Semua campuran kompleks garam yang terkandung dalam air laut tetap berada di luar membran, dan aliran air tawar yang konstan disediakan ke elektroda yang membelahnya. Yang penting, semua ini terjadi tanpa menggunakan energi yang biasanya digunakan dalam desalinasi, membuat keseluruhan proses lebih hemat energi daripada mengolah air untuk digunakan dalam elektroliser standar.
Pada prinsipnya, semua ini terdengar bagus, tetapi apakah ini benar-benar berfungsi? Untuk mengetahuinya, tim merakit perangkat tersebut dan mengujinya di perairan Teluk Shenzhen (sebuah teluk di utara Hong Kong dan Makau). Dan dengan hampir setiap ukuran yang masuk akal, kinerjanya baik.
Ini mempertahankan kinerja bahkan setelah 3200 jam penggunaan, dan mikroskop elektron dari membran setelah digunakan menunjukkan bahwa pori-pori tetap terbuka pada tahap ini. KOH yang digunakan untuk sistem tidak sepenuhnya murni, sehingga mengandung ion tingkat rendah yang ditemukan di air laut. Tetapi level ini tidak meningkat dari waktu ke waktu, menegaskan bahwa sistem tidak memungkinkan air laut masuk ke ruang elektrolisis. Dalam hal konsumsi energi, sistem yang digunakan hampir sama dengan elektroliser standar, yang menegaskan bahwa pengolahan air tidak memerlukan pengeluaran energi.
Larutan KOH juga menyeimbangkan diri, dengan difusi air ke dalam perangkat melambat jika larutan internalnya menjadi terlalu encer. Jika terlalu pekat, efisiensi elektrolisis turun, sehingga pembuangan air melambat.
Penulis memperkirakan bahwa perangkat mereka dapat beroperasi di bawah tekanan air laut pada kedalaman hingga 75 m. Namun, suhu pada kedalaman ini mungkin terbatas, karena laju difusi air melalui membran enam kali lebih tinggi pada 30°C dibandingkan pada 0 °C.
Bahkan dengan semua kabar baik ini, masih ada peluang untuk meningkatkan kinerja. Berbagai garam selain KOH baik-baik saja, dan beberapa mungkin bekerja lebih baik. Para peneliti juga menemukan bahwa memasukkan KOH ke dalam hidrogel di sekitar elektroda meningkatkan produksi hidrogen. Akhirnya, ada kemungkinan bahwa mengubah bahan atau struktur elektroda yang digunakan dalam pemisahan air dapat mempercepat proses lebih lanjut.
Akhirnya, tim menyarankan bahwa itu mungkin berguna untuk lebih dari sekedar produksi hidrogen. Alih-alih air laut, mereka membenamkan salah satu perangkat ke dalam larutan lithium yang diencerkan dan menemukan bahwa setelah 200 jam pengoperasian, konsentrasi lithium meningkat lebih dari 40 kali lipat karena air yang masuk ke perangkat. Ada banyak konteks lain, seperti pengolahan air yang terkontaminasi, di mana kemampuan untuk berkonsentrasi dapat bermanfaat.
Ini tidak menyelesaikan semua masalah yang terkait dengan penggunaan hidrogen sebagai penyimpan energi. Namun hal itu tentu berpotensi untuk memungkinkan kita mencoret "kebutuhan akan air bersih" dari daftar masalah ini.
Anda dapat membantu Ukraina melawan penjajah Rusia, cara terbaik untuk melakukannya adalah dengan menyumbangkan dana ke Angkatan Bersenjata Ukraina melalui selamatkan hidup atau melalui halaman resmi NBU.
Juga menarik: