Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Hidrogen telah lama dianggap sebagai bahan bakar masa depan yang mampu mengatasi tantangan energi global dan mempercepat transisi ke sumber energi yang lebih bersih. Dengan sifatnya yang ramah lingkungan, hidrogen berpotensi untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dan meminimalkan dampak pemanasan global. Salah satu keunggulan utama hidrogen adalah kemampuannya untuk menyimpan energi dalam jumlah besar, menjadikannya solusi ideal dalam mengatasi masalah intermitensi yang sering dihadapi oleh sumber energi terbarukan seperti angin dan matahari. Dari berbagai metode yang tersedia untuk produksi hidrogen, siklus termokimia, khususnya siklus tembaga-klorin (Cu–Cl), telah menarik perhatian para peneliti berkat keunggulannya yang signifikan.
Siklus Cu–Cl memiliki keunggulan kompetitif dibandingkan metode produksi hidrogen lainnya. Siklus ini beroperasi pada rentang suhu yang luas, memungkinkan penggunaan berbagai sumber energi panas termasuk energi terbarukan. Selain itu, bahan-bahan yang bereaksi dalam siklus Cu–Cl dapat didaur ulang sepenuhnya, mengurangi kebutuhan akan input bahan baku tambahan. Kebutuhan energi listrik yang rendah dalam proses ini dibandingkan metode elektrolisis lainnya juga menjadikannya pilihan yang lebih hemat energi. Tidak hanya itu, siklus ini juga tidak memerlukan membran pemisah, yang sering menjadi sumber kerumitan dan biaya tambahan dalam metode produksi hidrogen lainnya.
Penelitian terbaru yang dikaji dalam narasi ini menghadirkan inovasi dalam pemanfaatan teknologi termoelektrik (TEG) untuk memulihkan panas yang keluar dari reaktor oksigen dalam siklus Cu–Cl. Penukar kalor berbasis TEG yang diusulkan bertujuan untuk meningkatkan efisiensi energi dengan mengonversi panas terbuang menjadi listrik. Dengan perangkat lunak elemen hingga seperti COMSOL Multiphysics, kinerja penukar kalor ini dievaluasi secara numerik, menghasilkan data penting tentang efisiensi konversi dan daya yang dihasilkan.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pada resistansi yang sesuai, daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh sistem TEG mencapai lebih dari 32 W. Angka ini mengindikasikan potensi besar teknologi termoelektrik dalam meningkatkan efisiensi energi dari siklus Cu–Cl. Selain itu, efisiensi konversi maksimum dari penukar kalor ini mencapai 5,02%, yang menunjukkan bahwa teknologi ini mampu mengonversi sebagian besar panas terbuang menjadi energi yang dapat dimanfaatkan. Efisiensi konversi tersebut dicapai pada resistansi beban sebesar 2,65 Ω, menyoroti pentingnya optimalisasi desain dan kondisi operasi untuk memaksimalkan performa sistem.
Lebih lanjut, penelitian ini juga mengeksplorasi dampak dari peningkatan angka Reynolds (Re) pada aliran CuCl cair. Hasil menunjukkan bahwa peningkatan angka Re dari 664 menjadi 1106 berkontribusi pada peningkatan daya maksimum dan efisiensi konversi masing-masing sebesar 9,31% dan 9,12%. Temuan ini memperjelas bahwa peningkatan aliran cairan dalam sistem tidak hanya meningkatkan laju transfer panas tetapi juga kinerja keseluruhan sistem TEG.
Secara keseluruhan, studi ini memperlihatkan potensi besar siklus Cu–Cl dalam memproduksi hidrogen dengan cara yang lebih efisien dan berkelanjutan. Inovasi dalam pemanfaatan teknologi termoelektrik untuk memulihkan panas terbuang merupakan langkah maju yang signifikan dalam meningkatkan efisiensi energi dari sistem ini. Penggunaan teknologi seperti TEG, yang mampu mengonversi energi panas menjadi listrik tanpa memerlukan komponen mekanis yang rumit, membuka peluang baru untuk meningkatkan performa dan kelayakan ekonomi siklus Cu–Cl di masa depan.
Dalam kesimpulannya, pengembangan lebih lanjut dari siklus Cu–Cl dan penerapan teknologi termoelektrik dapat mendorong kemajuan signifikan dalam produksi hidrogen bersih. Penelitian ini menegaskan bahwa siklus Cu–Cl tidak hanya unggul dalam hal efisiensi energi dan rendahnya kebutuhan listrik, tetapi juga mampu beradaptasi dengan teknologi modern seperti TEG untuk meningkatkan efisiensi secara keseluruhan. Sebagai bahan bakar masa depan, hidrogen yang dihasilkan melalui siklus Cu–Cl dapat menjadi kunci utama dalam mencapai tujuan global untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan memitigasi dampak lingkungan dari pemanasan global.
