Hydrogen Production Using Nuclear Energy : A Future Energy Source and Carrier

Pendahuluan

Perkembangan energi baru terbarukan (EBT) yang sedang mendapat perhatian besar dari berbagai negara, terutama negara maju adalah hidrogen (H2). Saat ini, hidrogen yang tersedia di Indonesia diproduksi dari gas alam oleh 4 industri gas besar. Harga komersial hidrogen sebagai bahan kimia berada pada rentang Rp. 200.000 -- Rp.1.700.000 per 6000 L(1 tabung besar) sesuai kemurnian hidrogen (Eniya, 2011). Harga tersebut masih terasa mahal jika digunakan sebagai bahan bakar yang diperkirakan untuk memproduksi 1 kWh dibutuhkan 0,8 -- 1 L gas hidrogen dengan estimasi biaya operasional Rp. 28.300 dengan menggunakan teknologi fuel cell. 

Tahun 2025, diprediksi kebutuhan energi sebesar 250 MW yang jika dipenuhi menggunakan gas hidrogen mencapai 3,6 juta m3/hari yang setara dengan 600 tabung per hari (Eniya, 2011). Hidrogen memiliki kerapatan energi/massa sebesar 143 MJ/kg dibandingkan dengan gas alam sebesar 53,6 MJ/kg. Hidrogen diproyeksikan menjadi bahan bakar masa depan yang lebih ramah lingkungan dan efisien karena selama berlangsungnya proses, hidrogen hanya menghasilkan uap air sebagai emisinya. 

Di alam, hidrogen bereaksi dengan unsur lain untuk membentuk senyawa yang lebih stabil. Pada prinsipnya, hidrogen bisa diperoleh dengan memecah senyawa yang mengandung banyak hidrogen yang lebih banyak terkandung pada minyak bumi dan gas alam. Hidrogen adalah energi sekunder yang harus diolah dari sumber energi lain seperti elektrolisa air, gasifikasi batu bara atau biomassa, dan elektrolisa metanol sehingga hidrogen dapat menjadi sumber energi atau sebagai pembawa energi (energi carrier). Jika bertindak ebagai energi carrier,Hidrogen harus mudah disimpan, mudah digunakan dan mudah dikonversi menjadi berbagai bentuk energi seperti halnya listrik.

Teknologi Produksi Hidrogen

           Perkembangan teknologi produksi hidrogen telah berkembang pesat, bahkan hidrogen sudah bisa digunakan dalam kehidupan sehari-hari sebagai sumber energi. Proses produksi hidrogen yang paling populer adalah dengan cara eletkrolisa air dan steam reforming. Pada proses steam reforming, bahan baku yang digunakan adalah bahan bakar fosil dengan produktifitas H2 paling tinggi tetapi menghasilkan emisi tertinggi juga. Metode steam reforming merupakan teknologi produksi hidrogen yang paling banyak digunakan secara komersial. 

Selain itu, teknologi elektrolisa air merupakan teknologi yang sudah lama dikembangkan sejak tahun1805 oleh Isaac De Rivaz yang kemudian dikembangkan oleh Prof Yull Brown dari Sydney, Australia pada tahun 1974 (Neni, 2008). Proses elektrolisis menguntungkan dari segi bahan baku karena menggunakan air yang ketersediaannya melimpah dan ramah lingkungan, namun proses ini membutuhkan listrik dalam jumlah besar untuk memicu terjadinya reaksi sehingga untuk komersialisasi kurang menguntungkan. Proses elektrolisa bisa bersaing jika terdapat sumber listrik yang besar dengan harga yang murah. Pemanfaatan biomassa sebagai bahan baku untuk memproduksi hidrogen mulai dipertimbangkan. Proses gasifikasi, pirolisis, hidrolisis dari biomassa merupakan cara untuk mendapatkan hidrogen, namun proses ini terkendala dengan efisiensi yang tidak lebih dari 60% (Mardiansyah, 2011).

            Salah satu konsep untuk mendapatkan panas atau listrik yang mencukupi dalam proses produksi hidrogen yaitu dengan memanfaatkan PLTN untuk tujuan kogenerasi yang telah dikaji lebih dari 50 tahun. Reaktor nuklir suhu tinggi memiliki temperatur pendingin keluar reaktor (900 -- 1000oC) sehingga hal ini sangat berpotensi untuk memberikan energinya untuk kebutuhan indsutri lain, dalam hal ini untuk produksi H2. Ada 3 proses yang mendapat perhatian dunia dalam menggunakan energi nuklir sebagai sumber energi dalam memproduksi H2 diantaranya steam reforming,elektrolisa air dan termokimia siklus sulfur-iodine. Skema produksi hidrogen menggunakan energi nuklir dijelaskan pada Gambar 1.

hyd1-jpg-599d9f2ce7459146117aa092.jpg

Gambar 1. Skema produksi hidrogen menggunakan energi nuklir
Sumber : Siti dan Erlan, 2008

1. Steam Reforming
Proses ini merupakan proses dekomposisi termal dengan mereaksikan gas alam dengan steam pada suhu tinggi. Gas alam sebagian besar mengandung metana (CH4) sekitar 80 - 95%, etana (C2H6) 5 -- 15% dan sisanya propana (C3H8) dan butana (C4H10) <5% (Siti dan Erlan, 2008). Skema proses steam reforming menggunakan energi nuklir ditunjukkan oleh Gambar 2.

hyd2-jpg-599d9f601ceeef08db497642.jpg

Gambar 2. Skema steam reformingmenggunakan energi nuklir
Sumber : Siti dan Erlan, 2008