Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Di tengah semakin tingginya permintaan energi global dan urgensi pengurangan emisi gas rumah kaca, pentingnya inovasi dalam sistem konversi energi bebas karbon semakin tak terbantahkan. Salah satu kandidat yang paling menarik dalam transisi ini adalah hidrogen hijau—hidrogen yang dihasilkan menggunakan sumber energi terbarukan. Hidrogen hijau tidak hanya berpotensi mengurangi emisi karbon, tetapi juga menjadi bahan bakar yang ideal untuk berbagai sektor industri dan transportasi. Studi terbaru yang disajikan dalam penelitian ini berfokus pada desain dan evaluasi sebuah pabrik multigenerasi bertenaga surya yang mampu menghasilkan hidrogen terkompresi, listrik, air tawar, serta pemanasan dan pendinginan.
Sistem yang diusulkan ini mengintegrasikan beberapa teknologi canggih, termasuk bidang heliostat surya, pabrik Brayton superkritis, pabrik Rankine transkritis, siklus refrigerasi ejektor, proses desalinasi, dan pabrik pembangkitan serta kompresi hidrogen. Semua subsistem ini bekerja bersama-sama untuk memaksimalkan penggunaan energi surya yang tersedia, dengan cairan karbon dioksida yang digunakan dalam siklus Brayton dan Rankine sebagai inovasi utama. Penggunaan CO2 sebagai fluida kerja menawarkan keuntungan termodinamika yang signifikan, termasuk peningkatan efisiensi dan pengurangan dampak lingkungan.
Hasil analisis kinerja termodinamika menunjukkan bahwa kapasitas produksi daya bersih dari sistem ini mencapai 653,4 kW, suatu angka yang cukup menjanjikan dalam skala multigenerasi. Selain itu, pabrik ini mampu memproduksi hidrogen sebesar 2,821 kg per jam dan air tawar bersih sebesar 2,951 kg per detik. Hal ini menunjukkan bahwa sistem ini tidak hanya mampu menghasilkan listrik dan hidrogen, tetapi juga berfungsi sebagai solusi untuk masalah kelangkaan air bersih yang semakin krusial di berbagai belahan dunia.
Evaluasi kinerja termodinamika dilakukan menggunakan dua metode utama: efisiensi energetik dan efisiensi eksergetik. Efisiensi energetik yang diperoleh mencapai 43,77%, sementara efisiensi eksergetik tercatat sebesar 19,61%. Efisiensi energetik menunjukkan seberapa baik sistem ini dalam mengubah energi surya menjadi keluaran yang bermanfaat, seperti listrik dan hidrogen, sedangkan efisiensi eksergetik memberikan wawasan lebih mendalam tentang kehilangan energi yang tak dapat dimanfaatkan dalam proses konversi. Dari hasil tersebut, meskipun efisiensi eksergetik relatif lebih rendah, hal ini adalah tipikal untuk sistem energi kompleks yang melibatkan berbagai siklus termodinamika.
Salah satu aspek menarik dari penelitian ini adalah identifikasi titik penghancuran eksergi terbesar dalam sistem, yang ditemukan berada di bidang heliostat surya dengan nilai 4044 kW. Penghancuran eksergi ini menunjukkan bahwa sebagian besar kerugian energi terjadi pada tahap awal penangkapan energi matahari, yang merupakan tantangan umum dalam teknologi tenaga surya. Hal ini mengindikasikan bahwa peningkatan pada efisiensi bidang heliostat dapat memberikan dampak signifikan dalam meningkatkan keseluruhan kinerja sistem.
Inovasi lain yang patut diperhatikan adalah penggunaan siklus refrigerasi ejektor, yang menawarkan cara efisien untuk menghasilkan pendinginan dari energi surya. Siklus ini memanfaatkan energi limbah dari proses lain untuk menghasilkan efek pendinginan, yang menjadikannya solusi yang sangat efisien dalam sistem multigenerasi. Di sisi lain, proses desalinasi yang terintegrasi dalam pabrik ini juga memiliki implikasi positif dalam menyediakan air bersih, yang sangat relevan dalam konteks perubahan iklim dan krisis air global.
Kesimpulannya, penelitian ini menunjukkan bahwa pabrik multigenerasi bertenaga surya menawarkan solusi yang sangat menjanjikan untuk mengatasi beberapa tantangan energi global sekaligus. Sistem ini tidak hanya mampu menghasilkan listrik dan hidrogen hijau, tetapi juga menawarkan manfaat tambahan dalam bentuk pemanasan, pendinginan, dan air tawar. Inovasi seperti penggunaan CO2 dalam siklus Brayton dan Rankine, serta pengintegrasian teknologi desalinasi dan refrigerasi ejektor, menunjukkan betapa besar potensi teknologi ini dalam mewujudkan masa depan energi yang lebih bersih dan berkelanjutan.
Sistem multigenerasi ini memberikan contoh konkret tentang bagaimana integrasi berbagai teknologi energi terbarukan dapat memberikan solusi holistik terhadap kebutuhan energi masa depan. Dengan semakin meningkatnya permintaan akan hidrogen hijau dan energi terbarukan, pengembangan lebih lanjut dari sistem seperti ini sangatlah penting untuk mempercepat transisi menuju ekonomi energi bersih yang lebih efisien dan berkelanjutan.
